1)锅炉
锅炉是供热之源。锅炉及锅炉设备是保证锅炉能安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能,进而将热能传递给水,以产生热水或蒸汽。(1)锅炉分类
①按生产的热媒分,可分为热水锅炉:生产热水的锅炉;蒸汽锅炉:生产蒸汽的锅炉。
②按工作压力分,可分为低压锅炉:蒸汽压力(相对压力)低于70kPa或热水温度低于115℃的锅炉;高压锅炉:蒸汽压力(相对压力)高于70kPa或热水温度高于115℃的锅炉。
③按锅炉出厂形式分,可分为散装锅炉:锅炉各部件在现场组装成整体;快装锅炉:锅炉出厂时已经组装成为整体。
(2)锅炉的基本构造
锅炉主要由“汽锅”和“炉子”两大部分组成。汽锅是由锅筒(或称汽包)、管束、水冷壁、联箱和下降管等组成的一个封闭的热交换器。炉子是由炉排及炉墙所包围的炉膛组成的燃烧设备。此外,为保证锅炉的正常工作和安全,还必须设有安全阀、水位计、水位报警器、压力表、主阀、排污阀和止回阀等配件。
(3)锅炉工作过程
①燃料的燃烧过程。如图6-23所示,燃料由炉门1投入炉膛2中,铺在炉箅3上燃烧;空气受烟囱8的引风作用,由灰门4进入灰坑5,并穿过炉箅缝隙进入燃料层进行助燃。燃料燃烧后变成烟气和炉渣,烟气流向汽锅6的受热面,通过烟道7经烟囱8排入大气。
②烟气与水的热交换过程。燃料燃烧时放出大量热能,这些热能主要以辐射和对流两种方式传递给汽锅里的水,所以,汽锅也就是一个热交换器。由于炉膛中的温度高达1 000℃以上,因此,主要以辐射方式将热量传递给汽锅壁,再传给锅炉中的水。在烟道中,高温烟气冲刷汽锅的受热面,主要以对流方式将热量传给锅炉中的水,从而使水受热并降低了烟气的温度。
③水受热的汽化过程。由给水管道9将水送入汽锅里至一定的水位,汽锅中的水接受锅壁传来的热量而沸腾汽化。沸腾水形成的气泡由水底上升至水面以上的蒸汽空间,形成汽和水的分界面——蒸发面。蒸汽离开蒸发面时带有很多水滴,湿度较大,到了蒸汽空间后,由于蒸汽运动速度减慢,大部分水滴会分离下来,蒸汽上升到干汽室10后还可以分离出部分水滴,最后带少量水分由蒸汽管道11送出。
图6-23 锅炉的工作原理图
1—炉门;2—炉膛;3—炉箅;4—灰门;5—灰坑;6—汽锅;7—烟道;8—烟囱;9—给水管;10—干汽室;11—蒸汽管道;12—水位表;13—压力表;14—安全阀;15—主汽阀;16—给水阀;17—回水阀;18—排污阀;19—蒸汽空间
2)散热器
散热器是以对流和辐射两种方式向室内散热的设备。散热器应有较高的传热系数,有足够的机械强度,能承受一定压力,消耗金属材料少,制造工艺简单,同时表面应光滑,易清扫,不易积灰,占地面积小,安装方便,美观,耐腐蚀。
散热器按材质分为铸铁、钢制和铝合金等;按构造形式分为管形、翼形、柱形、板形等。
目前,我国常用的散热器有以下几种:
(1)铸铁散热器
铸铁散热器是由铸铁浇铸而成,结构简单,具有耐腐蚀、使用寿命长、热稳定性好等特点,因而被广泛应用。工程中常用的铸铁散热器有冀形和柱形两种。
①冀形散热器。冀形散热器又分为圆冀形和长冀形,外表面有许多肋片,如图6-24所示。冀形散热器承压能力低,易积灰,外形不很美观,不易组成所需散热面积,适用于散发腐蚀性气体的厂房和湿度较大的房间以及工厂中面积大而又少尘的车间。
②柱形散热器。柱形散热器是呈柱状的单片散热器,每片各有几个中空的立柱相互连通,常用的有二柱和四柱散热器两种。片与片之间用正反螺丝连接,根据散热面积的需要,可把各个单片组合在一起形成一组散热器,如图6-25所示。每组片数不宜过多,一般二柱不超过20片,四柱不超过25片。我国目前常用的柱形散热器有带脚和不带脚两种片型,便于落地或挂墙安装。柱形散热器传热系数高,外形也较美观,占地面积较小,易组成所需的散热面积,表面光滑易清扫,因此广泛用于住宅和公共建筑中。
图6-24 翼形散热器
图6-25 柱形散热器
(2)钢制散热器
钢制散热器主要有闭式钢串片(图6-26)、钢板式(图6-27)、柱形等几种类型。与铸铁散热器相比,它具有以下特点:金属耗量少,多由薄钢板压制焊接或钢管焊接而成;耐压强度高,一般可达到0.8~1.0MPa,而铸铁散热器只有0.4~0.5MPa;外形美观,便于布置。其最严重的缺点是容易被腐蚀,使用寿命较短。
图6-26 闭式钢串片对流散热器示意图
图6-27 钢板式散热器
(3)铝合金散热器
铝合金散热器常用的是柱式散热器,体积小,重量轻,金属耗量少,美观,多挂在墙上,起装饰作用,但水容量小,造价高。
(4)散热器的布置
散热器设置在外墙窗口下面最为合理。这样经散热器上升的对流热气流沿外窗上升,能阻止渗入的冷空气沿墙和窗户下降,因而防止冷空气直接进入室内工作区域,使房间温度分布均匀,流经室内的空气舒适暖和。
散热器应尽量少占建筑使用面积和有效空间,且与室内装修相协调。(www.xing528.com)
散热器有明装和暗装两种,如图6-28所示。一般情况下,为了使散热器更好地散热,散热器应采用明装。在建筑、工艺方面有特殊要求时,应将散热器加以围挡,但要设有便于空气对流的通道。楼梯间的散热器应尽量放置在底层。双层外门的外室、门斗不宜设置,以防冻裂。
在热水采暖系统中,支管与散热器的连接应尽量采用上进下出的方式,且进出水管尽量在散热器同侧,这样传热效果好且节约支管;下进下出的连接方式传热效果较差,但安装简单,对分层控制散热量有利;下进上出的连接方式传热效果最差,但这种连接方式有利于排气。
图6-28 散热器安装
安装在同一房间内的散热器可以增设立管而进行横向串联,连接管径一般采用DN32。同一房间的散热器安装高度应保持一致,并且要使干管及散热器支管具有规范要求的坡度。
在选择散热器时,除要求散热器能供给足够的热量外,还应综合考虑经济、卫生、运行安全可靠以及与建筑物相协调等问题。例如,常用的铸铁散热器不能承受大于0.4MPa的工作压力;钢制散热器虽能承受较高的工作压力,但耐腐蚀能力却比铸铁散热器差等等。近年来,选用钢制散热器的民用建筑物逐渐增多。
3)膨胀水箱
膨胀水箱一般用钢板制作,通常是圆形或矩形。膨胀水箱安装在系统的最高点,用来容纳系统加热后膨胀的体积水量,并控制水位高度。膨胀水箱在自然循环系统中起到排气作用,在机械循环中还起到恒定系统压力的作用。
在上供下回热水采暖系统中,其膨胀水箱常放置在顶棚内;在平顶房屋中,则将膨胀水箱放置在专设的屋顶小室内,膨胀水箱由承重墙、楼板梁等支撑;下供下回式热水采暖系统中,膨胀水箱常放置在楼梯间顶层的平台上。膨胀水箱外应有一保温小室以免水箱中水在停运时冻结,小室的尺寸应以便于膨胀水箱的拆卸维修为计算标准。
膨胀水箱箱体上连有膨胀管、溢流管、信号管、排水管及循环管等管路。
(1)膨胀管
膨胀管是系统主干管与膨胀水箱的连接管,当膨胀管与自然循环系统连接时,膨胀管应接在总立管的顶端,如图6-29所示;当与机械循环系统连接时,膨胀管应接在水泵入口前,如图6-30所示。膨胀管不允许设置阀门,以免偶然关断,使系统内压力增高而发生事故。
图6-29 膨胀水箱与自然循环系统的连接
1—膨胀管;2—循环管;3—加热器
图6-30 膨胀水箱与机械循环系统的连接
1—膨胀管;2—循环管;3—加热器;4—水泵
(2)循环管
为了防止水箱内的水冻结,膨胀水箱需设置循环管。在机械循环系统中,连接点与定压点应保持1.5~3.0m的距离,以使热水能缓慢地在循环管、膨胀管和水箱之间流动。循环管上也不应设置阀门,以免水箱内的水冻结。
(3)溢流管
用于控制系统的最高水位,当水的膨胀体积超过溢流管口时,水溢出,就近排入排水设施中。溢流管上也不允许设置阀门以免偶然关闭而使水从入孔处溢出。
(4)信号管
用于检查膨胀水箱水位,决定系统是否需要补水。信号管控制系统的最低水位应接至锅炉房内或人们容易观察的地方,信号管末端应设置阀门。
(5)排水管
用于清洗、检修时放空水箱用,可与溢流管一起就近接入排水设施,其上应安装阀门。
4)排气设备
排气设备是及时排除采暖系统中空气的重要设备,在不同的系统中可以用不同的排气设备。在机械循环上供下回式系统中,可用集气罐、自动排气阀来排除系统中的空气,且装在系统末端最高点。集气罐一般由直径为100~250mm的短管制成,分立式和卧式两种。而自动排气阀的自动排气是靠本体内的自动机构使系统中的空气自动排出系统外,它外形美观、体积小、管理方便、节约能源。在水平式和下供式系统中,用装在散热器上的手动放气阀来排除系统中的空气。
热水采暖上供下回式系统中,一个系统中的两个环路不能合用一个集气罐,以免热水通过集气罐互相串通,造成流量分配的混乱。
5)疏水器
疏水器的作用是自动阻止蒸汽逸漏且迅速排出用热设备以及管道中的凝水,同时还能排除系统中积留的空气和其他不凝性气体。因此疏水器在蒸汽采暖系统中是必不可少的重要设备,它通常设置在散热器回水管支管或系统的凝水管上。最常用的疏水器主要有机械型疏水器、热动力型疏水器和热静力型疏水器三种。其中,机械型疏水器是利用蒸汽、凝水的密度差,形成凝水液位来控制凝水排气孔自动启闭的疏水器;热动力型疏水器是利用蒸汽、凝水在流动过程中压力、比容的变化来控制流道启闭的疏水器;热静力型疏水器是利用蒸汽、凝水的温度变化引起恒元件膨胀和收缩来控制启闭的疏水器。凝水流入疏水器后,经过一个缩小的孔口流出。此孔的启闭由内装酒精的金属波形囊控制,当蒸汽经过疏水器时酒精受热蒸发,体积膨胀,波形囊伸长,带动底部的锥形阀,堵住小孔,使蒸汽不能流入凝水管。直到疏水器内的蒸汽冷凝成水后波形囊收缩,小孔打开,排出凝水。当空气或较冷的凝水流入时,波形囊加热不够,小孔继续开着,它们可以顺利通过。
疏水器很容易被系统管道中的杂质堵塞,因此在疏水器前应有过滤措施。
6)除污器
除污器是阻留系统热网水中的污物以防它们造成系统室内管路阻塞的设备,除污器一般为圆形钢质筒体,其接管可取与干管相同的直径。除污器一般安装在采暖系统的入口调压装置前,或锅炉房循环水泵的吸入口和换热器前面;其他小孔口也应该设除污器或过滤器。
7)散热器控制阀
散热器控制阀安装在散热器入口管上,是根据室温和给定温度之差自动调节热媒流量的大小来自动控制散热器散热量的设备,主要应用于双管系统中,单管跨越系统中也可使用。这种设备具有恒定室温、节约系统能源的功能。
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