给水箱和给水调节章节311第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册

3.11.1给水箱和给水调节章节3.11第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册2393.11.2给水箱和给水调节章节3.11第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册给水箱和给水调节锅炉给水箱的重要性常常被低估了，锅炉给水和补给水储存在这里，回收的冷凝水也进入它。锅炉房中大部分设备都是两套，但很少有两套给水箱，而且这个至关重要的设备常常在设计过程的最后才被考虑到。给水箱是冷补给水和回收的冷凝水的主要的汇集地点。最好是将这二者和排污系统来的闪蒸蒸汽一起进入安装在给水箱水面下的分配管。分配管必须用不锈钢制作并适当的支撑。运行温度给水箱内的水温非常重要，保持足够高的温度使溶解氧和其它气体的含量降到最低。给水箱内水温与含氧量之间的关系见图3.11.1。如果加入补给水的比例很高，加热给水能大量的减少所需的化学除氧的药剂量。例3.11.1节约成本与通过加热减少给水中的溶解氧是相关联的。基本的计算:标准的亚硫酸钠加药量是每1ppm的溶解氧要求8ppm的亚硫酸钠。通常增加额外的4ppm亚硫酸钠以在锅炉中保持一个裕量。典型的液态亚硫酸钠仅含有亚硫酸钠45%。例如:图3.11.1水温与含氧量���������������������������������������������������������������������������水温(℃)氧溶解量（ppm）锅炉的平均蒸发量=10000kg/h锅炉年运行时间=6000h/年亚硫酸钠的费用=15元/kg给水箱温度=60℃从图3.11.1中知，含氧为：60℃水的含氧量=4.8ppm所需的亚硫酸钠量=(4.8x8)+4=42.4ppm所需亚硫酸钠溶液的量(45%浓度)=42.4ppmx=94.2ppm年需亚硫酸钠溶液量=10000kg/hx6000h/年x年需亚硫酸钠溶液量=5653kg/年年费用=5653kg/年x15元/kg年费用=84795元/年计算194.2ppm1000000ppm240100453.11.3给水箱和给水调节章节3.11第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册很明显给水箱加热也有成本，但在锅炉内水温同样需要上升，并没有额外的能耗，只是同样的能源用在不同的地方。真正的损失来自给水箱本身的热损失。只要给水箱适当的保温，这部分额外的热损失几乎可以忽略。一项重要的额外的节约是减少了加到锅炉给水中的亚硫酸钠的量。这同时也减少了需要的排污量，这部分节约远大于给水箱的额外热损失。避免锅炉本体损坏当冷水进入锅炉和锅炉管道的热表面，锅炉会受到热震动。给水温度越高，温差越小，热震动的风险就越小。保持设计出力锅炉给水温度越低，在锅炉内加热产生蒸汽所需的热量就越多。保持给水箱尽可能高的温度对保证锅炉出力是非常重要的。锅炉给水泵的气蚀警告：很高的冷凝水回收率（特别是超过80%）可能导致过高的给水温度，并造成给水泵气蚀。如果水接近沸腾点进入水泵，在叶轮腔内的低压区域就很有可能闪蒸出蒸汽。如果出现这种情况，由于压力降低到水的蒸发压力以下就形成了蒸汽泡。当压力再上升，这些汽泡将破裂，水以很高的速度流进汽泡破裂后产生的空穴。这就是所谓的“气蚀”，它会发出噪声并损坏水泵。为了避免这个问题，必须给水泵提供最大可能的净正吸入水头(NPSH)以使静压尽可能高。将给水箱放置在锅炉上方尽可能高的地方对解决气蚀问题很有帮助，而且在给水泵吸入口管道选型时尽量留有余量(图3.11.2)。给水箱设计给水箱(图3.11.3)能在几个方面影响整个锅炉房的运行方式。通过认真设计给水箱及相关系统，可以节约能源和水处理化学药剂，并且能够增加运行的可靠性。圆柱水箱，无论垂直或水平的，在其它国家是常见的，在英国最常用的是矩形水箱。它在占有同样的地面面积的情况下通常可提供最大的储水容积。给水箱材料:铸铁-铸铁水箱通常由矩形部件组装而成的：-铸铁容易腐蚀，在连接处容易出现泄漏。碳钢-可能是给水箱最通用的材料：-无涂层，材料成本较低但易于腐蚀。在表面使用合适的涂层可以改善，但这样作的成本可能超过水箱的成本，特别是涂层也需要定期的维修。塑料-这种材料通常不适用于给水箱，因为能承受高温的材料成本也高。但塑料适合作冷补给水箱的材料。不锈钢-用这种材料制作的水箱寿命长但先期的成本较高。一般选择304L作为最合适的不锈钢等级。给水箱温度=85℃从图3.11.1中知，含氧为：85℃水的含氧量=2.3ppm所需的亚硫酸钠量=(2.3x8)+4=22.4所需亚硫酸钠溶液的量(45%浓度)=22.4ppmx=49.8ppm年需亚硫酸钠溶液量=10000kg/hx6000h/年x年需亚硫酸钠溶液量=2988kg/年年费用=2988kg/年x15元/kg年费用=44820元/年计算21004549.8ppm1000000ppm2413.11.4给水箱和给水调节章节3.11第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册图3.11.2水泵的净正吸入水头NPSHNPSH锅炉给水箱锅炉给水泵图3.11.3锅炉给水箱排空气闪蒸冷凝除氧头水位控制系统补给水排污热量回收温度控制系统蒸汽冷凝水回收循环系统给水至锅炉2423.11.5给水箱和给水调节章节3.11第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册图3.11.4蒸汽系统中涉及给水箱的其它部分锅炉排污给水箱容量给水箱提供了一定的储水量以备补给水中断时使用。传统的经验是给水箱有足够的容量满足锅炉1h最大蒸发量。对大型工厂这可能就不切实际了，可以选择用一个较小的“热”水箱，另外再用一个冷软化水箱。它还应该在正常的工作液位上面有足够的容量以容纳冷凝水回水的高峰负荷。这个容量被称为“容差量”。在启动阶段储存在设备和管道内的冷凝水突然回到水箱可能出现很高的冷凝水回水率，如果溢流排放就造成浪费。这时明智的方法是检查冷凝水回收系统，控制回水率以避免浪费。水箱结构设计水箱应考虑以下几个方面：加强结构-水箱应全部焊接，重要的是应使用适当的加强结构以加强水箱侧面和顶部，并且对底部提供适当的支撑。否则将导致挠曲和永久损坏。管道连接-所有管道法兰连接头应伸出至少150mm以方便保温。所有螺纹连接头应伸出至少20mm。吊装耳-必须配置吊装耳以使安装安全容易。给水箱管道冷凝水回水随着蒸汽的产生锅炉内的水不断蒸发，而且给水泵不断将给水补充泵入锅炉。蒸汽进入各种各样的蒸汽使用设备，变成冷凝水，这是质量非常高的热水。如果没有被污染（也许由于制程的原因），冷凝水是理想的锅炉给水。从经济的角度应尽可能多的回收冷凝水再利用。事实上，回收所有的冷凝水几乎是不可能的，有些应用中蒸汽可能直接喷射进入制程如加湿和蒸汽喷射，而且通常锅炉本身也有水的损失，例如排污。补给水（化学处理过的水）因此要补进系统以保持正确的工作水位。返回冷凝水在锅炉房代表巨大的能量节约。冷凝水含有很高的热量，给水温度每上升6℃可大约少消耗1%的燃料。图3.11.5(a)表示了当锅炉冷补给水温度10℃时，10barg蒸汽的能量构成。在图的底部部分代表给水的热焓(42kJ/kg)。在锅炉中必须再加入740kJ/kg的热量才能达到10barg时的饱和温度。蒸汽负载补给水给水箱给水泵锅炉2433.11.6给水箱和给水调节章节3.11第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册图3.11.5(b)也表示了10barg蒸汽的构成，但这时锅炉的给水温度通过返回更多的冷凝水加热到了70℃。给水包含的热焓增加意味着锅炉现在仅需加入489kJ/kg的热能就可升到10barg的饱和温度。这表示将蒸汽加热到同样的温度节约了9.2%的能量。返回的冷凝水实际上是纯水，这样不仅节约了水的成本，而且节约了水处理化学药剂，也因此减少了排污相关的损失。如果返回的冷凝水有压力，那在给水箱内会产生闪蒸蒸汽。闪蒸蒸汽必须冷凝以保证热量和水都被回收利用。传统的方法是将其通过喷射管引入给水箱，但现代更有效的方法是使用闪蒸冷凝除氧头，冷补给水、返回的冷凝水和闪蒸蒸汽都在这里混合(见图3.11.6)。热量回收系统的闪蒸蒸汽一个热量回收系统能回收闪蒸蒸汽，例如，从锅炉排污中回收闪蒸蒸汽。这是另一个使用回收的热量来提高给水温度的办法，因此节约燃料。带压冷凝水产生的闪蒸蒸汽需要冷凝。传统的方法是将其通过喷射管引入给水箱，但现代更有效的方法是使用闪蒸冷凝除氧头。补给水这是从水处理设备来的冷水，用于补充系统的损失。很多水处理设备需要有大量的水流过它们以达到最好的性能。给水箱的进水采用调节控制可能造成“滴流”，这样就对软水器的工作性能有副作用。基于这个原因，常常需要配备一个小的塑料或玻璃钢冷补给水箱。从软水器来的水采用开/关控制进入冷补给水箱。从这里出来再用调节阀控制到给水箱的流量。这种安装设计带来锅炉设备更平稳的运行。为了避免冷补给水直接下沉到水箱的底部（冷水将直接被抽进锅炉给水管道），并且为了保证均匀的温度分布，实践要求冷补给水应从较高的水位进入给水箱。蒸汽喷射就象前面提到的，保持给水箱在较高的温度有很多好处。要达到这个较高的温度最方便的办法之一是直接喷射蒸汽进入给水箱。图3.11.5加热到10barg蒸汽所需能量的比较(a)(b)2000kJ740kJ42kJ2000kJ489kJ289kJ给水温度为10℃，产生1kg10barg蒸汽所需热值给水温度为70℃，产生1kg10barg蒸汽所需热值降低9.2%蒸发焓饱和水焓饱和蒸汽焓蒸发焓饱和水焓2443.11.7给水箱和给水调节章节3.11第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册排气口给水箱必须通大气以防压力聚集。作为指导意见，排气口尺寸范围是DN80用于2m3的水箱，到DN250用于30m3水箱。排气口必须配备排气帽，它有内部挡板可以分离蒸汽中的水分并通过排水口排掉。溢流溢流口应装配“U”型管以防闪蒸蒸汽损失。到给水泵的出口如果出口在给水箱的底部，在水箱内必须突出50mm以防止水箱底部的污垢进入给水管线。应该放大选型裕量以使管路摩擦损失最小，而且使到水泵的净正吸入水头(NPSH)最大。排水给水箱底部应有排水口以便排空水箱检查。保温给水箱应适当保温以防止热损失。应听从保温专家的建议选择正确的材料和经济的厚度。检查人孔应有尺寸大小合适的检查人孔和适当的附属装置以便能够进行内部检查。水位控制传统上使用浮球控制。现代的控制装置使用水位探头，该装置输出信号可调节控制阀。这种系统不仅要求的维修少，而且，如果选择了合适的控制器，一个探头还同时可以提供水位报警以及远端指示装置。水位探头可用于高水位、正常工作水位和低水位的信号。探头在水箱内安装了保护管以防止扰动，扰动会导致错误的读数。水位指示器建议在水箱本体安装一个水位指示器或玻璃管水位计，用于观察确认水位和调试水位探头。温度表可以在现场安装或用远传读取装置。除氧器大气式除氧器一个除氧头的混合装置把所有进入的流量混合在一起。它把高含氧量的冷补给水与从冷凝水以及排污热量回收来的闪蒸蒸汽混合在一起。氧和其它气体从冷水中逸出，在水进入主给水箱前自动从排气口排放。除氧头大大地减少了水箱在工作条件下预期排放出来的蒸汽量。因此，适当设计的带除氧头的大气式除氧水箱比普通安装排放盖的水箱排放量少。一般，一个大气式除氧水箱的排气口尺寸从DN80用于2m3水箱到DN250用于30m3水箱不等。2453.11.8给水箱和给水调节章节3.11第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册补给水水喷淋浸入管图3.11.6大气式除氧器至自动排气阀闪蒸蒸气带压力的除氧器在更大的锅炉设备上，有时安装带压力的除氧器，用蒸汽将给水加热到大约105℃以除掉氧气。压力式除氧器通常能有效的将溶解氧的含量减少到很低的水平。压力式除氧器:必须配备控制和安全装置。属于压力容器，要求定期的正式检查。这意味着压力式除氧器代价昂贵，仅在非常大的锅炉房使用。如果要考虑压力式除氧器，必须同时考虑它的小负荷性能（或者有效调节比）。本部分的21章对压力式除氧器有详细的评论。进一步的水处理这是附加的处理作为外部水处理的补充(例如，基本交换系统)，通常通过向给水箱或给水管道中添加按计量确定的化学药剂来进行。要求的化学处理取决于很多因素如：补给水中固有的杂质和硬度。冷凝水返回再利用的量和它的质量包括pH值、