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蒸汽是什么？. 产生于水（易获得） 无毒、无味、无色 便于输送 热值高 传热快 易于控制（压力、温度）. 水 的 来 源. 雨水 溶解空气中的氧 自由氧对锅炉管壁产生腐蚀 江、河、湖、井水 溶解硅、钙、碳酸盐 钙和硅在锅炉管壁形成硬垢 碳酸盐形成 CO 2. 处理一：. 除 氧. 吸氧化合物 除氧器. 处理二：. 去 硬 度. 化学处理 软化 / 除盐 + 除离子 去硬度. 定压预热 定压汽化 定压过热
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蒸汽是什么？ • 产生于水（易获得） • 无毒、无味、无色 • 便于输送 • 热值高 • 传热快 • 易于控制（压力、温度）
水 的 来 源 雨水 溶解空气中的氧 自由氧对锅炉管壁产生腐蚀 江、河、湖、井水 溶解硅、钙、碳酸盐 钙和硅在锅炉管壁形成硬垢 碳酸盐形成 CO2
处理一： 除 氧 吸氧化合物 除氧器
处理二： 去 硬 度 化学处理 软化/除盐 + 除离子 去硬度
定压预热 定压汽化 定压过热 温-熵图 1点2线3区域5状态 饱和温度（沸点） 饱和、过热 显热 潜热 总热焓 比容 蒸汽产生过程
T p=22.1MPa t=374oC 临界点 温度(k) 水区 过热区 饱和区 上界线 下界线 273.15 S 0 熵 (KJ/kg•k) 蒸 汽 温 熵 图
饱和蒸汽主要特性 • 温度随压力升高而升高, 成一一对应关系 • 显热随压力升高而增大,在三相点时为零 • 潜热随压力升高而减小,到临界点时为零 • 总热焓在绝对压力3.1MPa以下时随压力升高而增大,在3.1MPa以上时随压力升高而减小 • 在中低压下,潜热占总热焓的绝大比重 • 蒸汽比容随压力升高而减小,到临界点时与水的比容相同 • 在低压下,蒸汽比容比水大许多倍
蒸汽 饱和温度 水 蒸汽压力 饱和蒸汽压力-温度关系
饱和蒸汽压力下的体积 Steam Sp. Volume vs Pressure Metric bar units 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 体积 Cum/kg 0.9 0.8 0.7 0.6 Specific Volume (Cu m/kg) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 5 10 15 25 30 40 50 60 70 80 90 100 压力bar Pressure (bar absolute) 压力/比容
空气带来的问题(1) 道尔顿定律（分压力定律） 混合气体总压力等于各组成气体的分压力之和 分容积定律 混合气体总容积等于各组成气体的分容积之和 分压力与分容积成正比 V总= V蒸汽+ V空气 P总= P蒸汽+ P空气 空气的存在降低了蒸汽分压力，从而降低系统温度
空气带来的问题 压力（绝）饱和蒸汽温度 在不同空气容积比例下温度 MPa ° C 10% 20% 30% 0.21 121 117 113 109 0.42 143 140 136 131 0.63 160 155 150 145 0.84 171 166 161 156 1.05 181 176 171 165 高压蒸汽具有较少潜热 传递相同热量需要更多的高压蒸汽
空气带来的问题(2) 阻碍 热传递 蒸汽中 容积占 0.5%的空气 降低传热效率 50% 饱和蒸汽 空气膜 水膜 换热器金属壁 被加热产品
空气带来的问题(3) 低于蒸汽温度下 CO2 + H2O = H2CO3 碳酸腐蚀回水管线等. 疏水阀必须在蒸汽温度下排除空气和凝结水
闪 蒸 汽 概 念 高压凝结水释放到低压环境中产生的蒸汽, 又称二次蒸汽。 计算公式 闪蒸量=（S1-S2）/ L2 x 100% S1 ： 高压水显热 S2：低压饱和水显热 L2：低压饱和蒸汽潜热
闪蒸量vs.凝结水量(一) 换热器 1000 kg/h 0.4 MPa 重量 凝结水 900 kg/h 闪蒸汽 100 kg/h 容量 凝结水 0.9 m3/h 闪蒸汽 167.3 m3/h 疏水阀 0 MPa
闪蒸量vs.凝结水量(二) 凝结水管道 100 kg 二次蒸汽 99.4% 总容量 186倍 900 kg 凝结水 0.56% 总容量
节能的重要意义 • 节省自然资源, 造福子孙万代 • 降低生产成本, 提高经济效益 • 保护环境, 减少危害
蒸汽供热系统简图 水 蒸汽 闪蒸汽 蒸汽输送系统 蒸汽使用系统 （用汽设备） 蒸汽产生系统 （锅炉） 凝结水回收系统
蒸 汽 系 统 的 效 率 h系统=h锅炉 * h管网 * h设备 + 凝结水回收 + 废蒸汽回收 - 排污（环境污染）
一流能效蒸汽系统指标 • 80+ % 锅炉效率 • 95+ % 疏水阀完好率 • 80+ % 凝结水回收率 • 专业的蒸汽系统维护
节 能 潜 力 分 布 20-25% 25 - 30% 40 - 45%
蒸 汽 系 统 节 能 技 术 A. 蒸汽产生系统节能技术 B. 蒸汽输送系统节能技术 C. 蒸汽使用中的节能技术 D. 凝结水回收系统节能技术 E. 系统优化节能技术
疏水阀的节能作用 • 阻汽 • 排水 • 排空气和其它不凝性气体
英寸 阀座孔径 月蒸汽损失 公斤 每月成本 元 每年总成本 元 1/2 378,800 26,516 318,192 7/16 288,900 20,223 242,676 3/8 213,200 14,920 179,080 5/16 147,400 10,318 123,816 1/4 95,300 6,671 80,052 3/16 53,000 3,710 44,520 1/8 23,800 1,666 19,992 惊人的蒸汽泄漏损失－0.7MPa下的测试报告 （假定蒸汽单位成本为70元/吨）
国家标准GB/T12712-91《供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求》国家标准GB/T12712-91《供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求》 合格: 蒸汽疏水阀完好率>90% 优秀:蒸汽疏水阀完好率>95% 完好率=配备率x合格率
我国各类疏水阀使用现状 • 全部 100% • 正常运行 (漏汽率<3%) 10% • 泄漏超标 (漏汽率>5%) 60% • 严重泄漏 (漏汽率>10%) 30% • 许多疏水阀处于跑汽状态, 形同虚设
凝结水回收的意义 • 节约燃料 • 节水 • 节约水处理化学品 • 减少锅炉排污热损失 • 减少环境污染 • 减少软化水排污 • 凝结水价值一般占蒸汽成本的25-35%
0.4MPa时饱和凝结水的成本 蒸汽显热：636 KJ/Kg 凝结水含热：636 KJ/Kg 蒸汽潜热：2111 KJ/Kg 给水含热： 42 KJ/Kg 总热： 2747 KJ/Kg 损失热量： 594 KJ/Kg 损失热量占总热： 损失热量/总热*100% （热损失） 594/2747*100%=21.6% 损失热量占蒸汽生产成本：热损失*燃料成本 （热成本） 21.6%*70%=15.1% 损失凝结水占蒸汽生产成本：热成本+除盐水成本 （凝结水总成本） 15.1%+15%=30.1%
国家标准GB/T12712-91《供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求》国家标准GB/T12712-91《供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求》 合格: 凝结水回收率>60% 优秀: 凝结水回收率>80%
凝结水回收价值（例） 运行条件及能源成本 (A) 凝结水负荷 2.5 吨/小时 (B) 年运行时间 8000 小时 水和废水成本 1.4 元/吨 水处理费用 6.6 元/吨 (C) 软化水成本 (以上两项之和) 8 元/吨 回收凝结水温度 90 OC 冷补充水温度 10 OC (D) 冷补充水温升(以上两项之差) 70 OC (E) 燃煤成本 250 元/吨 (F)考虑 75%锅炉效率后的燃煤发热量 4000 千卡/公斤 (G) 蒸汽成本 70 元/吨
凝结水回收价值（例） 水和化学品的节约 考虑闪蒸损失后实际回水量乘以系数0.9 每年节水 = 0.9 x 凝结水负荷 x 年运行时间 x 软化水成本 = 0.9 x (A)2.5 x (B) 8000 x (C)8 = 144,000（元） 燃料的节约 考虑闪蒸损失后实际节约量乘以系数0.9 每年节煤 = (0.9 x凝结水负荷 x 年运行时间 x 补充水温升 x 燃煤成本 ) / 燃煤热焓值 = 0.9 x (A)2.5 x (B)8000 x (D)80 x (E)250 / (F)4500 = 80,000（元） 凝结水回收总价值=144,000+ 80,000=224,000（元/年） 蒸汽总成本=凝结水负荷 x 年运行时间 x 蒸汽价格 = (A)2.5 x (B) 8000 x (G) 70=1,400,000 （元） 回收价值占蒸汽成本百分比=224,000/1,400,000 =16%
凝结水回收方式 • 重力回水 • 背压回水（余压回水） • 加压回水 开式系统 闭式系统
蒸汽供热系统节能总结 • 降低蒸汽泄漏率 / 可节约蒸汽价值的10-20% • 提高凝结水回收率 / 可节约蒸汽价值的15-25%
