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中高温水加热系统
系统特性hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.1
基本制度hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.2
设计考虑hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.2
配水管道设计hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.7
热交换器hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.8
空气加热线圈hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.8
空间供暖设备hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.8
仪表和控制hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.8
水处理hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.9
蓄热hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.9
安全注意事项hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;14.9
中温水系统的工作温度低于350°F，并允许设计压力评级为125至150psig。高温水系统被归类为在350°F以上的供水温度下运行的系统，其设计压力等级为300psig。通常由于管道配件，设备和配件上的压力限制，实际温度极限约为450°F。温度升高到450°F以上时，压力和成本迅速升高，因为需要额定压力更高的组件（见图1）。中高温系统的设计原则基本相同。在本章中，“高温水”（HTW）是指这两个系统。
图1饱和压力与饱和压力的关系
本章介绍了适用于HTW的一般原则和做法，并将其与低于250°F的低温水系统区分开来。基本设计见第12章适用于所有热水系统的注意事项。
系统特性
以下特性可将HTW系统与蒸汽分配系统或低温水系统区分开来：
bull;该系统是一个完全封闭的电路，电源和返回电源保持在压力下。蒸发没有损失，终端传热设备中没有使用的热量被返回到HTW发电机。紧密的系统具有最小的腐蚀。
bull;机械设备集中在中心站且不控制个体终端机组性能。
bull;管道可以向上或向下倾斜，也可以在各种高度上运行以适应地形，建筑和结构要求，但不用准备在每个低点设置陷井。这可能会减少所需的开挖量并消除滴落点和蒸汽所需的回油泵。
bull;与低温水系统相比，使用更大的温度下降和更少的水循环。
bull;系统中任何部分的压力必须始终远高于系统中饱和温度对应
的压力，以防止水蒸发成蒸汽。
bull;需要不同水温的终端单元可以通过调节水的流动、调节供水温度、将一些单元串联起来、使用热交换器或其他方法，在所需温度下服务。
bull;高热量的水在HTW电路中起着加热飞轮的作用，晚上在负载中波动。可以通过添加蓄热罐或在轻负荷期间提高回水管的温度来进一步提高蓄热能力。
bull;热载体的高热量使高温水不适合双管双温（热和冷冻水）应用，如果需要快速启动和关闭，则不适合间歇运行，除非该系统是为最小水量设计的，并具有快速响应控制。
bull;设计HTW系统需要更高的工程技能相比设计蒸汽或低温水所需技能，HTW系统更加简单，安全和方便。
bull;污水处理系统的设计需要仔细注意化学和物理的基本规律，因为这些系统比标准的水循环系统更加苛刻。
图2高温度水系统的组成部分
基本系统
HTW系统类似于传统的强制热水加热系统。它们需要一个热源（可以是直接燃烧的HTW发电机、蒸汽锅炉或开式或闭式换热器）来加热水。加热水的膨胀通常是在膨胀容器中进行的，膨胀容器同时对系统施加压力。热量输送依靠的循环泵分配系统是封闭的，包括在相同的基本压力下的供回水管道。终端单元的热量排放是通过传热表面间接传递的。（基本系统如图2所示）
高温水系统与低温水系统的主要区别通常是水压主要保持在压力更高、重量更重的设备及更小的管道尺寸。
大多数系统要么是（1）饱和蒸汽缓冲系统，其中高温水产生其自身压力，要么是（2）气体或泵加压系统，其中压力是外部施加的。
HTW发电机和所有辅助设备（如补给水和给水设备、压力罐和循环泵）通常位于中心站。串级HTW发电机有时使用现有的蒸汽分配系统，并安装在远离中心电厂的地方。
设计考虑
选择系统压力、供应温度、温度降、HTW发电机类型和加压方法是最重要的初始设计考虑因素。以下是一些决定性因素：
bull;负荷类型（空间加热和/或过程）；24小时和1年期间的负荷波动。工艺负荷可能需要在给定的最低供应温度下连续供水，而空间加热可以允许温度调节作为室外温度或其他气候影响的函数。
bull;终端机组温度要求。
bull;加热装置与需要热量的空间或工艺之间的距离。
bull;中心厂动力设备用蒸汽的数量和压力。
bull;系统内的高度变化和基本压力分布的影响。
通常，配电管道是HTW系统的主要投资。一个在供应和返回之间具有最宽的温度差（64257；）的分配系统将具有最低的初始和操作成本。经济型设计的温度为150°F或更高。
终端设备或用户系统的要求决定了选择的系统。例如，如果用户是10psig蒸汽发生器，则返回温度将为250°F。将选择在400°F下运行的300psig额定系统来提供负载。在另一个例子中，当一次系统主要用于140至180°F热水供暖系统时，可以选择在325°F下运行的HTW系统。在直接连接的热水二次系统中，通过与140°F回水混合至所需的180°F热水供应温度来降低供应温度。这种非常经济的设计在一次水系统中具有140°F的回水温度和185°F的prod;t。
由于当压力下降到加压热水闪蒸到蒸汽的点时，水锤的危险总是存在的，所以一次HTW系统应设计为150psi的钢阀门和配件。二次水在212°F以下运行，不受闪蒸和水锤的影响，可设计为125psi和标准暖通空调设备。
理论上，使用适用于125磅/平方英寸的设备可以提供最高约350华氏度的水温。但实际上，除非采用推拉泵送，否则系统设计、泵压和海拔特性将最高水温限制在300至325°F之间。许多为自生蒸汽增压设计的系统都有一个汽包，通过它可以获得整个流量，还可以用作膨胀容器。供水管道中的循环泵从水箱中取水。来自汽包的水的温度不能超过汽包中与其饱和压力相对应的蒸汽温度。最大压力点在循环泵出口处。例如，如果将该压力保持在125psig以下，则对应于水温的汽包压力不能超过125psig减去泵压力和汽包与循环泵之间的高度差引起的压力之和。
大多数系统是为惰性气体增压而设计的。在大多数这些系统中，加压罐通过循环泵吸入侧的一根平衡管与系统相连。循环泵位于HTW发电机的进口侧。加压罐中没有流量，温度降低通常会在内部形成。气体加压系统的一个特殊特性是在罐内产生并保持气体压力的装置。
在设计和操作HTW系统时，即使系统不工作，也必须保持始终超过水蒸汽压的压力。这可能需要限制水温，从而限制蒸汽压力，或增加施加的压力。
供水系统中防止水闪变成蒸汽所需的高度和压力也会限制可能使用的最高水温，因此在评估温度-压力关系和系统加压方法时必须对其进行研究。
控制设计的水的特性如下：
bull;饱和时的温度与压力（图1）密度或比体积与温度的关系
bull;焓或显热与温度的关系
bull;粘度与温度
bull;增压类型和数量
温度、压力、比体积和焓之间的关系在蒸汽表中都有。表1和图3总结了水的一些性质。
直烧式高温度水发生器
在直燃HTW发电机中，中央站可与在相同压力范围内运行的蒸汽锅炉厂进行比较。应根据负载和设计压力以及高温水特有的循环要求选择发电机的大小和类型。在某些系统中，动力或处理蒸汽和高温水都是从同一锅炉中提供的。在其他锅炉中，蒸汽产生并用于产生高温水。在许多其他情况下，燃烧的燃料直接加热水。
图3水的密度和比热 图4锅炉管道的布置
HTW发电机可以是水管式或火管式，也可以配备任何常规燃料燃烧装置。水管发电机可以有强制循环、重力循环，也可以两者结合。强制循环发电机的循环泵必须在发电机点火时连续运行。依靠自然循环的蒸汽锅炉在用于HTW发电时可能需要内部挡板。在scotch船用锅炉中，由于回水温度突然下降或prod;t超过40°F，可能会发生热冲击。强制循环HTW发电机通常是一次性的，仅依靠泵来实现循环。根据设计，可能需要在各种回路中的内部孔口来调节水流量，使其与热吸收速率成比例。发电机点火时，必须始终保持循环，流量不得低于制造商规定的最小值。
在使用重力循环蒸汽锅炉进行HTW发电的地方，汽包通常用作膨胀容器。在蒸汽加压强制循环高温蒸汽发生器中，通常使用单独的容器进行膨胀和维持蒸汽压力缓冲。当系统由惰性气体或辅助蒸汽缓冲时，通常使用单独的容器。在所有类型的锅炉中，适当的内部循环是必不可少的，以防止因过热或膨胀不均而导致管子失效。
在HTW系统中，发电机是一个带有整体汽包的蒸汽锅炉，用于增压和水位膨胀。浸水管将水线以下的水排出（图4）。安装这种浸水管时，应使其在饱和温度或接近饱和温度时吸水，而不会产生太多的气泡。如果系统中某个地方的管道破裂，锅炉不得空到受热面裸露并发生锅炉爆炸的程度。必须对回流管采取同样的预防措施。如果回流管连接在锅炉的下部，则应在与锅炉的连接管路中安装止回阀，以防止排空锅炉的危险。
当两台或多台这样的锅炉供应同一个系统时，每台锅炉必须保持相同的蒸汽压力和水位。水和蒸汽平衡管通常安装在卷筒之间（图5）。这些应该有足够的尺寸。下表显示了建议的尺寸：
锅炉等级百万Btu/h 平衡管直径
2.5 3
5 3.5
10 4
15 5
20 6
30 8
在100psig下运行的两台锅炉之间的系统压力差仅为0.25psi，将导致9in的差异。在水位上。情况进一步恶化，因为心烦意乱不是自我平衡。相反，当其中一个锅炉的热量释放过高，导致压力上升，水位下降时，进入其中的较冷回水流量减少，导致压力进一步上升，而另一个锅炉则相反。因此，重要的是燃烧速率始终与通过每个锅炉的流量相匹配。现代的做法是使用淹没式高温热水器和所有发电机共用的一个外部加压膨胀鼓，或蒸汽锅炉和直接接触（级联）加热器的组合。
膨胀和加压
除第12章的资料外，还应考虑下列因素：
bull;用于加压的膨胀罐的连接点极大地影响了整个系统的压力分布和避免HTW闪烁。
bull;高、低水位和压力过大的适当安全装置应纳入膨胀罐，并与燃烧安全和水流量控制联锁。
以下四种基本方法，在给定的液压系统中，压力可以保持在期望的水平，放大了第12章（Blossom和Ziel1959，国家科学院1959）中的讨论。
图5两台或两台以上锅炉的管道连接 图6组合式（一个跳）系统的HTW管道（蒸汽加压）蒸汽加压系统
1.提升储罐是一种简单的加压方法，但由于遇到压力所需的高度很大，一般是不切实际的。
2.蒸汽加压需要使用与HTW发生器分离的膨胀容器。因为燃烧和流量永远不可能完全匹配，所以一些蒸汽总是被携带。因此，容器必须位于HTW发电机上方，并从发电机连接到供水管道中。这种蒸汽，辅之以膨胀容器中的水的闪烁，提供了蒸汽缓冲，以加压系统。
膨胀容器必须配备能够缓解所有发电机产生的蒸汽的蒸汽安全阀。发电机本身的设计通常比膨胀桶的工作压力高得多，它们的安全安全阀是为更高的压力而设置的，以尽量减少它们的升力要求。
基本的HTW抽水安排可以是单泵，其中一个泵处理发电机和系统负载，也可以是两个泵，其中一个泵通过发电机循环高温水，另一个泵通过系统循环高温水（见图6和图7）。循环泵将水从膨胀容器移动到系统，回到发电机。容器必须升高，以增加净正吸压力，以防止空化或闪烁在泵吸力。这一安排至关重要。从HTW系统返回线到泵吸力的旁路有助于防止闪烁。然后将冷却器回水与膨胀容器中的更热的水混合，使其温度低于容器中相应的饱和点。
在双泵系统中，锅炉再循环应始终超过系统循环，因为冷却器进入汽包的回水过度冷却，在过度循环的情况下，会造成分配系统的压力损失和闪烁。通过在从汽包到锅炉再循环泵的平衡线上安装止回阀，可以防止回流到汽包中。较高的缓冲压力可以通过单独发电机的辅助蒸汽来维持。
图7 用于分离式（双跳） 图8单泵系统的惰性气体加压
系统的HTW管道蒸汽加压
图9双泵系统的惰性气体加压图 10利用可变气体进行惰性气体加压有气体回收的数量
蒸汽加压容器的尺寸应为总体积VT，这是蒸汽空间所需体积V1、水膨胀所需体积V2和污泥和储备所需体积V3的总和。允许V2和V3之和的20%是蒸汽空间所需体积V1的合理估计。
水膨胀所需的体积V2是从整个循环的最小到最高操作温度的水体积变化来确定的。没有必要允许从冷初始开始扩大系统中的总水量。在启动期间，有必要从初始启动温度到最低平均运行温度的膨胀中排出水量。
污泥和储备的体积V3的变化很大，取决于系统和发电机容量的大小和设计。水膨胀所需体积V2的40%的余量是对V3所需体积的合理估计。
3.氮气是最常用的惰性气体，用于气体加压。不建议使用空气，因为空气中的氧气
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