设备管理_工业锅炉的汽水系统课件

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 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 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 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 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 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 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 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 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 mol 34 1 20 8 4 12 15 2 4mmol L 2 4x2 8 6 7 G 2 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 水中的钙 镁盐类都变成了钠盐 除去了水中的硬度 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 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 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 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 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 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 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 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 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 交换器的运行逆流再生离子交换器的操作步骤如下 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 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 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 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 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 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 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 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 大反洗 h 逆流再生交换器从再生到运行失效的过程称为一个周期 一般经过10 20个周期的运行 需要进行一次大反洗 从交换器底部进水 上部排水 以松动整个交换剂层并洗去其中的污物 杂质及破碎的交换剂颗粒 3 钠离子交换系统 单级钠离子交换系统 如下图 当原水硬度 8mmol L时 经单级钠离于交换后 可作为锅炉给水 双级钠离子交换系统 如下图 当生水硬度 8mmol L时 单级钠离子交换后的残余硬度较高 不能满足锅炉给水要求 采用双级钠离子交换系统 4 全自动软水器 特点 全自动操作 减轻了水质化验人员的劳动强度 运行稳定可靠 占地面积小 提高了软化水设备的经济性 全自动软水器的组成 由树脂罐 盐液箱 控制器 控制阀 多路阀或多阀 组成 如下图所示 控制器作用 控制器是指挥软水器自动完成全部运行 再生过程的控制机构 分类 时间型和流量型两种 时间型控制器 配时钟定时器 到达指定的时间时 自动启动再生过程 流量型控制器 配流量监测系统完成控制过程 当软水器处理到指定的周期产水量时 启动再生并完成再生过程 控制阀控制阀主要分多路阀和多阀系统 多路阀多路阀是在同一阀体内设计有多个通路的阀门 根据控制器的指令自动开 断不同的通路 完成整个软化过程 多阀系统由多个自动阀 液动 气动或电动 根据控制器的指令 完成各个通路的开断 自动完成运行与再生的全过程 树脂罐树脂罐 钠离子交换器 材质 玻璃钢 碳钢防腐和不锈钢三种 盐液箱盐液箱内设有盐液阀控制盐液量 盐液是靠控制阀内设置的文丘里喷射器负压吸入 系统布置 下图所示 过滤器 流量计 锅炉给水中溶解有各种气体 水中的氧 二氧化碳气体 对锅炉金属壁面会产生化学腐蚀和电化学腐蚀 因此必须采取除气 特别是除氧 措施 工业锅炉给水除氧方式 热力除氧 化学除氧 解析除氧 11 7锅炉给水除氧 一 热力除氧 热力除氧的基本原理从气体溶解定律 亨利定律 可知 某种气体在水中的溶解度与该气体在水界面上的分压力成正比 当水温达到沸点时 此时水界面上的水蒸汽压力等于原气体混合物的总压力 即Pq P0 此时 水面上其它气体的分压力都趋于零 它们在水中的溶解度也降为零 各种气体不再溶于水 从水中逸出 热力除氧 大气式 真空式和压力式 供热锅炉多采用大气式热力除氧器 即除氧器内的压力略高于大气压 一般为0 02MPa 表压力 相应的饱和水温为102 104 以便于逸出的气体能排出 热力除氧器的结构热力除氧器由脱气塔 俗称除氧头 和贮水箱组成 其系统如图11 18所示 喷雾填料式除氧器脱气塔如图11 20所示 含氧水经喷嘴雾化成雾状水滴 流入填料层 在 形不锈钢环填料表面形成水膜 蒸汽由下而上流动 加热水膜和雾状水滴 使含氧水即刻沸腾并析出氧和其他气体 随同少量蒸汽由脱气塔顶部排气管排出 已除氧水自流落入下部贮水箱中 3 真空除氧 真空除氧的原理与设备结构与热力除氧相似 方法 利用抽真空的方法 使水面上的压力低于大气压 使水在常温 35 60 下沸腾 水中溶解气体析出 从而达到除氧的目的 抽真空设备 蒸汽喷射泵或水喷射泵 工作原理如下图所示 预热 加热 工作原理 含氧的水 热交换器4 中间水箱5 通有加热用蒸汽 被加热至除氧器内相应压力下沸点以上3 5 除氧水泵6 除氧器的进水喷嘴1 水被雾化 喷散到除气塔中 部分进水将自行蒸发 汽化 其余水则处于沸腾状态 从而使溶解在水中气体分离逸出 并随同少量蒸汽一起被喷射器抽出塔外 用喷射器3 或真空泵 的引射作用维持塔内的负压 优点 蒸汽用量少或不用蒸汽 锅炉给水温度低 可充分利用省煤器 降低锅炉排烟温度 二 解析除氧 解析除氧是使含氧水与不含氧气体强烈混合 由于不含氧气体中氧的分压为0 水中的氧就大量扩散到气体中去 再将混合气体从水中分离 从而降低水中的含氧量 达到除氧的目的 不含氧气体放置在反应器 N2 CO2 内 反应器一般放置在烟气温度500 600 的锅炉烟道内 高温下 气体与木炭反应 生成CO2 为无氧气体 所以木炭经常增添 反应器的加热温度对解析除氧效果影响很大 锅炉负荷变化 烟气温度的波动幅度较大 造成解析除氧效果不稳定 为此不少厂家采用电炉来加热反应器 除氧效果好 但是运行费用增加 特点 解析除氧装置简单 容易制造 设备投资小 运行中只消耗木炭 成本低 给水常温除氧 省煤器的作用可以充分发挥 只能除氧 不能去除其他气体 且水中的CO2含量增加 三 化学除氧 通过氧化反应消耗水中溶解氧而使水中含氧量降低的除氧方法 称为化学除氧 主要有 钢屑除氧 海绵铁除氧 药剂除氧 催化树脂除氧 1 钢屑除氧工作原理 含氧水通过钢屑除氧器 其中的钢屑被氧化 从而使水中的溶解氧降低 而达到除氧的目的 化学反应方程式 3Fe 2O2 Fe3O4 特点 钢屑除氧的反应速度与温度有关 水温一般控制在80 以上 水中含氧量越高 流经除氧器的水速则愈低 一般流经除氧器的水流速度一般15 25m h 设备简单 运行方便 除氧效果不稳定 新换的钢屑除氧效果好 以后逐渐降低 宜与其他除氧方法合用 2 海绵铁除氧工作原理 是常温过滤式铁粉除氧的一种形式 滤料的主要成分是含有微量催化剂的海绵铁粒 无毒无味 是一种高含铁量的多孔性物质 吸附能力很强 化学反应方程式 2Fe 2H2O 2Fe2 4OH Fe2 2OH Fe OH 24Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 3 反应剂除氧工作原理 将化学反应剂加入水中与溶于水的氧化合生成无腐蚀性物质 从而去除水中溶解氧的方法 反应剂直接加入给水 所以增加了水的含盐量 因此一般很少单独用于处理给水 只是作为热力除氧的辅助除氧措施 4 催化树脂除氧工作原理 将水溶性的钯覆盖到强碱型阴树脂上 形成钯树脂 当含氧水加入氢气通过钯树脂时 水中的溶解氧与氢经树脂催化作用在低温下化合成水 这种除氧方法反应产物是水 不带盐类和其他杂质 因此可以在无盐水中除氧 1 工业锅炉蒸汽系统蒸汽系统的组成 由锅炉至分汽器 分汽缸 之间的蒸汽管道称为主蒸汽管 由锅炉引出直接用于锅炉本身 如吹灰 带动汽动泵或注水器的蒸汽管道称为副蒸汽管 主蒸汽管 副蒸汽管及其上的设备附件等 总称为蒸汽系统 如下图所示 11 8蒸汽系统与热水系统 1 蒸汽管道的布置为了安全 在锅炉主蒸汽管上均应安装两个阀门 其中一个应紧靠锅炉汽包或过热器出口 另一个应装在靠近蒸汽母管处或分汽缸上 这是考虑到锅炉停运检修时 其中一个阀门失灵另一个还可关闭 避免母管或分汽缸中的蒸汽倒流 2 分汽缸自锅炉房通往各热用户的蒸汽管 都应由分汽缸接出 这样做 既有利于集中管理 又可避免在蒸汽母管上开孔过多 分汽缸的设置应按用汽需要和管理方便的原则进行 对民用锅炉房及采用多管供汽的工业锅炉房或区域锅炉房 宜设置分汽缸 对于采用单管向外供热的锅炉房 则不宜设置分汽缸 2 热水锅炉热水系统 对于热水锅炉 则有由供水管道 回水管道及其设备组成的热水系统 以及补给水系统 如下图所示 近年来 以热水锅炉为热源的供热系统在国内发展较快 在确定热水锅炉房的热力系统时 应考虑下列因素 1 热水锅炉在运行时的出口压力不应小于最高供水温度加20 相应的饱和压力 以防止锅炉有汽化危险 2 热水锅炉应有防止或减轻因热水系统的循环水泵突然停运后造成锅炉水汽化和水击的措施 因停电使循环水泵停运后 为了防止热水锅炉汽化 可采用向锅内加自来水 并在锅炉出水管的放汽管上缓慢排出汽和水 直到消除炉膛余热为止 循环水泵进出水管的干管之间装设带有止回阀的旁通管作为泄压管 此外 在进水干管上应装设安全阀 3 热水系统的附件设置每台锅炉的进水管上应装有截止阀和止回阀 当几台并联运行的锅炉共用进出水干管时 在每台锅炉的进水管上应装水流调节阀 在回水干管上应设除污器 每台锅炉的热水出水管上应装截止阀 或闸阀 锅炉的下列部位应装排气放水装置 在热水出水管的最高部位装设集气装置 排气阀和排气管 在省煤器的上联箱应装排气管和排气阀 在强制循环锅炉的锅筒最高处或其出水管上应装设内径不小于25mm的放水管和排水阀 此时 锅筒或出水管上可不再装排气阀 4 补给水泵的选择应符合下列要求 补给水泵的流量 应等于热水系统正常补给水量和事故补给水量之和 并宜为正常补给水量的4 5倍 一般按热水系统 包括锅炉 管道和用热设备 实际总水容量的4 5 计算 补给水泵的扬程 不应小于补水点压力 一般按水压图确定 另加30 50kPa的富裕量 补给水泵不宜少于2台 其中1台备用 3 蒸汽锅炉的热力系统图 当进行锅炉房工艺设计时 在施工图部分 需要绘制热力系统图 也称汽水流程图 该图是锅炉房设计 施工和运行工作的重要依据之一 热力系统图是按锅炉房实际选用的设备绘制的 包括正常运行和备用的全部热力设备 如锅炉机组 各种热交换器 水箱 水泵 水处理设备 减压和降温装置等 在热力系统图上还应表示出所有的操作和安全保护部件 如截止阀 调节阀 减压阀 安全阀 逆止阀 水位调节器 疏水装置 流量孔板 安全水封 放空管等 热力系统图按系统可分为蒸汽系统 给水系统 凝结水系统 水处理系统 供热系统 废热利用系统 燃油供给系统 排污及下水系统等 热力系统图是进行锅炉房设备和管道系统平面布置和剖面布置的主要依据 在拟定热力系统图时 应考虑到下述几点要求 1 应保证各系统运行的可靠性 调节的灵活性以及部分设备检修的可能性 例如 在主要设备间应建立互为备用的关系 对于次要设备 如加热器 疏水器 扩容器等 应设置旁通管路 以便在次要设备发生故障进行检修时 不至影响主要设备的运行 因此 一般设备的前后都应装设阀门 以作为设备检修用 2 要注意热力设备基建造价 提高运行维护费用的经济性 应合理地选择设备 避免盲目增大设备工作能力和容量 简化管路系统 根据需要合理地采用自动化控制装置 设立回水箱 热交换器和扩容器 以回收凝结水和利用二次蒸发汽 加强保温 以降低散热损失等 3 热力系统图的图面布置应尽量和实际布置相一致或接近 即各设备在热力系统图上的位置应和设备平面布置图和剖面布置图相一致或接近 在实际绘制中可能有困难时 尤其是对于设备多和工艺系统复杂的锅炉房 应注意主次 将主要设备放在合理的图面位置上 一些次要的设备 如取样冷却器等 可不按实际位置而绘制在图面的空白部位 设备的大小要有大致的相对比例关系