提高蒸汽供熱系統熱能利用率的技術措施

摘要 本文闡述了正確選擇疏水閥、凝結水閃蒸汽控制和再利用，以及根據壓力、溫度梯次利用蒸汽在提高蒸汽供熱系統熱能利用率上的重要作用，強調凝結水回收的重要意義。

關鍵詞 蒸汽供熱系統 設計 節能

蒸汽作為熱媒將熱能輸送至各種用熱設備，以滿足采暖、供熱和各種工藝過程的加熱、干燥、加濕等不同需求。在當前國家將科學發展觀確定為重要國策，廣泛著力倡導節約能源資源的形勢下，全面深入的分析已有的各種蒸汽供熱系統，我們會發現，提高蒸汽供熱系統的熱能利用率尚存在較大空間。認真分析存在的問題，尋求規律性的認識，合理確定技術對策，促進蒸汽熱能利用由粗放型向集約型轉變，對于我們這個有十三億人口的發展中大國是非常必要的，也是十分迫切的。既具有重要的現實意義，又具有長遠的戰略意義。

根據以往的設計及工程實踐，當前提高蒸汽熱能利用率主要應抓緊解決以下幾個問題：

1.正確選擇疏水閥至關重要。

一套蒸汽供熱系統，當攜帶大量潛熱的蒸汽在熱能利用過程中釋放以后，必然凝結成凝結水，正常選擇疏水裝置，及時將凝結水從系統中排除，既是保障蒸汽供熱系統正常穩定工作的重要條件，同時也是提高系統熱能利用率的重要前提。疏水裝置選擇不當，不但會造成系統工作不正常，而且會造成蒸汽攜帶的熱能不可避免的浪費。

疏水裝置是由疏水閥、過濾器和必要的閥門（球閥或截止閥）組成的。

疏水閥是疏水裝置的核心組件，過去曾有排水阻汽器的稱謂，意思是能夠及時順暢地從系統中排除凝結水，同時又能有效阻止蒸汽無效泄漏。疏水閥有多種類型，經常為人們選用的主要有倒置桶型、浮球型、圓盤型、熱靜力型疏水閥和具有凝結水提升功能的自動差壓型疏水閥等。各種疏水閥，由于其工作原理不同，其功能也不同，所以疏水閥選用必須注意：

根據實際需要，按疏水閥不同特點選用。

ARMSTRONG（阿姆斯壯）疏水閥在技術上比較成熟，該產品的主要性能見下表

（4）低壓下運行十分不良 （5）污物使閥無法關閉 （6）感溫元件損壞時失效。

按上述特點分析可以看出

·僅考慮疏水能力，不考慮節能是不可取的。目前圓盤型疏水閥大量使用于系統末端，幾乎達到普及程度，從表1看出顯然極不恰當。蒸汽供熱系統疏水閥漏氣十分嚴重，有的漏氣率甚至達到10%以上，與之有密切關系，需特別注意。

·按上表可以把疏水閥大致分為2類，即分為中間疏水閥，其后按其背壓可再次供給下一級用熱設備；再一類為末端疏水閥，安裝于系統末端，作最后疏水用，這種梯次配置，當是提高蒸汽熱能利用率好辦法。

·倒置桶形疏水閥最大優點在于其漏氣率很低，應作為系統末端疏水閥。

·蒸汽系統疏水必須認真考慮排除空氣和CO2氣問題，優先選擇具有排氣功能的疏水閥十分重要。

疏水閥選擇上認真考慮其適用壓力、計算疏水量選擇適宜規格的閥咀，不同用熱設備考慮取用不同的疏水倍率（安全系數）也是很重要的。應按設計規范、使用要求及產品樣本，本著適用、可靠、經濟的原則綜合考慮合理選用。使用優質可靠產品，價格較高，但通過節約熱能的效益能很好補償增加的費用，已為大量工程實踐所證實，因此嚴格考察供應商，選擇優質產品，杜絕仿冒產品，實為蒸汽供熱系統設計中應認真處理好的問題。

2.控制閃蒸蒸汽量，實現凝結水過冷，是蒸汽供熱系統節能的重要措施

疏水閥在疏水過程中，其裝置都有一定內阻，不同產品其內阻不同，閥前壓力減掉這個阻力則等于閥后壓力，稱之為疏水閥背壓。有的文獻稱這個壓力為疏水閥恢復壓力。疏水閥背壓意味著凝結水輸出時具有一定壓力，那么這些凝結水或汽-水混合物必然具有該背壓下的熱力狀態，當這些凝結水輸往壓力低的地方，例如廣泛使用的與大氣連通的開式凝結水箱，勢必在降壓過程中，由凝結水中再次蒸發出蒸汽，既然蒸發出的是蒸汽，則必然攜帶有4倍以上顯熱量的潛熱，以往對此有普遍忽視的傾向，實際上，這是蒸汽供熱系統熱能利用率難于提高的一個重要因素。

通常將凝結水在疏水閥背壓與凝結水箱壓力之間的壓差下由凝結水產生的二次蒸發汽稱為凝結水閃蒸蒸汽，圖1給出了凝結水閃蒸蒸汽率和閃蒸蒸氣量。

-0.14 0 0.35 0.70 0.105 1.40 2.10 0 0.70 1.40 2.10 2.80

背壓下凝結水壓力（MPa） 背壓下凝結水壓力（MPa）

a）凝結水減壓時蒸發的閃蒸蒸汽率 b）每m3凝結水在大氣壓下閃蒸蒸汽量

閃蒸蒸汽量也可按下式計算

設一套疏水裝置，疏水量1000kg/h，疏水閥背壓0.3MPa，疏水到開式水箱（0MPa），計算其閃蒸蒸汽量及熱量損失（按飽和蒸汽考慮）

0.3MPa水顯熱為 =601 kJ/kg

0.0 MPa水顯熱為 =415 kJ/kg 全熱為 =2673 kJ/kg 潛熱為r2=2258 kJ/kg

每小時閃蒸蒸汽量 kg/h ，閃蒸蒸汽量是凝結水量的8.24%

每小時閃蒸蒸汽帶走的熱量 kJ/kg

假定疏水閥前飽和蒸汽壓力為0.4MPa，蒸汽全熱為2746kJ/kg，若疏水閥不漏氣，則1000kg/h蒸汽總熱為2746x1000=2，746，000，那閃蒸蒸汽帶走的熱損失為

3、按用熱設備要求的不同溫度、壓力，按梯次利用方式設計蒸汽供熱系統，是實現蒸汽熱能集約化利用，提高蒸汽熱能利用率，節約能源的好方法。

通常蒸汽供應的用熱設備其入口壓力和溫度有不同要求，在工業建筑中這很常見。即使是民用建筑，在應用蒸汽做熱媒的采暖和熱水供應系統，在熱力系統方案設計階段，也可以通過選用入口壓力、溫度參數不同的設備使其分級。這樣便可以實現蒸汽供熱系統用熱的梯次配置。實現這樣配置應做到兩點

3.1.高壓設備凝結水疏水閥背壓能夠保障低壓設備正常運行，由于當前市場上供應的優質疏水閥的背壓一般能達到閥前壓力的80%，因此將各用熱設備按高壓0.8MPa，中壓0.5MPa，低壓0.3MPa配置，從次級設備資用壓力講按梯次配置用熱是完全可行的。

3.2.各設備的蒸汽用量，或講需用熱量在逐級利用時，在量上可能不匹配，大致分兩種情況，一種是高壓部分用氣量小，低壓部分用熱量大，這種情況宜用高壓蒸汽經調壓補充低壓側，最好的方式是在高壓部分凝結水閃蒸罐出口設引射器，引射高壓部分凝結水閃蒸汽供給低壓部分；另一種是高壓部分用汽量大，這種情況下，可以考慮在滿足低壓用量條件下，實現高壓部分凝結水經引射器后自身再利用。

實現梯次供熱情況比較復雜，應根據具體情況精心計算分析，做出適宜方案。按梯次供熱的好處是

3.2.1.蒸汽作為熱媒是熱的載體，而蒸汽輸送在有限范圍內可以勿需外界動力，只靠自身動力即可，按靠它自身動力能夠輸送熱能講，蒸汽還發揮作功的工質作用，既然疏水閥有可資利用的背壓，從節能講就應充分利用，所以在高壓下排放凝結水從動力角度看應該講也是能源的浪費。

3.2.2.按梯次配置用熱設備可以達到將閃蒸蒸汽量降至最低程度，甚而可以實現凝結水過冷，這種蒸汽熱能集約化利用無疑是節約能源的重要措施。

3.2.3.作為配置于一個蒸汽用熱設備上的疏水閥，對于這個設備來講它算末端，但對整個用蒸汽供熱系統來講，它不一定是系統的末端，必須克服只要是疏水閥，不論其前方設備是高壓，還是低壓，所有疏水閥排放口統統接到凝結水箱或凝結水池的觀念，應該充分利用疏水閥背壓，使系統末端疏水閥盡量減少，且保證它們能在較低壓力下工作，這不但能減少蒸汽閃蒸量，而且可以有效的杜絕疏水閥漏氣造成的損失。

4、提高凝結水回收率意義重大

凝結水十分寶貴，一方面凝結水是由供應鍋爐的軟化水轉化來的，同時它又經過蒸發冷凝過程，是品質優良的水，實際上它的價值比自來水高得多，統計資料說明，凝結水價值比自來水高4倍以上。另一方面我國是水資源十分緊張的國家，水作為資源浪費不得，因此凝結水回收意義重大。

當前的情況是凝結水回收率很低，大量肆意排放是較為普遍的現象，當然這種現象背后有很多復雜因素，從技術上講可能存在凝結水污染問題，回收的成本問題，投資問題等等，但是從水資源開發利用角度看，既然海水淡化已經受人們關注，而且已經在大力推行，那么凝結水回收為什么至今仍然未能受到人們應有的重視？！

分散的鍋爐房凝結水回收可能容易推行，這是因為一算經濟帳就有足夠的說服力，特別是今后水價看漲的形勢下，可能會有較大進展。而作為城市供熱系統，特別是熱電聯產的蒸汽供熱系統，在這方面還需要進行大量調查、分析和研究工作。

參考文獻：

[1] 陸躍慶主編《實用供熱空調設計手冊》 中國建筑工業出版社 1993年6月第一版

[2] 采暖通風設計經驗交流會編《采暖通風設計手冊》中國建筑工業出版社 1973年6月第二版

[3] 賀平、孫剛編《供熱工程》中國建筑工業出版社 1993年11月第三版

作者簡介：

李建華，男，1980.05.16出生，漢族，本科，工程師，籍貫：河南，從事城鎮市政熱力、燃氣管網規劃設計；機械工廠內熱能動力管道及鍋爐房、空壓站、熱交換站等動力站房的設計。