1、蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊(cè)1.1.11.1 蒸汽 - 能量流蒸汽 - 能量流在對(duì)蒸汽設(shè)備和相應(yīng)的技術(shù)原理進(jìn)行詮釋前，有必要介紹一下蒸汽的眾多應(yīng)用和其帶來(lái)的好處。蒸汽已經(jīng)伴隨著機(jī)車和工業(yè)走過(guò)幾個(gè)世紀(jì)，迄今為止，蒸汽已成為現(xiàn)代技術(shù)不可或缺的一部分。如果沒(méi)有蒸汽，現(xiàn)在的食品、紡織、化工、電力、供熱等工業(yè)就不可能存在，或者說(shuō)不會(huì)像現(xiàn)在這樣發(fā)展的這么好。蒸汽的使用為能量的輸送提供了一種可控制的方法，將能量從集中的、自動(dòng)化的、高效的鍋爐房輸送到使用現(xiàn)場(chǎng)。蒸汽從鍋爐中產(chǎn)生到用戶使用點(diǎn)的輸送過(guò)程其實(shí)就是一種能量傳遞和供應(yīng)的過(guò)程。由于和制程應(yīng)用中。，蒸汽是應(yīng)用最廣泛的熱量載體之一，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)，例如，發(fā)電、空

2、間加熱圖1.1.1 18世紀(jì)的蒸汽輪機(jī)圖1.1.2 現(xiàn)代的提供熱水的蒸汽熱交換機(jī)組位于倫敦(Kew bridge)蒸汽博物館的實(shí)物蒸汽的產(chǎn)生高效而經(jīng)濟(jì)地球上水資源相對(duì)豐富、價(jià)格便宜，并且對(duì)健康無(wú)害，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。當(dāng)水汽化變成蒸汽后，它又成為安全、高效的能量載體，蒸汽攜帶的熱量相當(dāng)于同等質(zhì)量水所能攜帶熱量的56倍。當(dāng)水在鍋爐中被加熱，它開(kāi)始吸收熱量，根據(jù)鍋爐內(nèi)壓力的不同，水會(huì)在特定的溫度下汽化成蒸汽。這時(shí)蒸汽內(nèi)著大量能量，這些能量可以在制程中或空間加熱時(shí)再出來(lái)?？梢栽诟邏合庐a(chǎn)生高溫的蒸汽，壓力越高，蒸汽溫度也越高。高溫蒸汽內(nèi)的潛力也更大。的能量，它們做功現(xiàn)代的鍋殼式鍋爐設(shè)計(jì)緊湊，效率高，使用多

3、回程和高效的燃燒技術(shù)，可以將量傳遞到水中，只有很少部分排放掉。中蘊(yùn)藏的大部分能鍋爐可以根據(jù)不同的要求來(lái)選擇，包括可燃廢料，這可以使供熱的蒸汽鍋爐更加符合環(huán)境的要求。集中供熱的鍋爐可以利用低價(jià)格的可中斷燃?xì)猓驗(yàn)槿魏魏线m的備用燃?xì)庵袛鄷r(shí)使用。都可以被起來(lái)以備高效的熱回收系統(tǒng)實(shí)際上可以消除排污損耗，將有價(jià)值的冷凝水回收到鍋爐房可以增加蒸汽和冷凝水系統(tǒng)的總效率。越來(lái)越普遍的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)證明了蒸汽系統(tǒng)對(duì)環(huán)境和節(jié)能工業(yè)的重要作用。1.1.2蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊(cè)圖1.1.3蒸汽可以方便地、高效地輸送到用汽點(diǎn)蒸汽是應(yīng)用最廣泛的可長(zhǎng)距離傳遞的熱量載體之一。由于蒸汽的去了昂貴的循環(huán)泵系統(tǒng)。是依靠管道內(nèi)的壓力降，

4、因此省由于蒸汽的熱容量很高，所以在高壓下僅需要很小口徑的管道就可以輸送大量的熱量。以在用汽點(diǎn)再進(jìn)行減壓利用。與其它傳熱介質(zhì)相比，蒸汽管道安裝簡(jiǎn)單、價(jià)格更便宜。必要，可總的來(lái)說(shuō)，由于蒸汽產(chǎn)生、分配和冷凝水回收系統(tǒng)投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，所以很多用戶選擇安裝新的蒸汽系統(tǒng)而不是選用其它能量載體，如燃?xì)狻崴?、電力和熱油系統(tǒng)等。蒸汽容易控制由于飽和蒸汽的壓力和溫度有著直接的關(guān)系，通過(guò)控制飽和蒸汽的壓力，就可以很容易地控制加入到過(guò)程中的能量?，F(xiàn)代蒸汽控制能夠非常快地對(duì)制程的變化作出反應(yīng)。圖1.1.4中是一個(gè)典型的兩通控制閥和氣動(dòng)執(zhí)行器，這是專門(mén)為蒸汽系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。由于使用了定位器，閥門(mén)的控制精度大大提高。使

5、用兩通閥，而不是像液體系統(tǒng)中經(jīng)常使用三通閥，可以使安裝和控制更加簡(jiǎn)單，這些都降低了設(shè)備使用成本。圖1.1.4 典型的帶的氣動(dòng)二通控制閥蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊(cè)1.1.3能量傳遞方便蒸汽提供了優(yōu)良的熱傳遞性能。當(dāng)蒸汽到達(dá)設(shè)備后通過(guò)冷凝過(guò)程將熱量傳遞給被加熱產(chǎn)品，熱傳遞過(guò)程效率非常高。蒸汽可以間接，也可以直接噴射來(lái)加熱產(chǎn)品，它可以充滿整個(gè)空間，在恒定的溫度下冷凝放熱，這就消除了熱傳遞過(guò)程中沿?fù)Q熱流程的溫度梯度。在高溫導(dǎo)熱油和熱水換熱器中這種溫度梯度見(jiàn)慣，溫度梯度的存在會(huì)導(dǎo)致諸如燥的材料變形之類的質(zhì)量問(wèn)題。由于蒸汽熱傳遞性能如此之高，熱交換中需要的換熱面也就相應(yīng)較小，這樣就使供熱設(shè)備更為緊湊，安裝方便，

6、占地也少。圖1.1.2顯示的是一個(gè)典型的蒸汽加熱水從而提供熱水的機(jī)組，它最大換熱功率可以達(dá)到3000kW，采用了蒸汽板式換熱器和各種控制，占地面積僅有0.7m2，與之相比，管殼式熱交換器占地面積是它的23倍?，F(xiàn)代蒸汽設(shè)備管理容易工業(yè)能源用戶一直在追求能量效率最大化、產(chǎn)品成本和用最小化。議定書(shū)是推動(dòng)能量效率提高的外部推動(dòng)力，而且已經(jīng)在全球范圍內(nèi)采取了各種措施，例在英國(guó)對(duì)環(huán)境排放進(jìn)行征稅。同樣的，在現(xiàn)代的充滿競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)里，擁有最低成本是一個(gè)很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。通常，產(chǎn)品成本決定了你在市場(chǎng)上生存還是。提高能量利用效率的方法包括監(jiān)督和管理相關(guān)部門(mén)的能量消耗。這可以使管理者了解能源消耗，便于把精力集中到相關(guān)

7、管理上以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。各種使制程效率最大，提高質(zhì)量并縮短停機(jī)時(shí)間。用可以通過(guò)合理的計(jì)劃、系統(tǒng)的等降低，大多數(shù)蒸汽控制可以借助于現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)工具，可以實(shí)現(xiàn)集中控制，例如使用與控制系統(tǒng)或建筑能源管理系統(tǒng)。如果用戶愿意，蒸汽系統(tǒng)的也可以獨(dú)立工作。圖1.1.5 現(xiàn)代蒸汽鍋爐房通過(guò)適當(dāng)?shù)模羝到y(tǒng)可以使用很多年系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。與其它的系統(tǒng)相比，可以通過(guò)疏水閥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)蒸汽疏水閥進(jìn)行有計(jì)劃的管理，如果某個(gè)地方有泄漏或者積水，系統(tǒng)會(huì)立刻引起工程師的注意。與此相比，氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置耗資巨大,而水系統(tǒng)和油系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)需要耗費(fèi)大量時(shí)間和人工。而且，當(dāng)蒸汽系統(tǒng)需要的時(shí)候，相關(guān)系統(tǒng)可以很方便地進(jìn)行并很快

8、排除冷凝水，這就意味著蒸汽系統(tǒng)可以快速進(jìn)行。在很多情況下，將一個(gè)使用了很久的蒸汽設(shè)備更新為最成控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所需的成本比選擇用其它工業(yè)流體如分散的氣體系統(tǒng)來(lái)代替要低的多，這將在1.2詳細(xì)介紹?，F(xiàn)今的技術(shù)已與當(dāng)初工業(yè)剛開(kāi)始時(shí)有了天壤之別，尤其是蒸汽輪機(jī)的材料技術(shù)。確實(shí)，蒸汽是現(xiàn)代的工業(yè)中最好的選擇。對(duì)任何知名的消費(fèi)品牌來(lái)說(shuō)，十個(gè)里面有九個(gè)，蒸汽都在其生產(chǎn)過(guò)程中扮演著很重要的角色。圖1.1.6部分使用蒸汽生產(chǎn)的產(chǎn)品1.1.4蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊(cè)蒸汽應(yīng)用靈活蒸汽不僅是優(yōu)良的熱量載體，還可以用來(lái)殺菌，所以廣泛應(yīng)用在食品、健康等工業(yè)以及醫(yī)院的裝置上。蒸汽可以應(yīng)用在大到，小到洗衣店。的應(yīng)用包括：造紙、紡織

9、、釀造、食品、橡膠和建筑中的加熱和加濕等等。在很多用戶那里，可以同時(shí)在空間加熱和生產(chǎn)制程中使用蒸汽。例如在釀造行業(yè)中，不同的生產(chǎn)工藝中都需要用到蒸汽，有直接噴射和盤(pán)管加熱等不同的應(yīng)用方式，如圖1.1.8所示。圖1.1.7 用于制藥工藝設(shè)備的潔凈蒸汽管道產(chǎn)品圖1.1.8 這些釀造工藝都使用蒸汽蒸汽同時(shí)是一種非常安全的流體，它不會(huì)產(chǎn)生火花，也就不會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)。很多工廠采用蒸汽滅火系統(tǒng)，它可以應(yīng)用在區(qū)域和環(huán)境中。其它能量分配系統(tǒng)與蒸汽類似的其它熱載體包括水和高溫?zé)嵊椭惖墓I(yè)流體，每種介質(zhì)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，都有其最佳的應(yīng)用場(chǎng)合和溫度范圍。與蒸汽相比較，水的熱容量少，常常需要用泵來(lái)使大量水在系統(tǒng)中循環(huán)以

10、滿足制程或空間加熱需求。然而，水在空間加熱和低溫加工制程（120以下）中應(yīng)用廣泛。熱媒，例如礦物油，可以應(yīng)用在那些高溫（400以下）的情況下，而蒸汽在此時(shí)卻無(wú)法使用。比如有些化學(xué)品需要在高溫下成批處理。但是熱媒很昂貴，而且需要幾年就更換，這就決定了它們不適合用于大的系統(tǒng)。同時(shí)，它們的管道連接需要使用高質(zhì)量的接頭并防范，以防止泄漏。不同流體的比較見(jiàn)表1.1.1，最終選擇何種流體取決于技術(shù)、可行性和經(jīng)濟(jì)所不同。等，這些每個(gè)用戶都有一般來(lái)說(shuō)，用于商業(yè)加熱和通風(fēng)以及工業(yè)系統(tǒng)中，蒸汽是最可行和最經(jīng)濟(jì)的選擇。蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊(cè)1.1.5表1.1.1 不同熱媒與蒸汽的比較蒸汽的好處-總結(jié)表1.1.2 蒸汽

11、的好處1.1.6蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊(cè)固有的好處系統(tǒng)的好處水資源豐富水便宜蒸汽是清潔和純凈的蒸汽本質(zhì)是安全的 蒸汽熱容量高由于蒸汽壓力和溫度之間相互關(guān)聯(lián),蒸汽容易控制蒸汽在特定的溫度下放熱管道口徑小、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕無(wú)需泵、無(wú)需平衡閥兩通閥-便宜費(fèi)用少投資少SCADA兼容產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噪聲低占地少設(shè)備長(zhǎng)鍋爐燃煤種類靈活、便宜系統(tǒng)靈活，容易擴(kuò)充環(huán)境應(yīng)用鍋爐的 燃燒充分冷凝水管理和熱回收蒸汽可以計(jì)量和管理與CHP相連/廢熱利用蒸汽具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性意義蒸汽應(yīng)用廣泛：冷卻器、泵、通風(fēng)、加濕空間加熱工業(yè)領(lǐng)域蒸汽熱水高溫?zé)嵊蜔崛萘扛?潛熱值近似 2100 kJ/kg熱容量中等比熱容4 19 kJ/(kg)熱容量低比熱容1 69-2 93 kJ/(kg)便宜需要水處理費(fèi)用便宜偶爾水處理貴傳熱系數(shù)高傳熱系數(shù)中等傳熱系數(shù)相對(duì)較低高溫需要高壓高溫需要高壓高溫低壓不需要循環(huán)泵管道小需要循環(huán)泵管道大需要循環(huán)泵管道更大控制方便兩通閥控制復(fù)雜需要三通閥或差壓閥控制復(fù)雜需要三通閥或差壓閥溫度降低容易通過(guò)減壓閥實(shí)現(xiàn)溫度降低溫度降低需要蒸