鍋爐-蒸汽系統(tǒng)

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

燃燒器產生的熱氣體通過一系列管子來回傳遞最多3次，從而通過管子表面向周圍的鍋爐水傳遞最大熱量。一旦水達到飽和溫度（在該壓力下沸騰的溫度），就會產生蒸汽氣泡，該氣泡上升到水表面并破裂。蒸汽被釋放到上方空間，準備進入蒸汽系統(tǒng)。截止閥或冠狀閥將鍋爐及其蒸汽壓力與過程或工廠隔離。

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

只要鍋爐中產生的蒸汽量與離開鍋爐的蒸汽量一樣多，鍋爐將保持加壓狀態(tài)。燃燒器將運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，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，經濟，高效且在恒定壓力下運行。

典型的煙管殼鍋爐

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

普通的未經處理的飲用水并不完全適合鍋爐，并且會迅速使它們起泡沫并擴大規(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，必須對水進行化學處理以減少其中所含的雜質。給水處理和加熱均在給水箱中進行，通常位于鍋爐上方。必要時，給水泵將給鍋爐加水。加熱進料罐中的水也會減少其中的溶解氧量。這很重要，因為含氧水具有腐蝕性。

排污
鍋爐給水的化學計量會導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，并通過稱為底部排污的過程將其除去。這可以手動完成-鍋爐服務人員將使用鑰匙在規(guī)定的時間內打開排污閥，通常每天兩次。

處理后，其他雜質以溶解固體的形式殘留在鍋爐水中。隨著鍋爐產生蒸汽，它們的濃度將增加，因此需要定期清除鍋爐中一些內容物以降低濃度。這稱為總溶解固體的控制（TDS控制）。此過程可通過自動系統(tǒng)執(zhí)行，該系統(tǒng)使用鍋爐內部的探頭或裝有鍋爐水樣本的小型傳感器腔室來測量鍋爐中的TDS含量。一旦TDS液位達到設定點，控制器就會向排污閥發(fā)出信號，使其在設定的時間段內打開。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
如果不仔細控制鍋爐內的水位，后果可能是災難性的。如果水位下降得太低并且鍋爐管暴露在外，則鍋爐管可能會過熱并發(fā)生故障，從而引起爆炸。如果水位太高，水可能會進入蒸汽系統(tǒng)并破壞過程。

因此，使用了自動電平控制。為了遵守法規(guī)，液位控制系統(tǒng)還集成了警報功能，可在鍋爐水位出現問題時關閉鍋爐并發(fā)出警告。常用的水位控制方法是使用能感應鍋爐中水位的探頭。在某個水位時，控制器將向給水泵發(fā)送信號，該水泵將恢復水位，并在達到預定水位時關閉。探頭將包含打開和關閉泵的級別，以及激活低或高級別警報的級別。替代系統(tǒng)使用浮點數。

在大多數國家/地區(qū)，法律要求擁有兩個獨立的低電平警報系統(tǒng)。

蒸汽流向工廠

當蒸汽凝結時，其體積會大大減小，這會導致壓力局部降低。通過系統(tǒng)的壓降產生通過管道的蒸汽流。

鍋爐中產生的蒸汽必須通過管道輸送到需要其熱能的位置。最初將有一個或多個主管或蒸汽主管，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設備。

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。

蒸汽質量
重要的是要確保離開鍋爐的蒸汽以正確的狀態(tài)輸送到過程中。為了實現這一目標，在工廠周圍運送蒸汽的管道通常裝有過濾器，分離器和疏水閥。

過濾器是管道中篩子的一種形式。它包含蒸汽必須通過的網格。任何通過的碎屑將被網狀物保留。濾網應定期清潔以避免堵塞。應清除蒸汽流中的碎屑，因為它可能對植物造成極大破壞，并可能污染最終產品。

典型的Y型過濾器

蒸汽應盡可能干燥，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，然后再從分離器底部排出。

蒸汽從鍋爐進入蒸汽總管。最初，管道是冷的，熱量從蒸汽傳遞給管道。管道周圍的空氣也比蒸汽還冷，因此管道將開始向空氣散發(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。

當來自分配系統(tǒng)的蒸汽進入使用設備的蒸汽時，蒸汽將通過以下方式再次釋放能量：a）對設備進行加熱； b）繼續(xù)將熱量傳遞給過程。蒸汽散失熱量后，又變回水。蒸汽一離開鍋爐就不可避免地開始這樣做。形成的水被稱為冷凝水，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移除：

• 冷凝物不能有效地傳熱。設備內部的冷凝物膜將降低熱量的傳遞效率。

• 當空氣溶解到冷凝物中時，它會變得腐蝕性。

• 積聚的冷凝水會引起嘈雜和損壞水錘。

• 排水不充分會導致接頭泄漏。

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

• 浮球疏水閥利用蒸汽和冷凝水之間的密度差來操作閥門。當冷凝水進入疏水閥時，浮子被抬起，浮子杠桿機構打開主閥以允許冷凝水排出。當冷凝水流量減少時，浮子下降并關閉主閥，從而防止蒸汽逸出。

• 熱力學疏水閥包含一個可打開以冷凝并關閉蒸汽的圓盤。

• 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操作主閥。

• 在平衡壓力恒溫疏水閥中，一個對熱量敏感的充滿液體的小膠囊使閥門工作。

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

降低壓力
如前所述，通常會在高壓下產生蒸汽，由于設備的壓力限制或過程的溫度限制，使用時可能必須降低壓力。

這可以通過減壓閥來實現。

使用時蒸汽

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-從大蝦到果醬。這些大鍋被裝滿蒸汽的夾套包圍，該夾套用來加熱內容物。

• 高壓滅菌器 -充滿蒸汽的腔室，用于滅菌目的，例如醫(yī)療設備，或用于在高溫和高壓下進行化學反應，例如硫化橡膠。

• 加熱器電池 -為了空間加熱，將蒸汽供應到加熱器電池中的線圈。待加熱的空氣通過線圈。

• 處理罐加熱 -液體罐中充滿蒸汽的盤管，用于將內容物加熱到所需溫度。

• 硫化機 -裝有蒸汽的大容器，用于硫化橡膠。

• 瓦楞機 -在瓦楞紙生產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。

過程控制
任何使用工廠的蒸汽都需要某種方法來控制蒸汽流量。通常不需要在相同壓力和溫度下保持恒定流量的蒸汽-在啟動時將需要逐漸增加的流量來緩慢加熱設備，一旦過程達到所需溫度，就必須減少流量。

控制閥用于控制蒸汽流量。執(zhí)行器（見圖1.3.6）是施加力以打開或關閉閥門的裝置。傳感器監(jiān)視過程中的狀況，并將信息傳輸到控制器。控制器將過程條件與設定值進行比較，并向執(zhí)行器發(fā)送一個校正信號，執(zhí)行器將調整閥門設置。

存在多種控件類型：

• 氣動閥 -將壓縮空氣施加到執(zhí)行器中的隔膜上以打開或關閉閥。

• 電動閥門 -電動馬達驅動閥門。

• 自作用-沒有這樣的控制器-傳感器具有液體填充物，該液體填充物會根據過程溫度的變化而膨脹和收縮。該動作會施加力來打開或關閉閥門。

從工廠去除冷凝水

通常，形成的冷凝水很容易通過疏水閥排出設備。冷凝水進入冷凝水排水系統(tǒng)。如果被污染，可能會被排干。如果沒有，則可以通過將其包含在鍋爐供料罐中來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，使用設備可能會在蒸汽內部形成真空。這阻礙了冷凝水的排出，但是從蒸汽空間適當排出水可以保持設備的有效性。然后可能必須將冷凝水泵出。

機械（蒸汽驅動）泵用于此目的。這些或電動泵用于將冷凝水提升回鍋爐給水箱。

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