蒸汽作為二次能源，已廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)中，如能源、化工、造紙、船舶等領(lǐng)域，使其達(dá)到工藝所需的指標(biāo)。在輸送蒸汽介質(zhì)的管道或設(shè)備內(nèi)，還混有其他成分的介質(zhì)，并在整個輸送過程中這些介質(zhì)還會不斷地產(chǎn)生和形成。如在輸送蒸汽介質(zhì)的沿途因 蒸汽介質(zhì)間的碰撞運動或與管壁的摩擦等而產(chǎn)生的沿途凝結(jié)水，設(shè)備運行前管道系統(tǒng)內(nèi)儲存的冷空氣等有害介質(zhì)。因此，能夠盡可能地將蒸汽在輸送過程中產(chǎn)生的冷凝水及設(shè)備運行初期的冷空氣排除干凈，以提高蒸汽的熱效率是蒸汽管道系統(tǒng)一個極其重要問題， 而蒸汽疏水閥正是解決此項問題的關(guān)鍵裝置。蒸汽疏水閥是保障蒸汽系統(tǒng)（加熱設(shè)備或蒸汽管網(wǎng)）正常工作、凝結(jié)水回收利用、節(jié)約能源的重要控制類閥門。

蒸汽供熱系統(tǒng)所耗的能源在我國能源消耗中占有重要地位，全國產(chǎn)煤量的1/3用于該系統(tǒng)。蒸汽疏水閥對系統(tǒng)熱能的節(jié)約，不僅節(jié)約了煤，還相應(yīng)地降低了燃燒這部分煤所產(chǎn)生的C02、S02及粉塵的排放量，同時也意味著節(jié)約了生產(chǎn)這部分蒸汽所消耗的輔 助原料、材料、電力、水、人力和設(shè)備折舊等，因此蒸汽疏水閥是一種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。

蒸汽疏水閥可自動排除設(shè)備內(nèi)的冷空氣，排出管道系統(tǒng)內(nèi)不斷產(chǎn)生的凝結(jié)水，同時阻止蒸汽逸出，所以蒸汽疏水閥的作用簡稱阻汽、通水、排空氣。

12.2.1排除凝結(jié)水

在輸送蒸汽介質(zhì)的管道或用熱設(shè)備內(nèi)，蒸汽失去熱量會轉(zhuǎn)變成凝結(jié)水，同時系統(tǒng)還可能混入空氣和其他不凝性氣體。凝結(jié)水和空氣及其他不凝性氣體，成為降低用熱設(shè)備熱效率，引起設(shè)備產(chǎn)生故障和降低性能的重要原因。在這種情況下，蒸汽疏水閥節(jié)能作用主要表現(xiàn)在迅速排除產(chǎn)生的凝結(jié)水、排除空氣和其他不凝性氣體，且防止蒸汽泄漏。

（1）凝結(jié)水排除的必要性

①防止水擊首先，從安全角度考慮，如果蒸汽管道中有凝結(jié)水，高速流動的蒸汽推動積結(jié)在一起的凝結(jié)水，使凝結(jié)水在管壁和閥門及蒸汽用設(shè)備上進(jìn)行強烈的撞擊，同時伴隨很大的沖擊力，這種現(xiàn)象稱為水擊（也叫水錘作用）。當(dāng)水擊很強時，會造成管道轉(zhuǎn)彎處或閥門的損傷與破壞。當(dāng)然，水擊現(xiàn)象并不*是由于凝結(jié)水而產(chǎn)生的，假如鍋爐安裝與使用不正確，鍋爐里的水進(jìn)入蒸汽里，被帶入輸送管道； 或鍋爐的水位過高時，鍋爐供應(yīng)的蒸汽濕度過大，造成凝結(jié)水形成的速度加快，這也是導(dǎo)致水擊現(xiàn)象的一個原因。通常，鍋爐供應(yīng)的飽和蒸汽中，濕度應(yīng)在4%以下；如果是6%，這就說明濕度大了；如若到10%，其濕度過大。在濕度大或過大的情況下，就有必要修改鍋爐的結(jié)構(gòu)或解決安裝上的問題。

②防止腐蝕蒸汽使用設(shè)備內(nèi)部水和空氣中的氧與設(shè)備接觸，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使鐵銹蝕。因此從防止設(shè)備腐蝕的角度來看，必須排除凝結(jié)水。

③防止降低蒸汽使用設(shè)備的效率要使凝結(jié)水迅速從用汽設(shè)備中排除而又不讓蒸汽排出，是由于蒸汽中的熱量由顯熱和潛熱組成。用蒸汽做功的蒸汽設(shè)備（特別是熱交換器等間接加熱的裝置），都是為了有效地利用蒸汽的潛熱。在這些設(shè)備內(nèi)滯留過多的凝 結(jié)水與加熱面進(jìn)行接觸，妨礙了蒸汽與加熱面接觸， 使熱交換器等蒸汽使用設(shè)備的產(chǎn)生效率顯著降低。蒸汽使用設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的凝結(jié)水是飽和蒸汽使用之后的狀態(tài)，只有顯熱，所以它不再具有加熱的作用，因此， 設(shè)備內(nèi)滯留了凝結(jié)水，就*失掉加熱作用。為了不使加熱效率降低，并持續(xù)保證加熱效果，必須不斷地排除設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的凝結(jié)水。

④防止蒸汽使用設(shè)備的損傷由于蒸汽和凝結(jié)水的溫度不同，設(shè)備內(nèi)的凝結(jié)水使設(shè)備局部產(chǎn)生溫差，往往損傷設(shè)備。因此，從設(shè)備保養(yǎng)上看，也必須排除凝結(jié)水。

（2）空氣排除的必要性

①防止腐蝕蒸汽使用設(shè)備內(nèi)部設(shè)備內(nèi)如果混有空氣，如前所述，凝結(jié)水和空氣中的氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成對鐵的腐蝕，這是危險和不經(jīng)濟(jì)的，所以必須排除。

②防止降低蒸汽使用設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率設(shè)備內(nèi)蒸汽的潛熱使被加熱物加熱，蒸汽則冷卻，凝結(jié)成水，在管壁周圍形成凝結(jié)水層。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部混有空氣，由于空氣是不凝性氣體，不能液化，所以在設(shè)備內(nèi)管壁上的凝結(jié)水層內(nèi)側(cè)形成空氣層，由于空氣的熱導(dǎo)率極低，比保溫材料還小，因而使蒸汽和被加熱物之間的熱交換能力顯著降低。另外，由于蒸汽與空氣的性質(zhì)截然不同，一旦混入空氣且滯留，就變成了蒸汽與空氣的混合物，由于溫度下降，使熱交換能力降低。如果蒸汽是飽和蒸汽，它的溫度是由壓力決定

的。一般來說，蒸汽使用設(shè)備運轉(zhuǎn)時的壓力是由壓力表顯示的。由于混入了空氣，形成了蒸汽與空氣的混合物，這時的溫度就比該壓力相對應(yīng)的溫度低。

12. 2. 2回收利用熱能

蒸汽在各用汽設(shè)備輸送的過程中，變?yōu)榻咏瑴赝瑝合碌娘柡湍Y(jié)水，并且凝結(jié)水所具有的熱量可達(dá)蒸汽全熱量的20%?30%，且壓力、溫度越高的凝結(jié)水具有的熱量就越多，占蒸汽總熱量的比例也就越大。可以看出，回收凝結(jié)水的熱量，并加以有效利用，具有很大的節(jié)能潛力。根據(jù)使用蒸汽的工藝流程及用汽參數(shù)不同，實際所采用的凝結(jié)水回收與利用系統(tǒng)千差萬別，除了根據(jù)回收的凝結(jié)水輸送方式不同將 其分為自流凝結(jié)水回收系統(tǒng)、余壓（背壓）凝結(jié)水回 收系統(tǒng)、滿管凝結(jié)水回收系統(tǒng)、加壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)、無泵自動壓力凝結(jié)水回收系統(tǒng)等。除此還可以根據(jù)凝結(jié)水是否與大氣相通將這些系統(tǒng)分為開式和閉式凝結(jié)水回收與利用系統(tǒng)。下面從開式與閉式兩大系統(tǒng)入手，就現(xiàn)有的一些典型的凝結(jié)水回收與利用系統(tǒng)做進(jìn)一步闡述。

（1）開式凝結(jié)水回收與利用系統(tǒng)

開式凝結(jié)水回收與利用系統(tǒng)是把凝結(jié)水回收到鍋爐的給水罐中，在凝結(jié)水的回收與利用過程中，回收管路的一端向大氣敞開，通常是凝結(jié)水的集水箱敞開于大氣。凝結(jié)水?dāng)y帶的蒸汽和冷凝水因減壓到常壓后閃蒸蒸汽的二次蒸汽排空，散失了部分熱量，或?qū)⒍握羝右岳谩．?dāng)凝結(jié)水的壓力較低，靠自壓不能到達(dá)再利用時，可利用泵對凝結(jié)水進(jìn)行壓送。為了防止壓送時泵發(fā)生汽蝕，可將近100°C凝結(jié)水自然或加冷凝水降溫到70°c以下。開式凝結(jié)水回收與利用系統(tǒng)由于凝結(jié)水直接與大氣接觸，凝結(jié)水中的溶氧濃度較高，易產(chǎn)生設(shè)備腐蝕。這種系統(tǒng)適用于小型蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，設(shè)備簡單、操作方便。采用該系統(tǒng)時，應(yīng)盡 量減少冒汽量，從而減少熱污染和工質(zhì)、能量損失。 常見開式凝結(jié)水回收與利用系統(tǒng)的典型方式有以下幾種。

①開式自流凝結(jié)水回收系統(tǒng)自流凝結(jié)水回收系統(tǒng)又稱低壓重力凝結(jié)水回收系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，熱用戶處于高位，凝結(jié)水回水箱處于低位，凝結(jié)水通過

房凝結(jié)水箱或區(qū)域凝結(jié)水箱，zui后用水泵將凝結(jié)水送至鍋爐給水箱或總凝結(jié)水箱。背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)適用于壓力為0.1?0.3MPa的用汽設(shè)備，若用汽壓力過低，疏水閥工作背壓太低，凝結(jié)水不能克服回收系統(tǒng)阻力；若蒸汽壓力過高，又要和低壓凝結(jié)水合流， 經(jīng)疏水閥壓力較高的凝結(jié)水產(chǎn)生二次蒸汽較多，在疏水閥后凝結(jié)水管中的二次蒸汽占據(jù)了大量的空間。為了防止水擊，凝結(jié)水流速不能太高，否則導(dǎo)致凝結(jié)水管道直徑很大。因此，幵式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)不宜用于蒸汽壓力過高的用汽設(shè)備，凝結(jié)水合流于低壓凝結(jié)水的場合。但當(dāng)高壓用汽設(shè)備所產(chǎn)生的凝結(jié)水量遠(yuǎn)小于低壓用汽設(shè)備的凝結(jié)水量（10%以下）時，也可 采用開式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)。

b.分離出二次蒸汽的開式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)。 這種凝結(jié)水回收系統(tǒng)是蒸汽在設(shè)備中放熱形成凝結(jié)水，經(jīng)疏水閥排入二次蒸發(fā)箱分離出二次蒸汽后，再經(jīng)疏水閥排入凝結(jié)水管網(wǎng)，依靠疏水閥的背壓，將凝結(jié)水送至凝結(jié)水箱。zui后用泵將凝結(jié)水送至鍋爐給水箱或總凝結(jié)水箱。在該系統(tǒng)中二次蒸汽排人大氣，不僅造成大量熱量的浪費，而且污染環(huán)境，因此這種凝結(jié)水回收方式不應(yīng)得到推廣。

③開式加壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)當(dāng)靠背壓不足以克服系統(tǒng)的阻力，不能把凝結(jié)水送回鍋爐房時，可在用戶處或幾個用戶聯(lián)合起來設(shè)置回水箱，收集用熱設(shè)備中流出的各種壓力的凝結(jié)水，在排出或利用二次蒸汽后，把剩余的凝結(jié)水用凝結(jié)水泵或凝結(jié)水回收裝置

送至鍋爐房總凝結(jié)水箱，這就是加壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)，它實際是背壓和加壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)的組合（圖 12-4）。

（2）閉式凝結(jié)水回收與利用系統(tǒng)

閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)的凝結(jié)水集水箱以及所有管路都處于恒定的正壓下，系統(tǒng)是封閉的。系統(tǒng)中凝結(jié)水的大部分能量通過一定的回收設(shè)備直接回收到鍋爐內(nèi)，凝結(jié)水的回收溫度僅在管網(wǎng)內(nèi)降溫，同時由于系統(tǒng)封閉，減少了回收進(jìn)鍋爐的水處理費用，而且水質(zhì)也有保證。該系統(tǒng)的凝結(jié)水回收經(jīng)濟(jì)效益好，設(shè)備的工作壽命長，注重蒸汽輸送系統(tǒng)、用汽設(shè)備和疏水閥的選型，目前大力推廣閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)，以下給出典型的幾種系統(tǒng)。

①閉式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)與開式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)類似，閉式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)中用汽設(shè)備的凝結(jié)水經(jīng)疏水閥分離后，同樣依靠疏水閥的背壓返回凝結(jié)水箱，不同的是閉式回收系統(tǒng)中凝結(jié)水箱與大氣不相通，而且在一定的條件下還要充分利用二次 蒸汽。根據(jù)凝結(jié)水是否分離出二次蒸汽，分為背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)和分離出二次蒸汽的背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)。

a. 閉式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)。閉式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)的二次蒸汽可用于低壓采暖或其他用汽設(shè)備。凝結(jié)水箱內(nèi)的壓力由安全水封保持，由于回收了二次蒸汽，也延長了管道的使用壽命。閉式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)中，為了減少室外凝結(jié)水管中的二次蒸汽 和水擊現(xiàn)象，可將凝結(jié)水在接入室外管網(wǎng)前加以冷卻，充分利用其熱量。原則上是把從用熱設(shè)備出來的高溫凝結(jié)水冷卻到100°C以下，使二次蒸汽不再產(chǎn)生。

b. 分離出二次蒸汽的閉式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)。 為分離出二次蒸汽并加以利用的閉式背壓凝結(jié)水回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)多用于蒸汽壓力為0.3MPa以上的用汽設(shè)備，此時經(jīng)疏水閥排出的凝結(jié)水所產(chǎn)生的二次蒸汽較多（占5%以上），利用這些蒸汽，可減少熱損失， 減小所需的凝結(jié)水輸送管道直徑，而且因為凝結(jié)水輸送管中沒有二次蒸汽，基本上不會產(chǎn)生水擊，運行安全。但該系統(tǒng)必須具備兩個基本條件：一是用戶用汽設(shè)備的蒸汽消耗量較大，蒸汽壓力較高，產(chǎn)生的二次蒸汽較多；二是產(chǎn)生的二次蒸汽有可利用的設(shè)備。

②閉式滿管凝結(jié)水回收系統(tǒng)（圖12-5）是背壓和自流凝結(jié)水回收系統(tǒng)的混合系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是將用戶的各種壓力的高溫凝結(jié)水依靠背壓先引入專門的二次蒸發(fā)箱，在箱內(nèi)分離出二次蒸汽并被利用。剩余的凝結(jié)水變成低溫、低壓的凝結(jié)水經(jīng)過水封或疏水閥排

入室外凝結(jié)水管網(wǎng)，然后靠背壓和重力作用送至鍋爐房總凝結(jié)水箱，在回水系統(tǒng)的末端，總凝結(jié)水箱前增設(shè)與全廠區(qū)的回水管道zui高處相同高度的水封，以防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)。

③閉式余壓加壓凝結(jié)水及二次蒸汽回收利用系統(tǒng)凝結(jié)水閃蒸產(chǎn)生的二次蒸汽在閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)中有兩種回收方式：一是將二次蒸汽直接引入低壓蒸汽管網(wǎng)內(nèi)；另一種是利用高壓蒸汽通過噴射壓縮器將二次蒸汽抽出加壓送到中壓蒸汽管網(wǎng)中。這種系統(tǒng) 能較好地充分利用二次蒸汽，回收熱能，且系統(tǒng)裝置不復(fù)雜，值得推廣。

④使用組合式凝結(jié)水泵將凝結(jié)水直接返回鍋爐房的閉式回收系統(tǒng)閉式蒸汽凝結(jié)水回收方式是回收100°C以上的飽和水，一般離心泵在輸送飽和狀態(tài)的熱水時會產(chǎn)生汽蝕，使泵不能正常工作，嚴(yán)重的汽蝕會損壞泵葉輪造成事故。目前采用將離心泵和噴射壓 縮器緊密組合的方式來解決汽蝕問題。該系統(tǒng)由離心泵、噴射壓縮器、循環(huán)管路、出口壓力控制閥、排汽閥及運行的自控裝置等組成。這種組合式凝結(jié)水泵不需要大的安裝場地和凝結(jié)水罐，也不需要臺架，在閉式凝結(jié)水循環(huán)中常用到。

（3） 開式與閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)的比較

開式與閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)主要存在以下一些區(qū)別：

①開式蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)操作方便，設(shè)備簡單，初始投資小，但系統(tǒng)占地面積大，經(jīng)濟(jì)效益差， 對環(huán)境污染大。閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益好，設(shè)備工作壽命長，故障率低，維修方便，是值得推廣的 一項裝置。

②開式凝結(jié)水回收系統(tǒng)是間歇的，半自動運行的，而閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)是連續(xù)的、全自動運行的。

③開式蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)只能利用80°C以下的熱水，閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)可回收100°C以上的飽和水，因此，閉式蒸汽凝結(jié)水回收方式節(jié)能效益優(yōu)于開式凝結(jié)水回收系統(tǒng)，近年已經(jīng)大量應(yīng)用于工業(yè)實踐。

（4） 回收方式和設(shè)備的確定

對于不同的冷凝水改造項目，選用何種回收方式和回收設(shè)備，是該項目能否達(dá)到投資目的至關(guān)重要的一步。首先，必須準(zhǔn)確地掌握冷凝水回收系統(tǒng)的冷凝水量，若冷凝水量計算不正確，便會使冷凝水管管徑選得過大或過小。其次，要正確掌握冷凝水的壓力和溫度，回收系統(tǒng)采用何種方式、何種設(shè)備、如何布置管網(wǎng)，都和冷凝水的壓力溫度有關(guān)。再次：冷凝水回收系統(tǒng)疏水閥的選擇也是應(yīng)該注意的內(nèi)容，疏水閥選型不妥，會影響冷凝水利用時的壓力和溫度，亦影響整個回收系統(tǒng)的正常運行。在系統(tǒng)選擇時也并非回收效率越高越好，還要考慮經(jīng)濟(jì)性問題，也就是在考慮余熱利用效率的同時，還要考慮初始的投人。由于閉式回收系統(tǒng)的效率較高，環(huán)境污染少，往往被優(yōu)先考慮。

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