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锅炉及锅炉房设备 锅炉及锅炉房设备 南京师范大学动力工程学院二oo四年二月 第一章基本知识 第二章燃料及燃烧计算 第三章锅炉热平衡 第四章燃烧原理及燃烧设备 第五章锅炉本体布置及热力计算 第六章锅炉设备的空气动力计算 第七章锅炉受压元件的强度计算 第八章锅炉水循环及汽水分离 退出 锅炉及锅炉房设备6 10章 第九章锅炉化学水处理 第十章锅炉房设备及其布置 第六章锅炉设备的空气动力计算 6 1通风的作用和方式 6 2通风阻力计算的原理及基本方法 6 3烟道阻力计算 6 4风道阻力计算 返回 6 5烟囱的计算 6 6风机的选择 6 1通风的作用和方式 第六章 一 锅炉通风作用 1 锅炉通风过程 在锅炉燃烧过程中 必须连续的将燃烧所需的空气送入炉内 同时将炉内的燃烧产物不断引出炉外过程 2 锅炉空气动力计算的任务 计算锅炉通风过程的流动阻力 选择合适的通风装置 确保燃烧及时换热过程安全正常的进行 一 通风方式 1 自然通风 利用烟囱中热烟气与外界冷空气的密度差所形成的自生凤引力来克服锅炉风 烟道的流动阻力 如立式水管锅炉 2 机械通风 1 负压通风 利用风机的抽力来克服锅炉烟风道的流动阻力2 利用风机的压头来克服锅炉烟风道的流动阻力 6 1通风的作用和方式 缺点 炉膛和全部烟道在正压下工作 炉墙和门孔需密封优点 提高了炉膛燃烧热强度 同等锅炉体积较小 3 平衡通风 利用风机分别克服锅炉风 烟道的流动阻力 确保炉及及烟道处于微负压运行工况 炉膛出口真空度为20 30Pa 送风机 从风道吸入口到进入炉膛的全部风道阻力 空预器 燃烧设备引风机 从炉膛出口到烟囱出口的全部烟道阻力 管束 省煤器 空预器 除尘器 烟囱等优点 炉膛和全部烟道在负压下运行 锅炉房的安全和卫生条件好 与负压通风相比漏风量较小 保持较高的经济性 第六章 6 2通风阻力计算的原理及基本方法 第六章 由沿程摩擦阻力组成横向冲刷阻力局部阻力 一 计算原理由流体力学中的伯努利方程知 烟气或空气在烟 风道任意两截面间有 经过适当变换 可得任意两截面间的总压降为 1 流动水力阻力 沿程摩擦阻力 横向冲刷阻力 局部阻力 第六章 2 速度损失 是由于介质速度变化而引起的阻力损失 通道截面变化 局部阻力介质温度变化 3 自生通风力 介质在竖直通道内流动时 由于密度差所产生的抽力 气流向上时为正 可以用来克服流动阻力 有助于气流流动气流向下时为负 要消耗外界压头 阻碍气流流动 二 阻力计算1 沿程阻力计算 1 气流在等截面通道内流动 包括纵向冲刷管束的阻力 除空气预热器烟气侧外 一般为等温流动状态 6 2通风阻力计算的原理及基本方法 第六章 1 气流在等截面通道内流动 包括纵向冲刷管束的阻力 除空气预热器烟气侧外 一般为等温流动状态 2 气流在等截面通道内流动 同时进行热交换的非等温状态 其中 沿程阻力系数 一般烟风道 空预器烟气侧 K 通道的绝对粗糙度 mm 动压头 查图 Pa Pa 6 2通风阻力计算的原理及基本方法 第六章 3 空气预热器烟气侧Pa式中 为每米长度的空预器管子的沿程摩擦阻力 2 横向冲刷管束阻力Pa1 横向冲刷光滑管顺列管束式中 每一排管子的阻力系数 与管束布置特性和Re有关 烟气流方向管子排数2 横向冲刷光滑管错列管束 6 2通风阻力计算的原理及基本方法 第六章 3 斜向冲刷光滑管阻力系数同样按横向冲刷的公式和线图计算 流速应根据斜向管子截面计算 当时 无论顺列或错列 都先按纯横向冲刷的计算 对其结果再乘以系数1 1 4 方型鳍片铸铁省煤器 3 局部阻力动压头由图查取 根据流速和气流温度 阻力系数由图表查取 具体由以下三种情况 1 通道截面变化引起的局部阻力2 转弯的阻力3 三通的阻力 6 2通风阻力计算的原理及基本方法 第六章 式中 转弯的原始阻力 考虑管壁粗糙度影响的系数B 与弯头角度有关的系数C 考虑弯头截面形状的系数 6 2通风阻力计算的原理及基本方法 6 3烟道阻力计算 第六章 一 计算原则 1 烟道阻力计算根据锅炉热力计算的结果 额定负荷D 烟气流速wy 烟气温度 及有关烟道有效截面几何尺寸进行的2 wy 在计算中一律以平均值进行计算3 锅炉平衡通风时 烟道为微负压 计算时仍以大气压为0 1MPa为计算压力4 凡是线算图计算的烟道阻力 都应进行烟气密度 烟气压力 气流中灰分浓度的修正5 锅炉对流烟道中各受热面积灰修正 根据表进行6 计算顺序按锅炉出口真空度 氧烟道流程对各受热面烟道分别计算气阻力系数 最后求得烟道全压降 6 3烟道阻力计算 第六章 二 烟道系统阻力计算1 锅炉管束 1 凝渣管 当 且时 其阻力忽略不计 当 且时 按横向冲刷计算器阻力 2 锅炉管束 其阻力为横向冲刷 纵向冲刷及局部阻力之和 横向冲刷管排只按一半管排数计算 纵向冲刷取假想中心间距离 隔板的考虑方法 部分顺列 部分错列的管排 应分别计算相加 6 3烟道阻力计算 第六章 2 过热器是由小直径的管子组成的蛇形管束 主要包括横向冲刷 纵向冲刷和烟气90 转弯的阻力 3 省煤器 前面已有介绍 4 管式空预器可看作为纵向冲刷管子 包括管内摩阻力和进出口局部阻力 Pa为局部阻力系数 由图确定 5 烟道烟道阻力是指空气预热器 除尘器 引风机 烟囱之间连接烟道的阻力 6 3烟道阻力计算 第六章 烟道阻力是指空气预热器 除尘器 引风机 烟囱之间连接烟道的阻力 尾部受热面到除尘器 按锅炉热力计算的排烟温度和排烟量计算 除尘器到引风机及以后 按引风机处的烟气温度和烟气量计算1 引风机处烟气量 m3 h2 引风机处烟气温度 3 确定烟道几何尺寸时 烟气流速按表选取 水平烟道烟气流速不小于7 8m s 烟道的高宽比取1 2 1 4 烟道摩阻和局部阻力损失计算 6 除尘器 由产品说明书提供 6 3烟道阻力计算 第六章 7 烟囱1 沿程摩擦阻力式中 i 烟囱的锥度 通常为0 02 0 03w2 为出口处烟气流速2 出口阻力 三 自生通风力的计算 Pa 如果周围空气温度为20 kg m3 则烟道的自生通风力为 Pa式中H 所计算烟道初 终截面间的高度差 当烟气向上流动时取正 烟气向下流动时取负 6 3烟道阻力计算 第六章 四 烟道总压降 1 炉膛出口真空度Pa自然通风时为40 80Pa 机械通风时为20 40Pa 2 烟气流动水力总阻力Pa 6 3烟道阻力计算 第六章 式中 炉膛出口到除尘器的烟道总阻力 Pa 除尘器以后的烟道总阻力 Pa 飞灰质量浓度 kg kg 灰分浓度修正 烟气密度 密度修正 烟气压力 Pa 烟气压力修正 当不大于3000Pa时 当海拔高度不高于200米时 by 101325Pa 6 4风道阻力计算 第六章 一 风道全压降 二 风道流动总阻力 当时 当时 海拔高度时 1 冷风道阻力 冷风流量 当时 当时 不计 计算同烟道阻力计算 6 4风道阻力计算 第六章 2 管式空气预热器连通箱的计算 3 热风道阻力 热风流量 层燃炉流动热风道阻力 炉排及煤的燃烧层的阻力 风道及风室的阻力 室燃炉二次风总阻力 三 风道自生通风力四 空气进入炉膛处的真空度 6 5烟囱的计算 第六章 一 自然通风烟囱高度的计算烟囱的自生风 利用烟窗内热烟气与外界空气的密度差 使烟囱产生的升力自然通风时 烟道的全部压降依靠烟囱的自生风克服 此时烟囱高度必须满足 式中 锅炉烟道总阻力 不包括烟囱本身的自生风和烟囱的总阻力 hyz 烟囱的总阻力 包括摩擦阻力和出口阻力 由上两式可得烟囱高度为 6 5烟囱的计算 第六章 烟囱内烟气平均温度的确定1 烟气在烟道中的温度降2 烟气在烟囱中温度降 烟气在烟囱中每米高度的温度降 采用近似计算方法获得 3 烟囱出口烟气温度4 烟囱中烟气平均温度 6 5烟囱的计算 第六章 二 机械通风烟囱高度的确定1 烟囱的作用不是用来产生引力 而是将烟气排放到高空使排放的烟气通过高空大气扩散 满足环保要求2 烟囱高度的确定原则根据锅炉房容量 按规定执行高出周围最高建筑物3m以上锅炉房总容量大于40t h 烟囱不得低于45m有害物质扩散条件确定 符合规定 三 烟囱直径的计算i 烟囱锥度 0 02 0 03 6 6风机的选择 第六章 送风机 引风机 一 风机的选择计算1 风机的计算流量 式中 流量储备系数 送风机引风机V 风机的额定空气 烟气 流量 2 风机的计算压头式中 压头储备系数 送风机引风机 3 风机的折算压头 6 6风机的选择 第六章 3 风机的折算压头 风机制造厂设计的介质与参数 是在标准大气压下 以干空气为介质 送风机 引风机 的情况中进行的 所以选择风机时应将计算压头折算成生产厂家设计的介质参数下的压头 式中 送风机 引风机 介质绝对温度 生产厂取用的干空气绝对温度 6 6风机的选择 第六章 二 风机所需的电动机功率 1 风机功率式中 全压降下风机效率 一般风机高效风机 风机机械传动效率 2 电动机功率式中 电动机备用系数 送风机引风机 电动机效率 第七章锅炉受压元件的强度计算 7 1锅炉受压元件计算的规定 7 2圆筒形元件应力分析及第三强度理论 7 3锅筒 集箱 管子及管道的强度计算 7 4承受内压力的凸形封头及平端盖的强度计算 返回 7 5孔的加强计算 7 1锅炉受压元件计算的规定 第七章 1 锅炉受压元件 在锅炉本体中承受内压力的汽水系统元件2 受压元件强度 锅炉在受压元件寿命期内及正常工作条件下 不发生塑性 蠕变 脆性 低周期疲劳极限的破裂及各种类型的腐蚀破坏的能力 3 国家强度计算标准计规定 劳人锅 1987 4号文 GB922 88 水管锅炉受压元件强度计算 JB3622 84 锅壳式锅炉受压元件强度计算 蒸汽锅炉安装技术监察规程 中低压锅炉焊接管孔尺寸 机械工业部1984 4 确保锅炉安全可靠运行的措施 7 1锅炉受压元件计算的规定 第七章 4 确保锅炉安全可靠运行的措施1 根据国家或有关法规 对现有锅炉进行受压元件的检测及强度校核计算 2 根据强度计算结果及经济性 合理的选用材质计合理的壁厚 3 根据以上条件确定锅炉安全可靠运行的工作条件 7 2圆筒形元件应力分析及第三强度理论 第七章 一 圆筒形元件应力分析1 分析条件1 两端封闭的没有减弱的薄壁容器 S D2 承受内压力的作用且主要产生轴向伸长和径向胀大的变形3 破坏变形主要以塑性流动和剪切的破坏4 以切向 轴向和径向三种应力进行分析 2 应力分析1 切向应力 MPa2 轴向应力 MPa 7 2圆筒形元件应力分析及第三强度理论 第七章 3 径向应力内壁 外壁 分析与讨论 1 均为拉应力 而为压应力 2 且 3 为沿壁厚的变量 且在内壁上的绝对值最大 为常量 4 内壁应力状态最为严重 运行时应特别注意内壁的应力集中状态 7 2圆筒形元件应力分析及第三强度理论 第七章 二 应用第三强度理论建立壁厚计算公式1 第三强度理论材料发生塑性流动或剪断破坏时 是由于载荷在任意一点 最危险点 的最大剪切应力达到单向拉伸时材料的最大剪应力极限值 强度条件为 2 许用剪应力 与单向拉伸的许用拉应力关系为 3 受压元件应力分析由上述三式分析可得 7 2圆筒形元件应力分析及第三强度理论 第七章 4 无减弱强度计算公式以内径表示以外径表示 7 3锅筒 集箱 管子及管道的强度计算 第七章 锅筒 集箱 管子都是承受内压力两端封闭受焊缝 开孔减弱的厚壁圆筒 其强度计算应考虑减弱等的影响一 计算公式1 锅筒 mm MPa 2 集箱 由无缝钢管制成 其规格一般采用外径表示mm MPa 3 管子及管道mm MPa 7 3锅筒 集箱 管子及管道的强度计算 第七章 4 最小需用壁厚mm5 取用壁厚mm6 有效壁厚mm二 计算压力1 锅筒计算压力 2 省煤器进口集箱计算压力 3 管子及管道计算压力 7 3锅筒 集箱 管子及管道的强度计算 第七章 三 计算壁温 查表 四 减弱系数1 孔桥减弱1 等径孔桥 1 纵向开孔孔桥 2 横向开孔孔桥 3 斜向开孔孔桥 7 3锅筒 集箱 管子及管道的强度计算 第七章 2 不等径孔桥的计算采用3 具有凹形管座的开孔孔桥的计算采用采用4 非径向孔孔桥的计算采用采用对横向孔桥 对斜向孔桥 7 3锅筒 集箱 管子及管道的强度计算 第七章 5 对于胀接管孔 一般不宜小于0 36 不考虑孔间影响的最小开孔节距 时可不考虑孔桥减弱 按孤立孔对待 2 焊缝减弱一般与焊接方式 坡口形势 检测手段 蔡玉应力消除手段程度 工艺掌握及钢材类别等因素有关 除无缝钢管外 其余按表取用 3 强度计算时最小减弱系数的确定 7 3锅筒 集箱 管子及管道的强度计算 第七章 1 锅筒 集箱的减弱系数一般取用 中的最小值 2 孔桥开在焊缝上 该处减弱系数一般取用 与之积 五 附加壁厚C 主要考虑 1 钢板或管子的下偏差 2 元件在使用期间的腐蚀减薄量 3 钢板卷制时的工艺减薄弯管时的工艺减薄及弯管应力所产生的影响1 锅筒筒体2 直集箱及直管段3 环形集箱和弯头 7 4承受内压力的凸形封头及平端盖的强度计算 第七章 一 承受内压力的凸形封头强度计算当 时 凸形封头理论计算壁厚 mm mm式中 封头减弱系数 由表查取 封头内高度 mm Y 封头形状系数 C 封头的附加壁厚 mm 腐蚀减薄C1与钢材下偏差及工艺减薄C2之和 即 凸形封头开孔应遵守条件 7 4承受内压力的凸形封头及平端盖的强度计算 第七章 二 承受内压力的平端盖强度计算1 最小理论壁厚和取用壁厚mm 取用壁厚mm2 验算允许工作压力Mpa3 技术要求 7 5孔的加强计算 第七章 一 未加强孔的最大允许直径1 未加强孔的种类1 胀接孔 螺栓孔 手孔等机械加工开孔 2 管接头与筒体 集箱箱体 集箱封头的连接是单面填角焊缝 3 采用加强结构的孔的加强 不能满足条件的孔F 加强所需要面积 mm2F1 起加强作用的焊缝面积 mm2F2 起加强作用的管接头多余面积 mm2F3 起加强作用的垫板面积 mm2 7 5孔的加强计算 第七章 F4 起加强作用的锅筒筒体 集箱筒体的多余面积 mm22 最大允许开孔直径的计算锅筒筒体 集箱筒体上未加强孔的最大允许直径为式中 d 未加强孔的最大允许直径 mm 最大不得超过200mm k 系数 当 相当于计算式中的 k越小 表示未加强孔桥或未被焊缝减弱的强度越大 因此 在未被减弱部分上开设单孔时 其允许孔径越大 7 5孔的加强计算 第七章 二 单孔的加强计算1 开孔直径大于未加强孔的最大允许开孔直径时 必须在孔的周围采取加强措施 1 在开孔处牢固焊上短管接头2 焊上环形垫板 使其与容器一起承载荷2 应力集中取主要体现在离孔中心二倍同心圆范围内加强宽度3 加强短管接头1 有效高度的确定2 有效加强宽度的确定 7 5孔的加强计算 第七章 4 等面积加强原则 加强材料起加强作用面积大于或等于因开孔而在无削弱筒体上所时失去的截面积 三 孔桥的加强锅筒和集箱如果只按照最小减弱系数的部位确定 就会造成在孔占开孔比例较小的情况下 也必须增加整个筒体的壁厚 耗用大量金属 而管接头的存在能够对孔桥起到一定的加强作用 1 允许最小孔桥减弱系数式中 被加强孔桥在未加强前按孔径计算的纵向 两倍横向和斜向当量减弱系数 7 5孔的加强计算 第七章 2 最大允许当量直径 1 纵向孔桥 2 横向孔桥 3 斜向孔桥 第八章锅炉水循环及汽水分离 8 1锅炉水循环的基本概念 8 2汽水分离 返回 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 一 锅炉水力系统及循环方式1 锅炉水力系统 工质 水 从进入锅炉到离开锅炉的流动系统 1 加热系统 从过冷水到饱和水2 蒸发系统 从饱和水到饱和蒸汽3 过热系统 从饱和蒸汽到过热蒸汽 2 水循环方式锅炉水循环 水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面回路中的循环流动 自然水循环强制水循环 根据蒸发系统工质流动的动力不同分为 1 自然水循环 自然水循环 依靠不受热的下降管和受热的上升管间工质的密度差作为水循环的动力 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 自然水循环 依靠不受热的下降管和受热的上升管间工质的密度差作为水循环的动力自然水循环的回路 由锅筒 下降管 下集箱 上升管 上集箱 引出管组成的密闭回路 2 强制水循环 依靠水泵扬程使工质在受热面内流动的蒸发系统 二 水动力方程式 下集箱A A面两边作用力相等PaPa因为 整理得 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 1 运动压头 由下降管和上升管中工质密度差引起的压头差2 有效压头 用于克服下降管阻力的压头 3 影响回路水循环特性的因素1 锅炉工作压力2 上升管热负荷3 回路的重位高度4 循环回路的阻力 三 水循环的可靠性指标1 循环流速w0 循环回路中水进入上升管时的速度 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 1 循环流速w0 循环回路中水进入上升管时的速度m s1 为避免上升管入口段沉积泥渣 w0不小于0 3m s2 供热锅炉水冷壁的w0 0 4 2m s 对流管束w0 0 2 1 5m s2 循环倍率K 由下降管进入上升管的水量G与同一时间在上升管中产生的蒸汽量D之比含汽率x 或称汽水混合物的干度 是循环倍率K的倒数 即循环倍率物理意义是单位质量的水在此循环回路中全部变成蒸汽 须经循环流动的次数 循环倍率K越大 干度越小 水循环越安全 一般自然循环锅炉K 50 200 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 四 水循环故障1 停滞与倒流1 停滞在循环回路中 个别上升管受热情况非常不良 因受热微弱而产生的流动压头不足以克服公共下降管的阻力 以使的现象 自由水面 2 倒流在循环回路中 个别上升管受热极差而完全没有蒸汽产生 在临近上升管向上流动的作用下 受热极差的上升管工质会被 倒抽 形成倒流现象 采取措施 1 加大下降管截面积及引出管截面积 以减少循环回路阻力2 减少或避免并联的各上升管受热的不均匀性 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 2 汽水分层在循环回路中 水平或微倾斜上升管段 由于水 汽密度的不同 当流动工况差时 流速低时 会出现汽水分层现象 采取措施 1 w0不小于0 6 0 8m s 2 水平倾角不小于15 3 下降管带汽在循环回路中 由于下降管入口阻力过大 易造成炉水自汽化或上锅筒水位过低造成下降管入口形成漩涡卷吸蒸汽等原因是下降管带汽 即 上述管水量不够 造成事故 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 五 水循环回路的布置1 循环回路的设计布置1 每个回路应有自己独立的下降管和汽水引出管 避免受热不均 提高水循环的可靠性 2 供热锅炉 P 0 8MPa 循环回路高度不低于2 3m P 0 8MPa 循环回路高度不低于4 6m 2 上升管的布置1 上升管和汽水引出管接入上锅筒时 尽可能接入锅筒水面以下 避免上升管出现自由水面 并用隔板将其出口与下降管入口隔开 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 2 汽水引出管总截面积应是上升管截面积的35 左右 以免流动阻力过大 3 上升管尽可能不要水平布置 若水平布置 必须保证w0不小于0 6 0 8m s 水平倾角不小于15 3 下降管的布置1 为防止上升管进水的不均匀 要求下降管与下集箱连接时 应与上升管管排面成90 交角 2 为保证水循环的安全 要求下降管总截面积不小于上升管总截面积的25 35 3 下降管带汽防止措施4 不旨在炉外 包装绝热材料 减少散热损失 8 1锅炉水循环的基本概念 第八章 4 循环回路的设计原则改善上升管受热均匀性提高循环回路运动压头降低上升管 下降管和汽水引出管阻力防止汽水分层 8 2汽水分离 第八章 一 蒸汽品质蒸汽品质 蒸汽所含杂质的多少 也即蒸汽的洁净程度1 杂质类型气体杂质 O2 N2 CO2和NH3等非气体杂质 蒸汽中的含盐 氯化物 硫酸盐 碳酸盐 硅酸盐 氢氧化物等 蒸汽机械携带炉水 机械携带 蒸汽中溶盐 选择性携带2 蒸汽含盐的危害性 对电厂设备的危害传热阻力增加含盐沉积在热设备上 造成设备堵塞和变形 8 2汽水分离 第八章 3 蒸汽品质的影响因素给水品质锅水品质排污量锅筒内部装置 汽水分离和蒸汽清洗相应可知保证蒸汽品质的主要措施 4 蒸汽质量指标有过热器的供热锅炉 其饱和蒸汽湿度规定应不大于1 对无过热器的水管锅炉 饱和蒸汽湿度规定应不大于3 对无过热器的锅壳式锅炉 饱和蒸汽湿度规定应不大于5 8 2汽水分离 第八章 二 蒸汽带水的原因及其影响因素分析1 原因分析1 对于锅壳式锅炉2 对于水管锅炉2 影响因素水滴在蒸汽空间中受力分析重力 浮力 提升力 最小汽流速度 1 蒸汽空间高度2 蒸汽负荷3 蒸汽压力4 炉水含盐量 8 2汽水分离 第八章 四 汽水分离装置1 水下孔板2 挡板3 匀汽孔板4 集汽管5 蜗壳式分离器6 波形板分离器7 钢丝网分离器 8 2汽水分离 第八章 2 汽水引出管总截面积应是上升管截面积的35 左右 以免流动阻力过大 3 上升管尽可能不要水平布置 若水平布置 必须保证w0不小于0 6 0 8m s 水平倾角不小于15 8 2汽水分离 第八章 2 汽水引出管总截面积应是上升管截面积的35 左右 以免流动阻力过大 3 上升管尽可能不要水平布置 若水平布置 必须保证w0不小于0 6 0 8m s 水平倾角不小于15 第九章锅炉化学水处理 9 1水中杂质及水质指标 9 2钠离子交换软化 9 3离子交换除碱 9 4给水除氧及锅炉的排污 返回 9 1水中杂质及水质指标 第九章 一 水中的杂质及其危害性1 水中的杂质杂质按其颗粒大小的不同可分成三类 颗粒最大的称为悬浮物 其次是胶体 最小是离子和分子 即溶解物质 1 悬浮物悬浮物是指水流动时呈悬浮状态存在 但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 粘土以及动植物的腐败物质 2 胶体胶体是颗粒直径在10 6 10 4mm之间的微粒 是许多分子和离子的集合体 通过滤纸不能分离出来 它们在水中不能相互粘合 而是稳定在微小的胶体颗粒状态下 不能依靠重力自行下沉 天然水中的有机胶体多半是由动植物腐烂和分解后生成的腐植质 同时还带有一部分矿物胶质体 主要是铁 铝和硅等的化合物 9 1水中杂质及水质指标 第九章 3 溶解物质天然水中的溶解物质主要是钙 镁 钾 钠等盐类和一些溶解气体 1 盐类这些盐类大都是以离子状态存在 其颗粒小于10 6mm Ca2 石灰石 CaCO3 和石膏 CaSO4 2H2O 的水溶解后 Mg2 白云石 MgCO3 CaCO3 受含CO2的水溶解而成 2 分子天然水中的溶解气体主要有氧O2和二氧化碳 CO2 O2 水中溶解了大气中的氧 CO2 主要是水中或泥土中有机物的分解和氧化的产物 9 1水中杂质及水质指标 第九章 2 水中杂质的危害性天然水中的悬浮物和胶体杂质是在水厂里通过混凝和过滤处理后大部分被清除 水中的一部分溶解盐类 主要是钙 镁盐类 会析出或浓缩沉淀出来 水渣 是锅炉给水中的一部分溶解盐类 主要是钙 镁盐类 析出或浓缩沉淀出来并以悬游的形式存在的杂质 水垢 是锅炉给水中的一部分溶解盐类 主要是钙 镁盐类 析出或浓缩沉淀出来 附着受热面的内壁的杂质 1 水渣使管内流通截面减小 容易造成堵塞 水循环受到破坏2 水垢导热性能很差 比钢小30 50倍 使受热面的传热情况恶化 从而使锅炉的排烟温度升高 降低了锅炉的出力和效率 9 1水中杂质及水质指标 第九章 1 在汽锅内壁附着1mm厚的水垢 就要多消耗煤2 3 左右 2 受热面的壁温大为增高 引起金属的过热而使其机械强度降低 导致管壁起疱或出现裂缝 3 锅炉水管内壁结垢后 使管内流通截面减小 水循环的流动阻力增大 甚至堵塞 导致爆管 3 当悬浮物 油脂及盐分等浓度达到某一限度时 锅水的蒸发面上便会产生大量泡沫和形成汽水共腾现象 造成蒸汽大量带水 或假水位 严重影响蒸汽品质 同时还会造成过热器及蒸汽管道中的积盐及结垢现象 而使管壁温度增高 以致烧损 4 O2和CO2会对锅炉的受热面产生化学腐蚀 锅炉的给水和锅水又都是电解质 酸 碱 盐的水溶解 金属在电解质中会产生电化学腐蚀作用 这两种腐蚀均为局部腐蚀 即在金属表面产生溃伤性或点状腐蚀 俗称 起麻点 腐蚀到一定阶段 常形成穿孔 造成锅炉事故 9 1水中杂质及水质指标 第九章 3 锅炉水处理的方式和任务1 水处理和任务 1 软化 降低水中钙 镁盐类的含量 防止锅内结垢 2 除氧 减少水中的溶解气体 以减轻对受热面的腐蚀2 水处理方式锅外水处理 给水经预先处理后进入锅炉 大部分供热锅炉 锅内水处理 水处理在锅内部进行 对一些小容量的供热锅炉二 水质指标1 悬浮固形物 水通过滤纸后被分离出来的固形物 经干燥至恒重 是以1L水中所含固形物的mg数来表示 单位 mg L 9 1水中杂质及水质指标 第九章 2 溶解固形物 已分离出悬浮固形物后的水 经蒸发 干燥后所得的残渣 单位为mg L 通常用溶解固形物作为含盐量的近似值 3 硬度 H 指溶解于水中能形成水垢的物质 钙 镁 的含量 单位mmol L总硬度 H 水中钙 Ca2 镁 Mg2 离子的总含量 即 1 暂时硬度 HT 碳酸盐硬度 是指溶解于水中的重碳酸钙Ca HCO3 2 重碳酸镁Mg HCO3 2和钙 镁的碳酸盐 一般天然水中重碳酸钙 镁在水加热至沸腾后能转变为沉淀物析出 由于水中尚溶解少量的CaCO3 故暂时硬度近似于碳酸盐硬度 9 1水中杂质及水质指标 第九章 2 永久硬度 HFT 非碳酸盐硬度 CaCl2 MgCl2 CaSO4 MgSO4等 这些盐类在加热至沸腾时不会立即沉淀 只有在水不断蒸发后使水中所含的浓度超过饱和极限时才会沉淀析出 4 碱度 A 指水中含有能接受氢离子的物质的量 单位为mmol L常见的碱性物质 以及其他一些弱酸盐类 诸如硅酸盐 亚硫酸盐 腐植酸盐 和氨等 在天然水中 碱度主要由和的盐类组成 水中所含的各种硬度和碱度之间有内在的联系和制约 9 1水中杂质及水质指标 第九章 水中所含的各种硬度和碱度之间有内在的联系和制约 1 水中不可能同时存在碱度和碱度 二者会起反应 即2 水中暂时硬度是钙 镁与及根的盐类 属于水中的碱度 3 当水中含有钠盐碱度时 应不会存在非碳酸盐硬度 永硬 所以钠盐碱度被称之为 负硬 4 硬度与碱度相互关系 9 1水中杂质及水质指标 第九章 5 相对碱度 锅水中游离的NaOH和溶解固形物含量之比值游离NaOH是指水中氢氧根碱度折算成NaOH的含量 它是为防止锅炉苛性脆化而规定的一项技术指标 我国规定的相对碱度值必须小于0 2 6 pH值 表示水的酸碱性指标当pH 7时 水呈中性 pH7时 水则呈碱性 天然水的pH值一般在6 8 5范围内 呈酸性的水会对金属有腐蚀性 因此锅炉给水都要求pH 7 而锅水的pH值通常控制在10 127 溶解氧 O2 气体能溶解于水中 诸如氧 氮和二氧化碳等气体水温愈高 则气体溶解度愈小 其中溶解氧会腐蚀金属 所以对压力较高 容量较大的锅炉 给水必须除去溶解氧 含氧量的单位是mg L 9 1水中杂质及水质指标 第九章 8 磷酸根 为消除锅炉给水的残留硬度或防止锅内壁腐蚀向锅内加入一定量的磷酸盐 磷酸根也作为锅水的一项控制指标9 亚硫酸根 化学方法除氧常用的化学药剂为 因此锅水中的含量也是控制指标 三 水质指标的单位1 mmol L 每升水中所含有硬度或碱度物质的摩尔数 它是以一价离子作为基本单元 2 德国度 1L水中含有硬度或碱度的物质其总量相当于10mgCaO 的摩尔质量为28 因此 9 1水中杂质及水质指标 第九章 3 ppm 百万分之一 以重量或体积计算 锅炉分析水中杂质都折算为CaCO3 同时水的密度视为1 因此 9 2钠离子交换软化 第九章 阳离子交换法 阳离子交换剂 由阳离子和复合阴离子组成常用的离子交换剂 磺化煤和合成树脂常用的阳离子交换水处理有 钠离子 氢离子 氨离子等 一 钠离子交换软化的原理1 软化反应1 对碳酸盐硬度作用 2 对非碳酸盐硬度作用 9 2钠离子交换软化 第九章 3 特点 经钠离子交换后 水中的钙 镁盐类转化为钠盐 除去水中硬度 原水中的中碳酸盐碱度均转变为钠盐碱度 NaHCO3 因此 其只能软化水 但不能除碱 即水中碱度不变 由于Na 的当量值比Ca Mg 的当量值大 水中含盐量有所增加 交换后 软化水残留硬度一般控制在0 03 0 1mmol L 2 再生原理 9 2钠离子交换软化 第九章 式中 ny 还原1mmol的Ca2 Mg2 所需的nymmol的NaCl理论上 当ny 1时 还原1mmol所需的NaCl为43 5g 实际上 ny 2 5 3 5时 才能完全再生 一般采用指标140 200g mol 二 固定床钠离子交换设备及其运行1 顺流式再生1 基本构造2 运行 运行中 有反洗 还原 正洗和交换的四个步骤2 逆流式再生为了克服顺流再生时底层部分交换剂再生较差的缺陷 采用逆流再生法 9 2钠离子交换软化 第九章 1 特点 1 逆流再生离子交换出水质量高 盐耗低 2 当再生液流速较高时 就会和反洗时一样的使交换剂层产生扰动现象 这样 交换剂层上下层次被打乱 通常称为乱层 为了防止乱层现象 逆流再生交换器在结构和运行上都有一些措施 2 运行步骤 1 小反洗 2 排水 3 顶压 4 进再生液 5 逆流冲洗3 大反洗一般逆流再生离子交换器在运行20个或更多周期后 进行一次大反洗 9 2钠离子交换软化 第九章 大反洗是从底部进水 废水由交换器顶部排水门放掉 大反洗松动了整个交换剂层 大反洗后第一次再生时 再生剂耗量应加大0 5 1倍以上 三 钠离子交换系统单级钠离子交换系统 当原水硬度8mmol L时采用 9 3离子交换除碱 第九章 2 汽水引出管总截面积应是上升管截面积的35 左右 以免流动阻力过大 3 上升管尽可能不要水平布置 若水平布置 必须保证w0不小于0 6 0 8m s 水平倾角不小于15 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 水中溶解的氧 二氧化碳气体对金属壁面会产生化学或电化学腐蚀 气体溶解定律 亨利定律 任何气体在水中的溶解度是与此气体在水界面上的分压力成正比 水温升高 水蒸气的分压力增大 其他气体的分压力降低 致使其他气体的溶解度减小 一 给水除氧1 热力除氧大气式除氧器内保持的压力很低 一般为0 02MPa 表压力 在此压力下 汽水的饱和温度为102 104 压力略高于大气压的目的是便于使除氧后的气体排出器外 也不会使外界空气倒吸入除氧器内 软水雾化 经蒸汽加热 一次加热和除气填料层下面蒸汽向上流动 与水膜接触 二次除气 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 2 真空除氧原理与设备和热力除氧相似 是利用低温水在真空状态下达到沸腾 从而达到除氧的目的 在不同真空压力下 水中溶解氧与水温有关 1 真空度保持在80kPa时 相应的的水温为60 水中溶解氧可达0 05mg L 达到供热锅炉给水标准 2 整个除氧系统要求良好的密封性能 运行时防止水位波动 3 防止给水泵气蚀现象 要求除氧水箱与给水泵轴线间的垂直高度不小于7m 3 解吸除氧 如图 是将不含氧的气体与要除氧的软水强烈混合 由于不含氧的气体中的氧分压为零 软水中的氧就大量的扩散到无氧气体中去 从而使软水的含氧量降低 达到除氧的目的 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 4 化学除氧1 钢屑除氧 经铁屑过滤器2 药剂除氧 向水中加药3 树脂除氧 使用触媒型除氧树脂 将贵重金属粒子牢固吸附在器表面 进行活化处理 再在水中通入氢气与氧化合成水 达到除氧的目的 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 二 锅炉的排污1 锅内水处理常用方法有 钠盐 栲胶 柞木 烟秸和石墨法1 钠盐法 俗称加碱法常用的用磷酸三钠 纯碱 碳酸钠 火碱 氢氧化钠 纯碱最普遍 3Ca HCO3 2 3Na3PO4 Ca3 PO4 2 3Na2CO3 3CO2 3H2O3CaSO4 2Na3PO4 Ca3 PO4 2 3Na2SO43CaCl2 2Na3PO4 Ca3 PO4 2 6NaCl2 形成磷酸钙盐能增加泥渣的流动性 容易随污水排出不至附着在金属表面上变成二次污垢3 在汽锅表面上 磷酸盐会形成保护膜 能防止腐蚀 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 2 锅炉排污1 连续排污 排除锅水中的盐分杂质由于锅筒蒸发面附近的盐分较高 连续排污管就设置在低水位下面 习惯上也称为表面排污 2 定期排污 排除锅水中的水渣 松散的沉淀物 同时也排出盐分设置在下集箱或锅筒的底部 小型锅炉只装设定期排污3 锅炉排污量的计算 与锅水的碱度和含盐量有关 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 式中 D 锅炉的蒸发量 t h Dps 锅炉的排污量 t h Ag 锅水允许的碱度 mmol L Aq 蒸汽得碱度 mmol L Ags 给水的碱度 mmol L 1 因为 排污率 排污量对蒸发量的百分率 按碱度计算为按含盐量计算为 排污率取P1 P2计算值的较大者 一般供热锅炉排污率控制在10 以下 电站锅炉P 5 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 2 有凝结水返回的锅炉 给水水质以含盐量表示 式中 补给水 凝结水的含盐量 mg L 补给水及凝结水所占总给水量的份额 即 如凝结水含盐量很少 忽略不计 则给水含盐量 带入排污公式得 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 锅炉的汽水品质水滴携带 蒸汽带了含盐浓度大的炉水水滴叫做水滴携带溶解携带 蒸汽直接溶解某些盐类叫做溶解携带废热的回收利用扩容器的物质平衡式Dbl Df D blkg h扩容器的热平衡式Dblh bl f Dfh f D blh fkJ h排污冷却器的热平衡式D hl h f hcw hcw bl r Dma hcw ma hw ma kJ h工质回收率 f Df Dbl锅炉排污率 bl Dbl Db 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 Dblh bl Dfh f Dmahw ma hcw bl D blh f hcw ma Dbl Df D bl Dblh bl f Dfh f D blh f D hl h f hcw hcw bl r Dma hcw ma hw ma 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 9 4给水除氧及锅炉的排污 第九章 第十章锅炉房设备及其布置 10 1运煤 除灰系统及设备 10 2供热锅炉烟气除尘和脱硫 10 3锅炉房锅炉型号及台数的选择 10 4锅炉房汽水系统 热力系统 返回 10 5锅炉房布置 10 1运煤 除灰系统及设备 第十章 一 运煤系统及设备1 煤的制备1 碎煤机械 将不符合锅炉燃用的块煤破碎成规定粒度的装置颚式破碎机 辊式破碎机 锤式破碎机 反击式破碎机2 筛选装置 固定筛 滚动筛 振动筛3 磁选设备 悬挂式电磁铁2 运煤装置1 电动葫芦吊煤罐2 单斗提升机3 多斗提升机4 埋刮板输送机5 皮带输送机 10 1运煤 除灰系统及设备 第十章 3 运煤方式的选择1 B6t h的锅炉房宜用输煤栈桥等机械4 堆煤与储煤1 煤场储煤 1 火车或船舶运煤时 为10 25天的锅炉房最大计算耗煤量 2 汽车运煤时 为5 10天的锅炉房最大计算耗煤量 2 煤场堆煤高度 3 移动式皮带输送机对煤高度不大于5米 10 1运煤 除灰系统及设备 第十章 4 堆煤机堆煤高度不大于7m 5 铲斗车堆煤时2 3米 6 人工堆煤时不大于2米3 煤场面积估算公式 式中 B 锅炉平均每小时最大耗煤量T 锅炉每昼夜运行时间M 煤的储备天数N 考虑煤堆过道占用面积的系数 一般取1 5 1 6 煤的堆积密度 堆角系数 一般取0 6 0 8 10 1运煤 除灰系统及设备 第十章 4 锅炉房原煤仓的储煤量 1 运煤为一班工作制时 应储煤量为16 18h锅炉额定耗煤量 2 运煤为二班工作制时 应储煤量为10 12h锅炉额定耗煤量 3 运煤为三班工作制时 应储煤量为2 6h锅炉额定耗煤量5 锅炉房落煤管的断面积 式中 Q 燃料输送量v 煤在落煤管中流动速度 一般取2m s 充满系数 一般取0 3 0 35 10 1运煤 除灰系统及设备 第十章 二 锅炉房除渣系统及设备1 人工除渣2 机械除渣刮板输送除渣机 螺旋出渣机 马丁出渣机 斜轮式等3 水力冲灰渣4 除渣方式的选择1 锅炉房干灰渣排放量C2t h 宜采用机械化或低压水力冲渣5 灰渣场和灰渣斗 10 1运煤 除灰系统及设备 第十章 5 灰渣场和灰渣斗1 锅炉房每小时最大灰渣量的计算 t h2 不同燃烧方式锅炉排灰量占理论计算值得百分比层燃炉70 85 抛煤机链条炉60 75 沸腾炉40 75 3 室外集中灰渣斗的设计要求 1 灰渣斗总容量宜为1 2天锅炉房最大计算排灰渣量 2 严寒地区应有防冻措施 3 灰渣斗与地面的净高 汽车不小于2 1m 火车不小于5 3m 10 2供热锅炉烟气除尘和脱硫 第十章 一 烟尘的危害机排放标准1 大气污染物的组成1 烟尘 1 炭黑 煤燃烧过程中处于高温缺氧的条件下分解析出的一些微小碳粒 在炉膛中不能完全燃烧 其粒径为0 05 1m 2 降尘 高温烟气带出的飞灰和一部分未燃尽的焦炭细粒 其粒径从1m到100m不等 2 有害气体 SOx NOx CO2等2 危害酸雨温室效应动植物的危害 10 2供热锅炉烟气除尘和脱硫 第十章 3 排放标准烟尘排放浓度SO2排放浓度二 锅炉常用的除尘装置1 沉降室2 旋风除尘器 卧式 立式 双旋风 多管旋风等 3 湿式除尘器 离心水膜除尘器 4 袋式除尘器5 静电除尘器三 锅炉常用的脱硫装置1 脱硫方式 燃烧前 燃烧中 燃烧后2 炉内喷钙尾部增湿活化 流化床等 10 2供热锅炉烟气除尘和脱硫 第十章 3 烟气脱硫1 水膜除尘器2 循环流化床3 气体悬浮式4 湿法脱硫5 电子束 等离子 6 活性炭吸附法四 烟气除尘脱硫装置的选择1 燃料及其燃烧方法2 烟尘分散度粒度分布 10为分界点 10 2供热锅炉烟气除尘和脱硫 第十章 3 排烟浓度1 0 1 10g m3 大于15g m32 与煤种 燃烧方式 燃烧过程组织有关4 烟气量直接决定烟气流速 进而影响除尘效率 10 3锅炉房锅炉型号及台数的选择 第十章 一 锅炉房最大热负荷的确定1 锅炉房最大热负荷的确定t h式中 分别为生产工艺 采暖 通风 生活用热负荷 t h K 供热管网热损失及锅炉自用汽的利用系数 K 1 1 1 2 取1 05 K1 生产工艺用热负荷的利用系数 一般取K1 0 7 0 9 K2 K3 为采暖 通风用热负荷的利用系数 取K2 1 0 K3 0 7 1 0 K4 日常生活用热负荷的利用系数 取K4 0 5 10 3锅炉房锅炉型号及台数的选择 第十章 2 锅炉房平均热负荷的确定t h其中 采暖 通风 平均热负荷的确定 t h3 锅炉全年热负荷的确定式中 h1 h2 h3 h4 分别为一年生产工艺 采暖 通风 生活用热小时数 10 3锅炉房锅炉型号及台数的选择 第十章 二 锅炉型号及台数的选择1 锅炉型号1 根据热用户的要求及特点确定锅炉型号首先满足供热负荷的需要 选用介质 参数及供热管线的介质压力及温降的考虑2 同一锅炉房内尽可能采用系统类型 容量的锅炉 以利于设计 施工 安装和运行管理 热用户的特殊要求除外 3 对专供采暖的锅炉房宜选用热水锅炉2 燃烧设备1 就近取材 保护环境2 高效 清洁燃烧设备3 能适应热负荷变化 自动化程度高 电耗金属耗量低的设备 10 3锅炉房锅炉型号及台数的选择 第十章 3 经济性问题1 选用燃烧效率高和热效率高的锅炉2 选用投资和运行管理费用低的锅炉3 选用热负荷调节方便的锅炉4 锅炉台数1 锅炉房锅炉总台数的确定 应按所有锅炉运行在额定蒸发量工作时 能满足最大热负荷为原则来考虑2 同一锅炉房 新建时不宜超过五台 改扩建不宜超过七台3 当热负荷一年中变化较大时 主要以调整运行锅炉台数的方法来适应负荷变化 从而使运行的锅炉接近额定蒸发量下工作5 热备用 10 4锅炉房汽水系统 热力系统 第十章 锅炉房汽水系统主要由给水 蒸汽和排污三大系统组成一 锅炉房热力系统图锅炉房的热力系统图是按锅炉房内的汽水系统实有设备绘制的 作为锅炉房内设备和管道布置的依据 也是锅炉房设计 施工与运行的重要文件之一 1 应保证系统运行的安全可靠 调度灵活及局部设备在锅炉运行下检修的可行性 2 应考虑到热力设备投资与运行的经济性二 给水系统给水系统包括 给水箱 给水泵 给水管道 凝结水箱和凝结水泵及阀门等 10 4锅炉房汽水系统 热力系统 第十章 1 给水管道 238页 给水泵进水管 由给水箱或除氧水箱到给水泵的一段管道锅炉给水管 由给水泵到锅炉的一段管道1 给水管道一般分为 单母管和双母管系统 1 单母管系统 适用于一般供热锅炉房的给水系统 2 双母管系统 适用于常年不能间断供热的锅炉房给水系统 3 吸水管道 由给水箱至给水泵的给水管道 4 压水系统 由给水泵至锅炉的给水管道2 给水管道布置安装时 应有一定的坡度 0 003 坡度方向与水流方向相反 最高处装排气阀 最低处装排水阀 10 4锅炉房汽水系统 热力系统 第十章 3 每台锅炉给水管上应装调节阀 手动调节阀应设置于便于操作处4 在给水泵的出口管至止回阀之间 应设置再循环管 以保证离心式给水泵在锅炉低负荷运行时有足够的水量通过水泵5 给水管道流速2 给水泵常用的有 电动 离心式 给水泵 汽动 往复式 给水泵 蒸汽注水器等1 在母管制给水系统中 采用两台给水泵时 每台泵的流量应满足所有运行锅炉的额定蒸发量所需的给水量的110 2 采用三台或三台以上的给水泵时 10 4锅炉房汽水系统 热力系统 第十章 2 采用三台或三台以上的给水泵时 1 其中一台本停运时 其余两台并联运行的给水泵应满足所有运行锅炉额定蒸发量所需给水量的110 2 汽动给水泵其流量应满足所有运行锅炉额定蒸发量所需给水量的40 60 作为电动给水泵的备用泵 3 给水泵的扬程应根据锅筒安全阀开启压力 省煤器 给水系统压力降 水位差及一定富裕量来确定 3 凝结水泵和软水泵1 凝结