锅炉设备与原理chapter11工业锅炉的汽水系统

第11章工业锅炉的汽水系统11.1工业锅炉给水系统11.2工业锅炉用水指标11.5离子交换水处理原理11.6离子交换设备及其运行11.7锅炉给水除氧11.8蒸汽系统和热水系统11.9工业锅炉排污系统热力系统：工业锅炉的给水、蒸汽、排污系统，统称为汽水系统，也称热力系统。给水系统：将给水送入锅炉的设备、管道和附件等，称为给水系统；蒸汽系统：将蒸汽从锅炉送出经分汽器(分汽缸)引出锅炉房的管道及附件，称为蒸汽系统；排污系统：将锅炉排污水引出锅炉房的管道、设备及附件组成排污系统。对于热水锅炉，锅炉房的水系统包括：热水系统和补给水系统。§11.1工业锅炉给水系统一、给水系统由给水箱、锅炉给水泵、水处理设备、凝结水回收设备、给水管道及阀门、附件等组成。1.蒸汽锅炉房的给水方式应根据热网回水方式和水处理方式确定。⑴压力回水给水系统将回水和软化补给水汇入给水箱，如下图所示。锅炉房给水箱是贮存锅炉给水的设备。锅炉给水是由凝结水和经过处理后的补给水组成。如给水除氧，则作为给水箱的除氧水箱应有良好的密封性；如给水不除氧，给水箱也可以采用开口水箱。给水箱的总有效容量宜为所有运行锅炉在额定蒸发量时所需20～60min的给水量。凝结水箱是贮存凝结水的设备。凝结水箱宜选择1个，锅炉房常年不间断供热时，宜选用2个，或1个中间带隔板分为两格的水箱，以备检修时切换使用。它的总有效容量宜为20～40min的凝结水回收量。小型锅炉房可将凝结水箱和给水箱合为1个，这样可以减少凝结水的二次蒸汽热损失，并能将补给水加温，此时，水箱容积按给水箱考虑。软化水箱的总有效容量，应根据水处理的设计出力和运行方式确定。当设有再生备用软化设备时，软化水箱的总有效容量宜为30～60min的软化水消耗量。锅炉房水箱应注意防腐，水温大于50℃时，水箱要保温。⑵自流回水给水系统凝结水箱一般可设在地下室内，如下图所示。⑶回水管设扩容器的给水系统当锅炉房有不同压力的回水时，可在高压回水管道上设扩容器，使回水压力降低产生二次蒸汽，然后再进入凝结水箱。二、给水管道由除氧水箱或给水箱接至锅炉给水泵入口的管道称为吸水管道。由给水泵出口到锅炉给水阀之间的管道，称为压水管。二者总称为锅炉给水管道。给水管道分为：单母管、双母管、单元制。单母管给水系统：蒸汽锅炉房一般采用单母管给水系统。双母管给水系统：两根管道同时使用，每根管道的管径均按不小于锅炉最大给水量来确定。给水泵吸水母管由于水压较低，一般采用单管。如下图所示。单元制给水系统：1泵对1炉，另设1台公共备用泵。常用的锅炉给水泵有电动（离心式）给水泵、汽动给水泵。电动给水泵容量较大，能连续均匀给水，广泛应用于工业锅炉房给水系统。汽动给水泵只能往复间歇地工作，出水量不均匀，需要耗用蒸汽，可作为停电时的备用泵。以电动给水泵为常用水泵时，宜采用汽动给水泵为事故备用泵。三、给水泵通常把从软水箱吸出软化水，送入除氧器或锅炉中的水泵称为软化水泵或给水泵。把从凝结水箱吸水加压送入软化水箱或除氧器的水泵称为凝结水泵。所谓水质，是指水和其中杂质共同表现的综合特性。评价水质好坏的指标，叫水质指标。一、水中的杂质及水质指标锅炉房用水一般来自城市水厂或企业自来水厂称为原水。1．水中的杂质及其危害性⑴水中杂质的分类：悬浮物、胶体、溶解物质悬浮物—水流动时呈悬浮状态存在，不溶于水的颗粒物质，其颗粒直径在10^-4mm以上，通过滤纸可以被分离出来。主要是砂子、粘土及动植物的腐败物质。§11.2工业锅炉用水指标胶体—许多分子和离子的集合体，颗粒直径在10^-6~10^-4mm之间，通过滤纸不能分离出来。溶解物质—主要是钙、镁、钾、钠等盐类和一些溶解气体。大都以离子状态存在，颗粒小于10^-6mm。天然水中的溶解气体：氧（氧化性）和二氧化碳（化学腐蚀与电化学腐蚀）。金属腐蚀的分类金属的腐蚀钢铁吸氧腐蚀⑵水中杂质的危害性悬浮物：悬浮物会形成沉积物，污染树脂，堵塞管道，悬浮物过多会使锅水起沫。胶体：胶体物质会污染树脂，会使锅水产生大量泡沫，引起汽水共腾。溶解物质：水中的溶解物质，在受热面内壁会形成水垢。水垢的存在对锅炉安全、经济运行危害很大。2.水质指标在锅炉房的水处理和水质分析中，经常采用的水质分析项目如下表所示。水质全分析项目表3.水质指标的常用单位及换算关系工业用水评价指标悬浮固形物（过滤分离出来的不溶性固体混和物，[mg/L]）；溶性固形物（各种无机盐类、有机物蒸干，在105~110℃干燥恒重，[mg/L]）；硬度（指溶解于水中的钙、镁离子总量，用符号YD表示）碳酸盐硬度——溶解于水的钙、镁的重碳酸盐与碳酸盐的含量，用YDT表示。此类盐类在水沸腾时会析出沉淀，故称暂时硬度。非碳酸盐硬度——指溶解于水中钙、镁的硫酸盐和氯化物含量，用YDF表示。由于此类盐类在水沸腾时不会析出沉淀，故称永久硬度。负硬度——指水中的钠盐碱度，用YD钠表示。各种硬度的关系：CaMgTFYDYDYDYDYDYDYDYDYD暂永硬度的单位mmol/L（法定计量单位的基本单元，以一价离子作为基本单位，1/2的Ca2+、Mg2+）；用“度”表示，如德国度（°G），表示水溶液中硬度离子的浓度相当于10mg/LCaO时，称为1°G。oo1G101/28mmol/L=1/2.8mmol/L1mmol/L=2.8G用毫克/升CaCO3表示。碱度——水中有能够接受氢离子的物质的量，用符号JD表示，以H+为基本单元，[mmol/L]。锅炉水中的主要碱度是。相对碱度——游离的NaOH（苛性钠）和溶解固形物含量的比值（苛性脆化/晶间腐蚀），即：331mmol/L=50mg/LCaCO50mg/1000000mgCaCO50ppm2-3OH&CONaOH[OH]40相对碱度溶性固形物溶性固形物pH值——溶液中氢离子浓度的负对数表示溶液酸碱性强弱的指标。溶解氧——水中溶解氧气浓度，[mg/L]。亚硫酸根（除氧）、磷酸根（除残留硬度）、含油量（汽水沸腾），单位均为[mg/L]。[例题]水分析结果为Ca2+=34.1mg/L，Mg2+=8.4mg/L，试用各种方法表示其硬度？解：1/2Ca2+的摩尔质量：40/2=20g/mol1/2Mg2+的摩尔质量：24.3/2=12.15g/mol⑴34.1/20+8.4/12.15=2.4mmol/L⑵2.4x2.8=6.7°G⑶2.4x50=120ppm二、工业锅炉水质标准GB1576-2001《工业锅炉水质》规定了工业锅炉运行时的水质要求。1．蒸汽锅炉和汽水两用锅炉给水的锅外化学水处理水质标准（见下表11-4）2．锅内加药水处理的水质标准3．热水锅炉水质标准水中的悬浮物在水厂经过沉淀、过滤等处理后大部分被清除。但水中的硬度、碱度等杂质仍然存在，为满足锅炉给水要求，需对锅炉给水进行处理。离子交换水处理：将水在进入锅炉之前，与交换剂的离子进行交换反应，除去水中的离子态杂质。离子交换法：广泛采用的除硬、除碱和除盐方法。§11.5离子交换水处理原理一、离子交换剂具有离子交换性能的物质称为离子交换剂。颗粒结构致密，交换能力小，且不能进行酸处理。机械强度低，耐热性能差，交换容量不高，且再生剂耗量大。海绿砂—天然矿物质阳离子交换剂，外表呈浅绿灰色；人工合成沸石—多为白色；磺化煤—用发烟硫酸处理粉碎过筛后的烟煤制成的交换剂。离子交换树脂—由胶联结构的高分子骨架（称交换剂母体）和能离解的活性基团两部分组成的不溶性高分子化合物。根据活性基团的类型和交换离子的不同，将树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。2.离子交换树脂表示方法离子交换树脂：由骨架和活性基团组成。通常用R表示树脂骨架，然后再写出它的活性基团。如RH(氢离子交换树脂)、RNa(钠离子交换树脂)、RNH4(氨离子交换树脂)、ROH(阴离子交换树脂)等。二、离子交换除硬原理常用阳离子交换法：钠离子、氢离子、铵离子交换等方法。钠离子交换处理除硬(软化)过程如图11-4所示。1.钠离子交换过程与原水中碳酸盐作用时：与非碳酸盐作用时：碱度从上述反应可见：⑴水中的钙、镁盐类都变成了钠盐，除去了水中的硬度。⑵原水中的重碳酸盐碱度(暂时硬度)均转变为钠盐碱度(NaHCO3)，只能软化，不能除碱，即经钠离子交换前后水的碱度保持不变。⑶由于Na+的当量值要比Ca2+、Mg2+的当量值大，故经钠离于交换后，水中含盐量稍有增加。出水质量：经过钠离子交换后的软水，残硬度一般在0.03~0.1mmol/L以下，碱度不变。单级钠离子交换系统示意图双级钠离子交换系统示意图氢-钠离子并联交换系统氢-钠离子串联交换系统随着交换软化过程的进行，交换剂中的Na+逐渐被Ca2+、Mg2+所代替，出水残余硬度逐渐增大。当出水残余硬度达到某一数值时，水质已不符合锅炉给水标准要求，则认为交换剂已失效。此时应停止软化，对交换剂进行再生（还原），以恢复交换剂的软化能力。再生剂采用浓度为5%~8%的食盐（NaCl）溶液。再生反应如下：2.树脂再生过程分类：固定床离子交换器与流动床离子交换器。固定床离子交换：在运行时罐内的交换剂层处于静止状态。交换时原水自上而下流过交换剂层，再生时停止供水，进行反洗、还原和正洗，存在再生周期。再生方式：再生时再生液流向与运行时水流方向相同时称为顺流再生，方向相反时称为成为逆流再生。移动床离子交换装置的特点是可以半连续性进行水处理。交换塔、再生塔和清洗塔合成一体成为单塔。§11.6离子交换设备及运行一、顺流式再生钠离子交换器⑴交换器构造：一个密闭的钢制筒状容器。由本体、进水装置、排水装置、再生液分配装置、排气管、反洗管、阀门等组成，如下图11-9所示。⑵交换器的运行在运行中，按反洗、还原、正洗和交换的四个阶段进行。①反洗：当离子交换器失效后，就停止软化工作。关闭其他阀门，开启阀门1和2。反洗水由阀门1进入交换器下部，自下而上地通过树脂层，反洗后的废水经阀门2排出，关闭阀门1和2。②再生：开启阀门3和4。盐液由阀门3经上部的分配漏斗淋下，自上而下通过树脂层，废盐水经下部阀门4排出，把残余的盐水放尽后，关闭阀门3（顺流）。③正洗：开启阀门5，正洗开始。冲洗水由阀门5经上部的分配漏斗淋下，自上而下冲洗（再生液、再生产物）树脂层，废水仍由阀门4排出。正洗结束后，关闭阀门5和4。④交换：开启阀门5和6（其余阀门全部关闭），生水由阀门5进入交换器上部，由分配漏斗淋下，自上而下通过树脂层，软水由泄水装置收集，经阀门6至用户或软水箱。顺流再生离子交换器设备构造简单，运行操作方便，但再生剂比耗大，出水质量差。2.逆流再生钠离子交换器⑴交换器构造逆流再生钠离子交换器的构造与与顺流再生钠离子交换器的构造基本类同，如图11-11所示。再生质量好⑵交换器的运行逆流再生离子交换器的操作步骤如下：①小反洗(a)：在交换器失效并停止运行后，首先将反洗水从中间排水装置引入，并从交换器顶部排出，以冲去运行时积聚在压实层表面及中间排水装置以上的污物。②排水(b)：小反洗结束，待压实层的颗粒下降后，开启空气阀和再生液出口阀，放掉中间排水装置上部的水。③顶压(c)：如采用压缩空气顶压时，从交换器顶部送入压缩空气，以防止乱层。④进再生液(d)：在顶压情况下，将再生液从交换器下部送入，随同适量空气从中间排水装置排出。⑤逆流冲洗(e)：当再生液进完后，在有顶压的情况下，将逆流冲洗水从交换器下部送入，进行逆流冲洗；应采用质量较好的水，不然会影响底部交换剂的再生程度。⑥小正洗(f)：停止逆流冲洗和顶压，从顶部进水，由中间排水装置放水，清洗渗入压实层中及压实层上部再生液。⑦正洗(g)：用水由上而下进行正洗，直至出水符合给水标准，即可投入运行。⑧交换运行(制水)：正洗合格后，关闭底部排水阀，开启出水阀，向外供水。⑨大反洗(h)：逆流再生交换器从再生到运行失效的