鍋爐-蒸汽系統(tǒng)

鍋爐是蒸汽系統(tǒng)的心臟。典型的現(xiàn)代成套鍋爐由燃燒器提供動(dòng)力，該燃燒器將熱量傳遞到鍋爐管中。

燃燒器產(chǎn)生的熱氣體通過(guò)一系列管子來(lái)回傳遞最多3次，從而通過(guò)管子表面向周?chē)腻仩t水傳遞最大熱量。一旦水達(dá)到飽和溫度（在該壓力下沸騰的溫度），就會(huì)產(chǎn)生蒸汽氣泡，該氣泡上升到水表面并破裂。蒸汽被釋放到上方空間，準(zhǔn)備進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)。截止閥或冠狀閥將鍋爐及其蒸汽壓力與過(guò)程或工廠隔離。

如果蒸汽被加壓，它將占據(jù)更少的空間。蒸汽鍋爐通常在壓力下運(yùn)行，因此，較小的鍋爐可以產(chǎn)生更多的蒸汽，并使用小口徑管道將其轉(zhuǎn)移到使用點(diǎn)。需要時(shí)，可在使用時(shí)降低蒸汽壓力。

只要鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽量與離開(kāi)鍋爐的蒸汽量一樣多，鍋爐將保持加壓狀態(tài)。燃燒器將運(yùn)行以維持正確的壓力。由于飽和蒸汽的壓力和溫度直接相關(guān)，因此這也可以保持正確的蒸汽溫度。

鍋爐具有許多配件和控制裝置，可確保鍋爐安全，經(jīng)濟(jì)，高效且在恒定壓力下運(yùn)行。

典型的煙管殼鍋爐

給水
供給鍋爐的水的質(zhì)量很重要。它必須處于正確的溫度下（通常在80°C左右），以避免對(duì)鍋爐的熱沖擊并使其保持高效運(yùn)行。它還必須具有正確的質(zhì)量，以免損壞鍋爐。下圖顯示了一個(gè)復(fù)雜的給水系統(tǒng)，其中水通過(guò)蒸汽注入被加熱。

普通的未經(jīng)處理的飲用水并不完全適合鍋爐，并且會(huì)迅速使它們起泡沫并擴(kuò)大規(guī)模。鍋爐效率將降低，蒸汽將變臟和變濕。鍋爐的壽命也將減少。

因此，必須對(duì)水進(jìn)行化學(xué)處理以減少其中所含的雜質(zhì)。給水處理和加熱均在給水箱中進(jìn)行，通常位于鍋爐上方。必要時(shí)，給水泵將給鍋爐加水。加熱進(jìn)料罐中的水也會(huì)減少其中的溶解氧量。這很重要，因?yàn)楹跛哂懈g性。

排污
鍋爐給水的化學(xué)計(jì)量會(huì)導(dǎo)致鍋爐中存在懸浮固體。這些將不可避免地以污泥的形式收集在鍋爐的底部，并通過(guò)稱(chēng)為底部排污的過(guò)程將其除去。這可以手動(dòng)完成-鍋爐服務(wù)人員將使用鑰匙在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)打開(kāi)排污閥，通常每天兩次。

處理后，其他雜質(zhì)以溶解固體的形式殘留在鍋爐水中。隨著鍋爐產(chǎn)生蒸汽，它們的濃度將增加，因此需要定期清除鍋爐中一些內(nèi)容物以降低濃度。這稱(chēng)為總?cè)芙夤腆w的控制（TDS控制）。此過(guò)程可通過(guò)自動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行，該系統(tǒng)使用鍋爐內(nèi)部的探頭或裝有鍋爐水樣本的小型傳感器腔室來(lái)測(cè)量鍋爐中的TDS含量。一旦TDS液位達(dá)到設(shè)定點(diǎn)，控制器就會(huì)向排污閥發(fā)出信號(hào)，使其在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)打開(kāi)。損失的水被TDS濃度較低的給水代替，因此，鍋爐的總TDS降低了。

液位控制
如果不仔細(xì)控制鍋爐內(nèi)的水位，后果可能是災(zāi)難性的。如果水位下降得太低并且鍋爐管暴露在外，則鍋爐管可能會(huì)過(guò)熱并發(fā)生故障，從而引起爆炸。如果水位太高，水可能會(huì)進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)并破壞過(guò)程。

因此，使用了自動(dòng)電平控制。為了遵守法規(guī)，液位控制系統(tǒng)還集成了警報(bào)功能，可在鍋爐水位出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)關(guān)閉鍋爐并發(fā)出警告。常用的水位控制方法是使用能感應(yīng)鍋爐中水位的探頭。在某個(gè)水位時(shí)，控制器將向給水泵發(fā)送信號(hào)，該水泵將恢復(fù)水位，并在達(dá)到預(yù)定水位時(shí)關(guān)閉。探頭將包含打開(kāi)和關(guān)閉泵的級(jí)別，以及激活低或高級(jí)別警報(bào)的級(jí)別。替代系統(tǒng)使用浮點(diǎn)數(shù)。

在大多數(shù)國(guó)家/地區(qū)，法律要求擁有兩個(gè)獨(dú)立的低電平警報(bào)系統(tǒng)。

蒸汽流向工廠

當(dāng)蒸汽凝結(jié)時(shí)，其體積會(huì)大大減小，這會(huì)導(dǎo)致壓力局部降低。通過(guò)系統(tǒng)的壓降產(chǎn)生通過(guò)管道的蒸汽流。

鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽必須通過(guò)管道輸送到需要其熱能的位置。最初將有一個(gè)或多個(gè)主管或蒸汽主管，它們沿鍋爐的蒸汽使用方向從鍋爐輸送蒸汽。然后，較小的支管可以將蒸汽分配到各個(gè)設(shè)備。

高壓蒸汽比大氣壓下的蒸汽體積要小。壓力越高，分配給定蒸汽量所需的管道孔就越小。

蒸汽質(zhì)量
重要的是要確保離開(kāi)鍋爐的蒸汽以正確的狀態(tài)輸送到過(guò)程中。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在工廠周?chē)\(yùn)送蒸汽的管道通常裝有過(guò)濾器，分離器和疏水閥。

過(guò)濾器是管道中篩子的一種形式。它包含蒸汽必須通過(guò)的網(wǎng)格。任何通過(guò)的碎屑將被網(wǎng)狀物保留。濾網(wǎng)應(yīng)定期清潔以避免堵塞。應(yīng)清除蒸汽流中的碎屑，因?yàn)樗赡軐?duì)植物造成極大破壞，并可能污染最終產(chǎn)品。

典型的Y型過(guò)濾器

蒸汽應(yīng)盡可能干燥，以確保有效地傳熱。分離器是管道中的主體，其中包含一系列中斷蒸汽路徑的板或擋板。蒸汽撞擊板子，蒸汽中的任何水滴都聚集在板上，然后再?gòu)姆蛛x器底部排出。

蒸汽從鍋爐進(jìn)入蒸汽總管。最初，管道是冷的，熱量從蒸汽傳遞給管道。管道周?chē)目諝庖脖日羝€冷，因此管道將開(kāi)始向空氣散發(fā)熱量。圍繞管道安裝的隔熱材料將大大減少這種熱量的損失。

當(dāng)來(lái)自分配系統(tǒng)的蒸汽進(jìn)入使用設(shè)備的蒸汽時(shí)，蒸汽將通過(guò)以下方式再次釋放能量：a）對(duì)設(shè)備進(jìn)行加熱； b）繼續(xù)將熱量傳遞給過(guò)程。蒸汽散失熱量后，又變回水。蒸汽一離開(kāi)鍋爐就不可避免地開(kāi)始這樣做。形成的水被稱(chēng)為冷凝水，它傾向于流到管道的底部，并與蒸汽流一起被帶走。由于多種原因，必須將其從分配管道的最低點(diǎn)移除：

• 冷凝物不能有效地傳熱。設(shè)備內(nèi)部的冷凝物膜將降低熱量的傳遞效率。

• 當(dāng)空氣溶解到冷凝物中時(shí)，它會(huì)變得腐蝕性。

• 積聚的冷凝水會(huì)引起嘈雜和損壞水錘。

• 排水不充分會(huì)導(dǎo)致接頭泄漏。

使用一種稱(chēng)為蒸汽疏水閥的設(shè)備來(lái)釋放管道中的冷凝水，同時(shí)防止蒸汽從系統(tǒng)中逸出。它可以通過(guò)幾種方式做到這一點(diǎn)：

• 浮球疏水閥利用蒸汽和冷凝水之間的密度差來(lái)操作閥門(mén)。當(dāng)冷凝水進(jìn)入疏水閥時(shí)，浮子被抬起，浮子杠桿機(jī)構(gòu)打開(kāi)主閥以允許冷凝水排出。當(dāng)冷凝水流量減少時(shí)，浮子下降并關(guān)閉主閥，從而防止蒸汽逸出。

• 熱力學(xué)疏水閥包含一個(gè)可打開(kāi)以冷凝并關(guān)閉蒸汽的圓盤(pán)。

• 在雙金屬恒溫疏水閥中，雙金屬元件利用蒸汽和冷凝水之間的溫差來(lái)操作主閥。

• 在平衡壓力恒溫疏水閥中，一個(gè)對(duì)熱量敏感的充滿(mǎn)液體的小膠囊使閥門(mén)工作。

一旦在該過(guò)程中使用了蒸汽，就需要將所產(chǎn)生的冷凝水從設(shè)備中排出，然后返回鍋爐房。

降低壓力
如前所述，通常會(huì)在高壓下產(chǎn)生蒸汽，由于設(shè)備的壓力限制或過(guò)程的溫度限制，使用時(shí)可能必須降低壓力。

這可以通過(guò)減壓閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

使用時(shí)蒸汽

存在使用植物的多種蒸汽。以下是一些示例：

• 夾層鍋 -用于食品和其他行業(yè)的大型鋼鍋或銅鍋，用于煮沸物質(zhì)-從大蝦到果醬。這些大鍋被裝滿(mǎn)蒸汽的夾套包圍，該夾套用來(lái)加熱內(nèi)容物。

• 高壓滅菌器 -充滿(mǎn)蒸汽的腔室，用于滅菌目的，例如醫(yī)療設(shè)備，或用于在高溫和高壓下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，例如硫化橡膠。

• 加熱器電池 -為了空間加熱，將蒸汽供應(yīng)到加熱器電池中的線(xiàn)圈。待加熱的空氣通過(guò)線(xiàn)圈。

• 處理罐加熱 -液體罐中充滿(mǎn)蒸汽的盤(pán)管，用于將內(nèi)容物加熱到所需溫度。

• 硫化機(jī) -裝有蒸汽的大容器，用于硫化橡膠。

• 瓦楞機(jī) -在瓦楞紙生產(chǎn)中使用的一系列蒸汽加熱輥。

• 換熱器 -用于加熱家用/工業(yè)用液體。

過(guò)程控制
任何使用工廠的蒸汽都需要某種方法來(lái)控制蒸汽流量。通常不需要在相同壓力和溫度下保持恒定流量的蒸汽-在啟動(dòng)時(shí)將需要逐漸增加的流量來(lái)緩慢加熱設(shè)備，一旦過(guò)程達(dá)到所需溫度，就必須減少流量。

控制閥用于控制蒸汽流量。執(zhí)行器（見(jiàn)圖1.3.6）是施加力以打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)的裝置。傳感器監(jiān)視過(guò)程中的狀況，并將信息傳輸?shù)娇刂破鳌?/span>控制器將過(guò)程條件與設(shè)定值進(jìn)行比較，并向執(zhí)行器發(fā)送一個(gè)校正信號(hào)，執(zhí)行器將調(diào)整閥門(mén)設(shè)置。

存在多種控件類(lèi)型：

• 氣動(dòng)閥 -將壓縮空氣施加到執(zhí)行器中的隔膜上以打開(kāi)或關(guān)閉閥。

• 電動(dòng)閥門(mén) -電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)。

• 自作用-沒(méi)有這樣的控制器-傳感器具有液體填充物，該液體填充物會(huì)根據(jù)過(guò)程溫度的變化而膨脹和收縮。該動(dòng)作會(huì)施加力來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)。

從工廠去除冷凝水

通常，形成的冷凝水很容易通過(guò)疏水閥排出設(shè)備。冷凝水進(jìn)入冷凝水排水系統(tǒng)。如果被污染，可能會(huì)被排干。如果沒(méi)有，則可以通過(guò)將其包含在鍋爐供料罐中來(lái)保留其中包含的寶貴熱能。這也節(jié)省了水和水處理成本。

有時(shí)，使用設(shè)備可能會(huì)在蒸汽內(nèi)部形成真空。這阻礙了冷凝水的排出，但是從蒸汽空間適當(dāng)排出水可以保持設(shè)備的有效性。然后可能必須將冷凝水泵出。

機(jī)械（蒸汽驅(qū)動(dòng)）泵用于此目的。這些或電動(dòng)泵用于將冷凝水提升回鍋爐給水箱。

如圖所示，右圖是一個(gè)機(jī)械泵正在排干植物。可以看出，蒸汽和冷凝水系統(tǒng)代表一個(gè)連續(xù)的回路。一旦冷凝液到達(dá)給水箱，鍋爐就可以將其回收利用。