工业锅炉蒸汽湿度的测量方法

探讨园地 工业锅炉蒸汽湿度 的测量方法 3 l 文章编号 1 0 0 4 8 7 7 4 2 0 1 4 0 2 0 3 1 0 4 工业锅炉蒸汽湿度的测量方法 杨麟 张潇 潇 何舒 冰 上海工业锅炉研究所 上海 2 0 0 0 7 1 Te s t M e t ho d f o r S t e a m Hu mi d i t y o f I n d us t r i a l Bo i l e r s YANG Li n ZHANG Xi a o x i a o HE S h u b i n g S h a n g h a i I n d u s t r i a l B o i l e r R e s e a r c h I n s t i t u t e S h a n g h a i 2 0 0 0 7 1 C h i n a 第 一 作 者 杨 麟 摘要 蒸汽湿度是工业锅炉的一个重要性能指标 影响其大小的主要因素有汽水分离器 1 9 6 3一 大专 工 分离效率 蒸汽空间高度 锅炉负荷及锅水含盐量等 通过氯根法 电导率法或钠度计法可以测程师 1 9 8 4年进入上 得工业锅炉蒸汽湿度 对于直流锅炉 采用量热法更为准确 海工业锅炉研究所 关键词 蒸汽湿度 直流锅炉 测量方法 取样 至今一直从 事锅 炉 中图分类号 T K 2 1 2 1 文献标识码 B 热工测试 和环保 测 试工作 0 蒸汽湿度测量的意义 工业锅炉中蒸汽湿度一般用符号 表示 是指 饱和蒸 汽中所含的水分质量百分数 有时也用蒸汽 干度表示 蒸汽湿度是工业锅炉运行过程中一个重要的性 能指标 其大小直接反映 了蒸汽品质的优劣 蒸汽 湿度大 不仅降低 了出力 还恶化 了蒸 汽品质 对部 分行业 的生产用汽造成不利影响 影响其产品质量 如纺织服装行业要求蒸 汽湿度不 超过 1 甚 至更 低 其原因是蒸汽中携带的锅水都含有一定 的盐分 一 旦该蒸汽用于布料处理则易留下水渍 准确测量蒸汽湿度有重要意义 1 正确测试工业 锅炉热效率 避免虚假锅 炉 出力 2 提高蒸汽质量 以确保用汽企业产品质量 3 减少蒸汽输送 管道 的饱和水疏水 量 节 约 能 源 4 考核锅炉蒸 汽湿度的性能指标 促进工业 锅炉锅 内设备设计的科学化 1 蒸汽湿度产生的原因 影响蒸 汽湿度 的主要 因素有 汽水分离器分离 效率 蒸汽空间高度 锅炉负荷和锅水含盐量等 1 1 汽水分离器分离效率 在锅炉锅筒 中 当锅水汽化时 总携带一部分锅 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 2 2 水的水滴 这部分水滴进入蒸汽空间后 较大的水滴 靠 自重返 回液面 其余的则被蒸汽带走 进人汽水分 离器进行汽水分离 由于分离器存在分离效率的差 异 未分离出的饱 和水随着 蒸汽输 出 造 成蒸汽带 水 因此分离器效率的高低直接影响蒸汽湿度 的大 小 1 2汽空间的大小 汽空间 的高低 大 小决定 汽 水混 合 物在 汽包 锅简 内停 留时间的长短 停 留时间长 汽水有充 分的时间分离 蒸汽湿度减少 当锅水水位上升时 汽空间减少 蒸汽湿度 也会慢慢增 大 反 之则会减 少 只要水位在正常范 围 蒸汽湿度就能保持在合 理范围内 1 3 锅炉负荷的影响 锅炉负荷越大 蒸汽流速越大 蒸汽中所携带的 水分也越多 反之亦如此 当锅炉处于额定负荷状 态下 蒸汽湿度才能够保持在设计范围内 1 4 锅水含盐量 锅水含盐量是锅炉运行过程中对蒸汽湿度影响 较大的因素 当锅水含盐量达 到一定值时 蒸汽湿 度会呈直线上升 甚至恶化 笔者和同事通过多次 试验 现 分别 以一 台贯流式 燃气 锅 炉 的实 验数据 如表 1 和快装式燃煤锅炉的实验数据 如表 2 来 对比说明 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 3 2 工业锅炉 2 0 1 4年第 2期 总第 1 4 4期 锅水 电导率 IX S c m 蒸汽电导 g tx s a m 蒸汽湿度 从 表 1可 以 看 出 当 锅 水 电 导 率 达 到 6 0 0 0 i x s c m以上时 蒸汽湿度会 显著升高 当达到 6 6 0 0 1 t s c m时 蒸汽湿度呈直线恶化 从表 2可以看出 当锅水电导率达到 8 0 0 0 IX S e m时 蒸汽湿度会 显著升高 当达到 8 6 0 0 IX s c m 以上时 蒸汽湿度呈直线恶化 实验 时还发现 当锅水 电导率分别达到 6 4 0 0 b t s c m和 9 1 0 0 b s c m时 蒸汽冷凝水 明显变浑 直 到呈铁锈色 实验证明 随着锅水不断蒸发浓缩 其 电导率不 断上升 当达到一定值 时 蒸汽湿度会 明显增大 最 后恶化 因此在锅炉运行过程 中 应密切注意锅水 电导率的变化 一旦锅水 电导率过 大 应及时排污 以控制锅水电导率维持在一个合理的范围内 标准 G B 1 5 7 6 2 O 1 0 工业锅炉水质 中规定 了各类锅炉 运行 中最高碱度和溶解固形物安全限度 也是锅炉 运行 中最节能的锅水工况 在锅水浓度上限时保证 锅炉输出的蒸汽不恶化是锅炉炉 内设备设 计 的要 求 软化水 的 电导率 根据锅 炉压力 不 同为 5 5 0 3 5 0 IX s c m 2 蒸汽湿度的测量 在 G B T 1 0 1 8 0 2 0 0 3 工业锅炉热工性能试验 规程 中规定蒸汽湿度可采用氯根法 硝酸银容量 法 电导率法或钠度计法进行测定 只要测 出蒸汽 电导率与锅水电导率 二者之 比的百分数 即为蒸汽 湿度 也可以用蒸汽 中 N a 和 c l 一 的含量与锅水 中 N a 和 C l 一 的含量之比来反映蒸汽湿度 2 1 氯根法 硝酸银容量法 用氯根法 测得的饱 和蒸 汽冷凝 水和锅水氯根 c l 一 含量之 比的百分数为饱和蒸汽湿度 其 计算如 式 1 饱和蒸汽湿度 鏊 鱼 盟 1 0 0 1 锅 水 氯 根 含 量 m g k g 锅水 电导率与蒸汽冷凝水电导率的测量步骤相 同 在测量锅水电导率时需注意以下几点 如锅水比较浑浊时 需用滤纸进行过滤 锅 水氯离子浓度高时稀释后测定 2 蒸汽冷凝水 中氯离子浓度较低时 增加一 倍或多倍 的取样量 进行测定 2 2电导率 法 用电导率仪分别测得蒸汽冷凝水和锅水电导率 之 比的百分数为饱和蒸汽湿度 其计算如式 2 饱和蒸汽湿度 O 3 1 0 0 2 锅水 电导率 b s c m 在测量时需要注意以下几点 1 由于溶液 电导率与温度有关 因此蒸汽冷 凝水和锅水应冷却 到同一温度后进行测量 如温度 不同 则需使用带温度补偿 的电导率仪进行测量 2 如用一台电导率仪分别测量蒸汽冷凝水和 锅水 电导率时 需对 电极及时进行清洗 防止交叉污 染 2 3 钠度计法 用钠度计分别测量蒸汽冷凝水和锅水的钠离子 浓度 二者之 比的百分数为饱和蒸汽湿度 其计算如 式 3 饱和蒸汽湿度 业 爵 锅 水 钠 离 子 含 量 g k g u u 3 在测量时应注意以下几点 1 测量前 钠 电极需用无钠水浸泡 然后用标 I 2 6 5 8 5 8 5 7 9 8 7 4 2 5 3 2 O 5 9 9 2 7 5 3 J oo 6 2 8 5 4 3 8 2 7 9 0 1 8 2 3 l 9 1 5 8 7 6 2 l 8 3 1 5 6 5 J 2 0 8 O 1 9 5 8 4 0 9 3 1 0 3 4 7 1 7 O l l 3 2 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 探讨 园地 工业锅炉蒸汽湿度的测量方法 3 3 准 p N a 溶液进行标定 2 需用不含钠离子 的容器 盛放被测液体 特 别是蒸汽冷凝水 3 如用一根钠 电极分别测量蒸汽冷凝水和锅 水的钠离子含量 需要对电极及时进行清洗 防止交 叉污 染 2 4 蒸汽湿度测量条件 当锅炉蒸汽湿度作 为锅炉的一个性能指标时 测量蒸汽湿度需要符合 以下条件 1 锅炉处于额定 出力下运行且保持最高蒸发 强度 2 锅水含盐量 碱度 符合 G B T 1 5 7 6 2 0 1 0 要求 即该锅炉锅水最高运行溶解 固形物和碱度符 合要求 3 锅炉水位应处于正常水位 3取样点开设和取样 测点开设和取样 的正确与否直接影响到蒸汽湿 度测量 的准确性 3 1取样点开设 1 蒸汽取样点 的开设 蒸 汽取样点开设在蒸汽主管的直管段上 一般 在垂直管道上 蒸汽主管直径小于 1 0 0 m m 的用单 孔取样管 取样管放在蒸汽主管的中间位置 直径为 1 0 0 mm 以上的蒸汽主管 也可用笛型管 取样管的 取样孔应置于蒸汽 的流体 中心位置 端部成 6 0 倒 角方向 蒸汽取样管 中间安装针形阀调节取样量 然后接至冷凝器 将蒸汽冷却成蒸汽冷凝水 蒸汽 取样管应采用铜管或不锈钢管等不影响分析的耐腐 蚀材料 2 锅水取样点的开设 锅水取样点应从具有代表锅水浓度的管道上引 出 一般选在水位表排污处或锅炉表 面排污处 锅 水取样管中间安装调节阀 取样管下接冷却器 把锅 水冷却到适合测量的温度 3 2取样 蒸汽冷凝水和锅水取样应注意以下几点 1 蒸汽冷凝水和锅水取样应 同时进行 2 蒸汽冷凝水和锅水样品应保持常流 以确 保样品有充分的代表性 如进行热工测试还应加 以 计量 3 蒸汽冷凝水取样应采用 等速取样法 因为 饱和蒸汽 中含水滴 是汽水二相流体 若取样速度低 于流速 由于蒸汽中流体的惯性作用 会从取样口吸 入 将 导致测试数据偏大 反之则偏小 4 直流锅炉蒸汽湿度的测量 4 1 采用电导率法测量直流锅炉蒸汽湿度 由于直流锅炉运行 的特殊性 其锅炉给水是从 前面给入 经过盘曲的管子进行受热 蒸汽 由离心式 汽水分离器把水及 析出的盐分分离出来 蒸汽直接 从尾部输 出 离心式分离器分离 出来 的水直接排掉 或回到给水箱 目前采用 电导率法测量直流锅炉蒸汽湿度 这 种方法虽然能基本测得蒸汽湿度 但仍存在 以下 问 题 1 用给水代表锅水与蒸汽 中所含的水进行比 较 由于水不断蒸发变成蒸汽 盐分不断析出 其 中有 一 小部分盐会溶解在还未变成蒸汽的水 中 使得最后 蒸汽带出的水分中含盐量略高于给水的含盐量 2 虽然最后 的汽水分离器将没有变成蒸汽 的 水和析 出的盐分分离 出来 但总会有一小部分 的盐 分被蒸汽带 出 最后用蒸汽取样装置把蒸汽冷凝下 来 因此这一部分盐分会重新溶入蒸汽冷凝水 中 使 得蒸汽冷凝水中的含盐量略高于真正带出的水分所 含 的盐分 4 2 采用量热法测量直流锅炉蒸汽湿度 如上所述 若要精确测量直流锅炉的蒸汽湿度 需采用另外 的测量方法 笔者和同事经过多次探讨 和试验 认为用量热法进行测量 能正确测量 出直流 锅炉的蒸汽含湿度 方法 1 将一定量一定压力下的饱和蒸汽冷却到一定温 度 其放 出的热量是一定的 如放出的热量未达到理 论计算值 减少的热量即为饱和蒸汽 中所带水 的汽 化潜热 因此只要测 出释放出的热量 即可 按下式 计算 Q B h 一 h 一 B Y 4 皇 二 二 5 B 2 6 式 中 蒸汽 中带 的水量 k g 蒸汽冷凝下来 的水量 k g p 测得的蒸汽冷凝水带 出的热量 k J h 饱 和蒸汽焓 k J k g h i 蒸汽冷凝水温度下的焓 k J k g 饱和蒸汽汽化潜热 k J k g 蒸汽湿度 具体测试方法如下 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 3 4 工业锅炉 2 0 1 4年第 2期 总第 1 4 4期 1 将一定温度 t 下一定量 的蒸馏水装入 一 绝热容器中 2 通人一定量 的饱和蒸汽 3 测量容器内水上升后的温度 t 4 计算饱和蒸汽带出的热量 Q Q x 4 1 8 1 6 G C t l t 0 7 B B 总一 B o 8 式中B 总 容器内最终水重量 k g 日 容器内开始的水重量 k g G 容器重量 k g c 容器的比热容 k J k g 起始温度 t 最终温度 方法 2 将一定量的饱和蒸汽以饱和状态 突然降低压 力 使其呈过热状态 测量 过热蒸汽的压力 和温度 查其焓值即可计算出蒸汽湿度 计算公式如下 h 3 B 曰一B 2 h 0 2 9 等 10 只一 i 2 1 1 式中B 冷却后蒸汽的质量 k g 上接第 3 0页 2 在水质欠佳时 间接加热 的四种炉 型及其 供 暖系统可有效地解决锅壳式热水锅炉爆管 管板 开裂和锅壳下部鼓包等不安全事故 有压相变锅炉 效果更好 具有独特的优点和经济性 3 新型水火管热水锅炉可做到锅炉运行时受 热面烟气侧不积灰 可解决前言提出的第二个问题 进而保证了锅炉出力和效率长期基本稳定 4 有压相变新型水火管热水锅炉能解决前言 提出的两个问题 可消除锅炉运行时爆管 管板开裂 和锅壳下部鼓包等不安全事故 可做到锅炉受热面 清洁 水侧不结垢 不覆盖固体杂物 烟气侧不积灰 过热蒸汽焓 k J k g B 饱和蒸汽中带水量 k g 饱和蒸汽焓 k J k g 饱和蒸汽汽化潜热 k J k g 蒸汽湿度 具体测试方法如下 1 把饱和蒸汽用引出管 引出 经过一段直径 放大数倍的蒸汽膨胀管 使其饱和蒸 汽变成过热蒸 汽 2 测量此时过热蒸汽的压力和温度 3 将蒸汽冷却 计量其质量 4 计算 出蒸汽湿度 5结束语 电导率法 和钠度计法 由于测量简单容易掌握 是锅炉蒸汽湿度测量普遍使用的方法 特别是 电导 率法应用最为广泛 但 其被测液体的温度会影响测 量精度 氯根法是最为经典的测量方法 也最难掌 握 其测量精度与试剂的配制和测试人员的测试技 术熟练程度有关 本文介绍 的两种测试方法 虽然 测试系统相对复杂 且对环境温度有一定的要求 但 测试精度较