11冷热源系统设计.ppt

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1、第十一章 冷热源系统设计,11.2 燃气供应系统设计,11.1 燃烧计算,11.3 燃油供应系统设计,11.4 锅炉通风系统设计,11.5 冷热源水处理系统,11.1 燃烧计算,燃烧计算 是燃料系统设计、送风机和引风机设备选型的依据,11.1.1燃料燃烧所需的空气量计算,一、 计算简化假设 （1）所有气体都当作理想气体； （2）完全燃烧； （3）所有气体容积单位为Nm3/ kg。（气体燃料：Nm3/ Nm3 ）,二、空气需要量的计算,理论空气量VK0：1 kg（或1m3）收到基燃料完全燃烧而没有剩余氧存在时所需的空气量（ Nm3/ kg 或（m3/m3）。,过量空气系数：,为了保证燃料能够完全

2、燃烧,实际送入炉膛的空气量要大于理论空气量.,过量空气系数:,实际空气量,对燃烧有影响的是炉膛出口过量空气系数 l ”。 其最佳值与燃料种类、燃烧方式、燃烧 设备结构的完善程度等有关。运行中的最佳l ” 是通过燃烧试验来确定的。,供热锅炉常用的层燃炉： l” 在1.3-1.6之间.,燃油、燃气锅炉： l” 在1.05-1.2之间.,实际空气量:,VK = VK0,1.液体、固体燃料燃烧所需的理论空气量,1 kg收到基燃料中的可燃成分：,碳完全燃烧的反应方程： C + O2 = CO2 12 kg 22.4 N m3 22.4 N m3,即：1 kg碳完全燃烧时，需要1.866 Nm3的氧气，并

3、产生1.866 Nm3的二氧化碳。,氢完全燃烧的反应方程 2 H 2 + O2 = 2H 2O 22.016 kg 22.4 N m3 2 22.4 N m3 即：1 kg氢完全燃烧时，需要5.55 N m3的氧气，并产生11.1 N m3的水蒸气。,硫完全燃烧的反应方程： S + O2 = S O2 32 kg 22.4 N m3 22.4 N m3 即：1kg硫完全燃烧时，需要0.7Nm3的氧气，并产生0.7Nm3的二氧化硫。,即:1 kg燃料中可燃成分完全燃烧所需的氧气量为：,而1 kg燃料中自身含 kg的氧气,在标准状态下的容积为:,故燃烧1 kg燃料所需外界供应的理论氧气量为:,空气

4、中: VO2:VN2=21:79,1 kg燃料完全燃烧所需的理论空气量为:,L0=1.293 Vk0 (kg干空气/kg燃料),2.气体燃料燃烧所需的理论空气量,任何碳氢化合物的反应式为:,当燃气组成已知，可按下式计算标态下燃气燃烧所需的理论空气量：,11.1.2 燃烧生成的烟气量计算,理论烟气量 ：当燃料燃烧，供给理论空气量(=1），且达到完全燃烧时，烟气所具有的容积。,一.液、固燃料的烟气量,1. 理论烟气的组成：,2. 实际烟气量的计算,1) 完全燃烧，且（1） ,则烟气的组成：,2) 燃烧不完全，且（1）,C 燃烧除了生成CO2外，还产生未完全燃 烧产物CO，也可能有未燃烧的氢和碳氢化

5、 合物CmHn（含量少可忽略）。即认为不完 全燃烧产物只有CO。,二.气体燃料的实际烟气量,理论空气的焓：1kg固体或液体燃料燃烧所需的理论空气量，在等压(通常为大气压)下从00C加热0C到所需的热量称为理论空气焓(H0k)。,11.1.3 烟气和空气的焓,烟气的焓：1kg固体或液体燃料燃烧生成的烟气量，在等压（通常为大气压）下从00C加热0C时所需的热量称为理论烟气焓（Hy)。,空气焓的计算： Hk0 = Vk0 (c）k kJ/kg Hk = Hk0 = Vk0（c）k kJ/kg 式中: Hk0 、Hk-理论空气和实际空气的焓(kJ/kg ）； （c）k -每Nm3干空气连同带入的水蒸气

6、在温度为0C时的焓( kJ/ Nm3 ),烟气焓的计算： 由热力学:混合气体的焓等于各组成气体的焓之和.,11.2 燃气供应系统设计,燃气锅炉房供气系统，一般由调压系统、供气管道进口装置、锅炉房内配管系统以及吹扫放散管道等组成。,11.2.1锅炉燃气供应系统,包括：燃气调压系统和锅炉房内燃气系统。,一.燃气调压系统,(1)几种常用的调压系统: 分单路、多路，及单级、双级调压系统。,单路调压系统：指安装一个或两个串联调压器的单管路系统。,多路调压系统： 多个调压器并联安装，调压后燃气集中输出。,当锅炉台数较多或锅炉房运行的最高负荷和最低负荷相差很大时，应考虑采用多路调压系统。,常年运行的锅炉房，

7、应设置备用调压器，备用调压器和运行调压器并联安装，组成多路调压系统。,二级调压系统: 是在系统中串联 安装了两台适当 的调压器,经过两 次降压达到调压 要求。,当调压系统进出口压力差不超过1.0Mpa，调压比不大于20 时，采用单级调压系统；否则用两级调压系统。,带辅助调压器的调压系统：在经常工作的调压器（主调压器）旁并联安装的一台小调压器（辅助调压器），当系统处于很低的负荷下运行，主调压器不能正常工作时，可以保证系统调压稳定。辅助调压器的通流能力一般按主调压器通流能力的2530%来选择。,带监视调压器的调压系统：作为一种备用调压器。在正常运行时，它完全开启；当工作调压器失灵时，它投入工作，代

8、替工作调压器进行调压，保持系统工作正常。 （监视调压器可安装在工作调压器的前面 或后面）。国内很少用,(2).调压系统的选择 使通过每台调压器的流量在其铭牌出力的10%90%范围以内,并能适应锅炉房负荷的变化,始终保持供气压力的稳定性。,二.锅炉房内燃气系统 由外网或锅炉房供气干管来的燃气经过调压器调压后，再通过两个串联的主电磁阀和一个流量调节阀进入燃烧器。,点火电磁阀：在主电磁阀之前引出点火管，点火管道上有关闭阀和两个串联的点火电磁阀，点火电磁阀由点火或熄火信号控制。 放散管：在主电磁阀和点火电磁阀之间设置。放散管上设置放散电磁阀。当主电磁阀关闭时，放散电磁阀自动开启，避免燃气漏入炉膛。,主

9、电磁阀与锅炉高低水位保护装置、蒸汽超压装置、火焰监测装置以及鼓风机等连锁。当锅炉在运行中发生事故时，主电磁阀自动关闭，切断供气。锅炉点火时，点火电磁阀打开，点火成功后主电磁阀打开。 流量调节：燃气流量可根据锅炉负荷变化情况由调节阀调节。,三.设计和确定燃气输送系统时, 应注意的其它技术问题: 在调压器的总入口处，应设置能将气源切断的总关断阀；在调压器入口段，应设置放散管、压力表；在每个调压支管道的调压器前后应设切断阀；每台调压器的后面应设压力表；在调压器后的输气管或集气箱上应设安全阀或安全水封；在管道和设备的最低处应设排水点。 调压器应有旁通管，旁通管上应有切断阀和调节阀。,若进入调压系统前，

10、燃气中含有较多的油和水，则应在调压系统入口处设置油水分离器。 燃气进入调压器应经过过滤器过滤其中的固体杂质。 在调压系统容易聚集杂质的设备、附件或弯头附近，应设吹扫管；在设备和管道的最高点设放散管；在安全阀或安全水封上设独立的放散管。,11.2.2供气管道系统设计的基本要求,一、燃气管道供气压力确定,宜采用的供气压力: 次中压（0.005MPap0.2MPa) 低压（p0.005MPa）,锅炉房燃气进口压力:,p=pr+p,燃烧器前的燃气压力,管道阻力损失,二、锅炉房燃气系统的管道,1.锅炉房燃气引入管道 从调压站到锅炉房的供气引入管一般采用单管。 当锅炉房对供气可靠度要求高或双气源供气时,可

11、采用双管引入（每根引入母管的流量按锅炉房总耗气量的70%考虑）。 引入总管应在锅炉房进口处设总快速关断阀，以便在锅炉房管道检修或事故时关断总气源。,引入管与锅炉供气管的连接可采用端部连接或中间连接。（锅炉台数超过4台时，最好采用中间连接，以保证各锅炉的供气压力相近）。,当调压站进气压力大于0.3MPa，调压比又较大时，为防止调压站噪声沿供气管道传入锅炉房，调压站至锅炉房之间应有1015m的管道埋地敷设。,.锅炉房燃气管道 锅炉房内燃气管道和附件应明装，便于检修和维护，且不能装在有高温或危险的地方。 当锅炉房内锅炉台数较多时，供气管道应分段设置，每段供应23台锅炉，各段之间有阀门隔开。 每台锅炉

12、的供气支管上应设关闭阀、快速切断阀、流量调节阀、压力表和放散管.,3.吹扫管和放散管道 锅炉房内燃气管道系统应设置吹扫放散管道。 锅炉在长期停用后重新使用前，必须对燃气管道进行吹扫放散，以排出混合气体；在锅炉停用检修之前（切断气源后），也必须将管道内的燃气排出，以保证检修安全。 吹扫系统可设专门惰性气体（二氧化碳、氮气）或水蒸气吹扫管道，也可在燃气管道上设置吹扫点。,吹扫点应设在容易聚集杂质的设备、附件或弯头附近。放散管应引至室外安全地点。,11.3 燃油供应系统设计,11.3.1 燃油输送系统 分为铁路油罐车运输、汽车油罐车运输、油船运输和管道输送等四种方式。,1、燃油的运输：,2、卸油方式

13、 （1）上卸系统：可采用虹吸自流卸(图a）或泵上卸（图b）。适用于下部卸油口失灵或没有下部卸油口的罐车。,1-油罐车；2-上卸油鹤管； 3-加热鹤管；4-蒸气阀门； 5- 蒸气阀门； 6-上卸油阀门； 7-蒸气阀门；8-下卸油阀门； 9-下卸油管接头；10-蒸气干管 11-集油管；12-上卸油阀门； 13-管接头；14-移动泵,（2）下卸系统：根据卸油动力的不同分为泵卸油系统和自流卸油系统。 a)自流卸油系统：当油罐车的最低油面高于贮油罐的最高油面时可采用。有敞开式下卸系统和封闭式下卸系统两种。,敞开式下卸系统：卸油口流出的油，经导油槽、集油沟、导油沟流入贮油罐。 1-油罐车；2-导油槽 3-

14、集油沟；4-导油沟 5-地下式贮油罐,封闭式下卸系统：油罐车的出油口通过活动接头与油管联接，通过管道流入油罐。 1-油罐车；2-卸油软管 3-阀门；4-集油管； 5-导油管；6-管沟； 7-地下式贮油罐,b)泵卸油系统：当不能利用位差自流卸油时，可采用泵卸油系统将油从油罐车卸入贮油罐。 对于运输重油的油罐车，为便于卸车，需要对重油进行加热.,1-油罐车；2-卸油软管；3-阀门； 4-集油管；5-卸油管道；6-管沟； 7-卸油泵,11.3.2 锅炉房油管路系统 锅炉房油管路系统的主要任务是将满足锅炉要求的燃油送至锅炉燃烧器，保证燃油经济安全的燃烧。 其主要流程是：先将油通过输油泵从油罐送至日用油

15、箱，在日用油箱加热（如果是重油）到一定温度后通过供油泵送至炉前加热器或锅炉燃烧器，燃油通过燃烧器一部分进入炉膛燃烧，另一部分返回油箱。,图10-10 燃烧轻油的锅炉房燃烧系统 1供油泵；2卧式地下贮油罐；3卸油口（带滤网）；4日用油箱；5全自动锅炉,图10-11 燃烧重油的锅炉房燃油系统 1-卸油泵；2-快速接头；3-地上贮油罐；4-事故油池； 5-日用油箱；6-全自动锅炉；7-供油泵,11.3.3 燃油系统辅助设施,1、贮油罐 （1）贮油罐的容量 锅炉房贮油罐的总容量应根据油的运输方式和供油周期等因素确定。 火车和船舶运输：一般不小于20-30天的锅炉房最大消耗量；,一、油罐与油箱,汽车运输

16、：一般不小于5-10天的锅炉房最大消耗量； 油管输送：一般不小于3-5天的锅炉房最大消耗量。 重油贮油罐不应少于2个（对粘度较大的重油可在重油罐内加热，加热温度不应超过90 oc）。,（2）贮油罐的形式 按油罐的形状可分为立式油罐和卧式油罐；按布置方式可分为地下油罐、半地下油罐、地上油罐。 地下油罐：油罐的最高液面低于附近地面（距罐壁4m范围的地面)最低标高0.2m以上。,半地下油罐:油罐底埋入地下深度不小于罐高的一半,且罐内液面不高于附近地面最低标高2m 。 地上油罐:油罐底部在附近地面的最低标高以上或深度小于罐本身高度的一半 。,（a）立式贮油罐 一般采用圆形油罐，用于地上式布置。 a-进

17、油口； b-排气口; c-出油口 d-排油口 e-人孔,（b）卧式贮油罐 地上式卧式金属油罐,地下式卧式金属油罐：若埋入深度不受地下水位影响时，油罐（涂沥青防腐层）可直接埋于夯实并铺有不小于300mm厚砂垫层的罐坑内，地下油罐埋置后周围及罐顶均应回填200-300mm厚的砂层，然后再覆土（地下式卧式金属油罐覆土厚度不得超过1.0m）。人孔上方应设置不小于800mm800mm。,2、日用油箱 若室外油罐距离 锅炉房较远，或锅 炉需经常启动、停 炉，或因管理不便， 应在锅炉房内或就 近设置日用油箱。,日用油箱的容量一般应不大于锅炉房一昼夜的需用量（当设置在锅炉房内时其容量对重油不超过5m3，对柴油

18、不超过1m3）。 注意：室内油箱应采用闭式油箱；油箱上应有将油排至室外事故油箱的紧急排放管；应设置直同室外的通气管，通气管上装设阻火器和防雨设施；油箱上不应采用玻璃管式油位计；油箱应设置在专用房间内，严禁将油箱设置在锅炉或省煤器的上方。 日用油箱由于贮存时间短一般不考虑脱水设施（对重油应先在贮油罐内沉淀脱水，然后送入日用油箱。,二、炉前重油加热器,加热方式有直接加热和间接加热两种。 间接加热是油罐车带有下部蒸气加热套（蒸气、油不直接接触，油中不会浸入水分）。 直接加热是通过由上部人孔进入油中的蒸气管向油中喷射蒸气，适合于不带蒸气加热套的罐车加热。,三.燃油过滤器: 一般在供输油泵前的管道上、燃

19、烧器进口管安装过滤器。 常见的燃油过滤器：网状过滤器、片状过滤器和脏物过滤器。,泵前常采用网状过滤器； 燃烧器前宜采用片状过滤器； 脏物过滤器主要用于仪表阀门前。,四、油泵 1卸油泵:是将油罐车中的燃油输入贮油罐. 一般设置2台，其中一台备用。一般要求流量大、扬程低。（可选蒸汽往复泵、离心泵、螺杆泵或齿轮泵）。 2、输油泵:把燃油从卸油罐送到贮油罐或从贮油罐输送到日用油箱。当用于从贮油罐往日用油箱输送燃油时，其容量不小于锅炉房小时最大耗油量的110%。 不应少于2台，其中一台备用。通常采用螺杆泵或齿轮泵，也可选蒸汽往复泵、离心泵。,3、供油泵:把燃油送到锅炉燃烧器。要求流量小、压力高，且油压稳

20、定。（中小型燃油锅炉房一般采用螺杆泵和齿轮泵） 集中设置时不应少于2台，当其中一台停止运行时，其余的总容量不应少于锅炉房最大计算耗量和回油量之和。,五、呼吸阀 安装在轻油罐上,维持罐内压力正常,防止油罐变形;使燃油与外界空气隔绝,防止轻油挥发。当罐内压力过高或过低时,呼吸阀打开,释放罐内气体或吸入外界空气。 常用呼吸阀:全天候呼吸阀、防火安全呼吸阀和阻火透气帽。 全天候呼吸阀：可在各种气候条件下使用。 防火安全呼吸阀：由阻火器和呼吸阀两部分组成，具有防火和呼吸两种功能。 阻火透气帽：是在呼吸阀顶帽中间设置阻火阀，主要用于小型油罐。,1负压通风：在烟囱前装引风机，用于克服烟，风道的全部阻力。适用

21、于小容量，烟风系统阻力不大的锅炉，漏风大。 2. 正压通风：只装送风机，用于克服全部烟风道阻力，在燃油燃气锅炉上应用 。,11.4 锅炉通风设计,11.4.1 通风方式,3平衡通风：送风机用于克服从风道入口到进入炉膛（包括空预器，燃烧设备和燃料层）的全部风道阻力。引风机用于克服从炉膛出口到烟囱出口（包括炉膛出口负压，锅炉防渣管及以后各部分受热面和除尘设备）的全部烟道阻力，（主要的通风方式），炉内和烟道处于负压。,11.4.2风机的选择和烟、风道布置,一、 风机的选择计算 风机的主要参数：流量、压头。,1.计算流量: 引风机的计算流量:,引风机前的烟气侧压力,送风机的计算流量:,2.计算压头:,

22、引风机的计算压头: Hj=2. Hy 式中： Hy锅炉烟道的全压降（pa) 2 压头储备系数，取2 =1.2。,送风机的计算压头: Hj=2. Hk 式中： Hk锅炉风道的全压降（pa）； 2 压头储备系数，取2 =1.2。,锅炉烟道全压降的计算:,烟道的自生风计算:,式中H-所计算烟道初、终截面之间的垂直高度差，（m）（为绝对值）；（即当烟气向上流动时，hzsy为正；当烟气向下流动时， hzsy为负）。 总的自生通风力：,烟道流动阻力计算和烟囱流动阻力包括： 沿程摩擦阻力 hmc 横向或纵向冲刷管束的阻力hhx 局部阻力 hjb 烟道总流动阻力Hsly :即从炉膛出口到引风机前的所有烟道和受

23、热面及除尘设备流动阻力的累加.,折算到风机厂设计条件(p0=101325pa，引风机的温度2000C）的压头为：,锅炉风道全压降的计算:,风道总流动阻力HslK :冷风道、空气预热器、热风道和燃烧设备等流动阻力的累加.,锅炉风道中仅对二个区段计算自生风： 空预器段：计算高度等于冷空气进口和热空气出口的标高差。 热风道段：计算高度等于空预器出口到炉室入口（即燃烧器的轴心或炉排面）的标高差。,即风道的总自生风（未装空预器的不计算此项）,折算到风机厂设计条件（p0=101325pa，送风机的温度200C）的压头为：,11.4.3通风系统的烟囱设计,一、烟囱高度的确定原则,1.原则： (符合现行国标）

24、即满足当地环保规定的条件下，满足锅炉通风的要求。 （1）工业“三废”排放施行标准 （2）工业企业设计卫生标准 （3）锅炉大气污染物排放标准 （4）大气环境质量标准,2.机械通风时烟囱高度的确定,机械通风时,风、烟道阻力由送、引风机克服（平衡通风）。因此，烟囱的作用主要不是用来产生引力，而是使排出的烟气符合环境保护的要求。 （1）烟囱高度按锅炉房总容量确定（针对煤和重油）,说明:(a)锅炉房总容量大于28MW(40t/h)时,烟囱高度不得低于45m。,（c）对于以燃煤或重油的每个新建锅炉房只能设一个烟囱。,（d）对于燃气或燃轻柴油的锅炉房，烟囱高度应按批准的环境影响报告书要求确定，但不得低于8m

25、。,（b）新建锅炉房周围半径200m内有建筑物时，烟囱应高出最高建筑物3m 以上。,（2）按烟尘和二氧化硫允许排放量校核烟囱高度,3.自然通风时烟囱高度的确定,对于采用自然通风的锅炉房,烟道的全部阻力要依靠烟囱的引力(即自生风力),此时烟囱的高度必须满足下式的要求:,采用自然通风的锅炉,烟囱高度应使其产生的抽力克服锅炉本体及烟道的全部阻力外,并能保证炉膛出口有40-80pa的负压(对平衡通风而言),二、烟囱直径的计算,1.出口内径,2.砖烟囱底部(进口)直径,设计时应根据冬、夏季负荷分别计算。如负荷相差悬殊，则应首先满足冬季负荷要求.,三、高层建筑的烟囱布置,（1）高层建筑锅炉房的烟囱一般是做

26、成附壁烟囱或布置在管井内，其位置应使燃烧装置的燃烧不受干扰，排烟通畅。 设计中应尽可能在建筑的拐角或有遮挡的部位，并与建筑立面相协调(但实际中可能很难与建筑主体协调,并且还存在若设计或施工上的问题容易造成烟囱和建筑墙面开裂等(主要针对燃煤锅炉),1.烟囱布置要求,（2）烟囱顶部应高出屋顶表面，其垂直距离为1m以上；当建筑物顶上有开口部位时，烟囱与之水平距离应在3m以上，烟囱出口处应有防风避雨的遮挡装置； （3）烟囱的保温或支撑物不得使用可燃材料；,（4）烟囱的常用材料为钢筋混凝土、钢板等，有些高层建筑锅炉房的烟囱采用不锈钢材质，美观耐用，但其价格较贵。设计中应根据实际情况进行综合分析比较后确定

27、烟囱形式。,2、高层建筑群内独立锅炉房烟囱布置 高层建筑群内锅炉房烟囱布置通常有两种形式： 1)沿附近高层建筑的外墙或内墙布置； 2)独立布置。 独立布置的烟囱其高度应满足锅炉大气污染物排放标准的规定。并应避免附近高层建筑的风压带对烟囱排烟的不良影响，烟囱高度应超出风压带。,3、高层建筑锅炉房排烟系统阻力平衡措施 高层建筑锅炉房排烟系统设计中，由于锅炉房位置和烟囱受到建筑总平面布置的约束，出现两种情况： 第一种情况，锅炉位于底层，烟囱位置靠近锅炉，烟囱抽力大于烟道阻力，造成锅炉负压太大；第二种情况，锅炉远离烟囱，有较长的水平烟道，阻力大，造成烟气阻滞或排烟不畅。,（1）平衡锅炉负压太大措施 1

28、）减少烟囱及烟道尺寸，增加排烟阻力； 2）在烟道或烟囱上加抽风控制器，吸入一部分空气混进烟气，增加排烟阻力。,（2）克服排烟阻力过大的措施 1）提高锅炉微正压； 2）加装烟气引射器 在锅炉房烟道中插入一段特殊形状的烟管（文丘里管引射装置），采用压缩空气喷射引流烟气； 3）增加引风机 由于目前小型燃气燃油锅炉排烟温度高（一般为230左右），选用耐温低压头的引风机产品有困难，需要解决引风机产品。,一水中的杂质及危害,1 天然水中的杂质,（1）悬浮物：悬浮在水中的固体或液体物质（可通过滤纸分离出来，10-4mm以上），包括动植物残渣，油脂，粘土，泥沙和其它一切不溶性物质。,（2）胶体：是许多物质分子

29、和离子的集合体，主要是铁、铝、硅、铬等的化合物（粒径在10-610-4mm，通过滤纸不能分离）。,（3）溶解物:主要是溶于水中各种盐类（多以离子状态存在水中，如Ca+、Mg + 、Na +、K +、H + 、Cl - 、SO4 - - ，它们十分稳定,颗粒小于10-6mm ）和一些溶解气体（主要为氧气和二氧化碳）。,11.5 冷热源水处理系统,11.5.1 水中的杂质和水质指标,2 危害 （1）热力设备的结垢 （2）热力设备的腐蚀 （3）过热器及蒸汽管道的积盐,二水质指标,1.悬浮固形物：即水通过滤纸后被分离出来的固形物，经干燥至恒重。以一升水中含固形物的毫克数来表示，（mg/L）。,2.溶解

30、固形物：看作水中溶解的全部盐类的总含量，（ mg/L ）。,(1) 暂时硬度:(即碳酸盐硬度)指每升水中含钙、镁的重碳酸盐的毫摩尔数 .(天然水中钙、镁的碳酸盐硬度的含量很少） （Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2，加热至沸腾后能转变成沉淀物析出）.,3.硬度（H）：指溶于水中能够形成水垢的物质钙、镁的含量。水中Ca2+、Mg 2+离子的总含量称为总硬度（ mmol/L ）。,（2）永久硬度：（即非碳酸盐硬度CaCl2、 MgCl2 、CaSO4、 MgSO4 ），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。 总硬度=暂时硬度+永久硬度,4.碱度（A）：指水中含有碱性物质

31、的多少。,天然水的碱度: 水中主要含HCO3-（重碳酸根）， CO32 - （碳酸根），还有 SiO3 2 - 硅酸根的盐类组成。 天然水中不能同时有（OH - ）和HCO3-，因为,炉水中的碱度：水中含PO4 3 - （磷酸根）和OH - （氢氧根）。 碱度即表示上述阴离子的总含量（mmol/L）。,水中暂时硬度：由钙、镁与CO3 2 -及HCO3-形成的盐类，也属于水中的碱度（亦称暂硬碱度）。,如:钠盐碱度（Na2CO3,次之NaHCO3 ）(亦称负硬度) ：可以除去水中相应的永硬（如CaSO4硫酸钙）（负硬度=总碱度-暂时硬度）,水中所含的各种硬度和碱度的关系： 当总硬度H 总碱度A时：

32、 H暂=A（总碱度）; H永=H（总硬度）- A（总碱度） 钠盐碱度=A（总碱度）- H暂（暂时硬度）=0 。,当总硬度H =总碱度A时： H暂=A（总碱度）= H（总硬度）; H永=H- A=0 钠盐碱度=A（总碱度）- H暂（暂时硬度）=0 当总硬度H 总碱度A时： H暂= H（总硬度）; H永=H- H暂=0 钠盐碱度= A（总碱度）- H暂（暂时硬度）,这种水质,可加热除垢(除去暂硬),不断排污（控制碱度）,若排污率小于10%,则不用进行水处理.,5.相对碱度:指锅水中游离的NaOH和溶解固形物之比值.,游离的NaOH:指水中氢氧根折算成NaOH的含量.,相对碱度是防止锅炉苛性脆化的一

33、项技术指标，规定其值必须小于0.2。,锅炉苛性脆化：即在金属晶粒之间的腐蚀(是一种无任何变形的破坏),最初表现为肉眼看不见的细小裂纹,不易引起注意。常发生在锅炉汽包等设备的铆接或胀接管缝隙处。,6.PH值: 指水的酸碱性程度。 当PH=7时，水呈中性; PH，水呈碱性,锅炉给水:要求PH. 锅水（即炉水）:PH值控制在1012.,7. 溶解氧（含氧量）：表示溶于水中的氧气含量，以一升水中含有氧气的毫克数表示(Mg/)。,锅炉额定蒸发量大于等于6t/h(单台)时应除氧。 额定功率大于等于4.2MW的承压热水锅炉给水应除氧;额定功率小于4.2MW的承压热水锅炉和常压热水锅炉给水应尽量除氧.,8.磷

34、酸根（3-） 作为锅水的一项控制指标，为消除锅炉给水带入汽锅的残留硬度，或为防止汽锅内腐蚀，可向锅内加入一定量的磷酸盐。,磷酸盐可在金属表面形成保护膜。加入量太大，形成浪费，且使炉水含盐量增加；太小，起不到作用。,9.含油量： 天然水一般不含油，可是蒸汽的凝结水或给水在使用过程中有可能混入油类。 锅水含油及碱类等物质，在水位表面易形成泡沫层，使蒸汽带水量增加，影响蒸汽品质，因此也规定了锅炉给水的含油量。,蒸汽锅炉：锅外处理：（）给水水质指标 （）锅水水质指标 锅内加药处理：水质指标 热水锅炉： 锅内加药处理 锅外化学处理,蒸汽锅炉锅外化学水处理的水质指标,热水锅炉的水质指标,锅内加药处理的锅炉

35、水质指标,例：某水质分析 总硬度：4.6 mmol/L 总碱度: 4.0 mmol/L 永久硬度:0.6 mmol/L 暂时硬度:4.0 mmol/L 溶解固形物:3.1g/L PH: 7.5,工业锅炉水处理的主要任务：软化、除氧和除碱。,水处理的方法: 锅内处理和锅外处理。（以锅外处理采用得最为普遍和有效）,离子交换水处理，即原水通过离子交换剂时，水中的Ca2+、Mg 2+、 HCO3-等，即可被离子交换剂吸收或被转换成沉淀性的盐类和气体，从而使水达到软化或除碱的目的。,11.5.2 离子交换原理,工业锅炉房采用的离子交换剂主要是：人造有机质的磺化煤和合成树脂。,磺化煤 ：是碎的烟煤经浓硫酸

36、硫化处理后形成的 。 缺点：交换容量小，化学稳定性差，特别对碱性强的水，抵抗力差，机械强度不高，易碎。,合成树脂 ：化学方法合成制成 。 优点：合成树脂内部具有较多的孔隙，故交换能力大；机械强度和工作稳定性都较好，已广泛采用。,一钠离子交换原理,钠离子交换剂：NaR（R-复合阴离子根）,反应结果：水中的钙、镁盐类都变成了钠盐，即除去水中的硬度；原水中的重碳酸盐硬度均变成了钠盐碱度，水的碱度保持不变。（即钠离子交换，只能软化水，但不能除碱）,失效后的钠离子交换剂，要用浓度为58%的食盐水溶液进行还原（也称再生），使离子交换剂重新变成NaR。,二、氢-钠离子交换系统,氢离子交换剂：HR,反应结果：

37、经氢离子交换，原水中的碳酸盐硬度均变成了水和二氧化碳，即消除硬度的同时也降低了水的碱度和盐分；非碳酸盐硬度转变为游离酸，（由于形成酸性水，故氢离子交换器及其管道要有防腐措施，处理后的水也不能直接进入锅炉）。 通常氢离子交换与钠离子交换联合使用（即氢-钠离子交换），使氢离子交换后产生的游离酸与经钠离子交换后生成的碱相互中和，进一步达到除碱作用.,三、铵-钠离子交换系统,铵离子交换剂：NH4R,铵-钠离子交换: 使铵盐受热分解所生成的酸与经钠离子交换后生成的碱相互中和，既消除了酸,又降低了锅水中的碱度.,当阳离子交换剂失效后,用铵盐液再生使之成为铵 型离子交换剂(NH4R)。,注意：用硫酸铵（(N

38、H4)2SO4）作还原剂时，取浓度为2.5%-3.0%;以氯化铵(NH4)Cl) 为还原剂时,其浓度不受限制.,11.5.3 离子交换设备,一、固定床钠离子交换设备及运行,钠离子交换器的运行通常分四个步骤，从交换失效后算起为： 反洗，再生，正洗和交换。,1.顺流式再生,交换运行时的水流方向 与再生还原液运动方向 是一致的,通常由上向下流。,（1）反洗：交换器中的交换剂失效后，常用水自下而上进行短时间的强烈反洗。,目的：a.松动交换剂层； b.清除交换剂上层中的悬浮物，碎粒，汽泡 。（由左侧的排水管排出）,反洗一直进行到出水不浑为止，一般需min。,（2）还原（再生）：可使失效的离子交换剂恢复其

39、软化能力。 钠离子交换器的还原液为食盐水，盐水的浓度一般以为宜。 若采用分段还原：则先用浓度的盐水还原,再用浓度的盐水还原，可提高还原效果，降低盐耗。还原速度一般为m/h 。,（3）正洗：可清除残余的再生剂和再生产物（CaCl2，MgCl2）。钠离子交换器的正洗速度m/h，正洗时间min。,顺流再生时，正洗水是由交换器上进下出，通常正洗过程的后期阶段，将含有盐分的正洗水送入反洗水箱储藏起来，供下次反洗时使用，可节约交换器的自身用水量和再生时的盐耗量。,（4）交换： 经清洗合格后的离子交换器，可投入交换运行。 水流速度：根据原水水质、交换剂的性质选择。,原水总硬度（mmol/L） 2.5 5.3

40、 8.9 14 磺化煤 : 采用的水速(m/h) 25 15 10 5 合成树脂 : 采用的水速(m/h) 1520,2.逆流式再生 再生液从交换器下 部进入，上部排出，与 交换（软化）运行时的 水流向相反。 （优点：出水质量高 ，盐耗低。）,逆流再生离子交换器运行步骤： （）小反洗：在交换器失效并停止运行时，将反洗水由中间排水装置引进，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。 小反洗水速：m/h以下（以出口水中无外逸的树脂为度）,洗至出水清澈为止。,（2）排水：小反洗结束后，待压实的颗粒下降后，开启空气阀和再生流出口阀，放掉中间排水装置上部的水。 （3）顶压

41、：如采用压缩空气顶压时，可从交换器顶部送入压缩空气，以防止乱层。,（4） 进再生液：从交换器下部送入。有顶压时，再生液送入速度为56m/h；无顶压时，采用低速送入（1.62m/h）。 （5） 逆流冲洗： 有顶压时：将逆洗水从交换器下部送入，进行逆流冲洗：逆流水的流速仍保持56m/h，逆流冲洗时间：3040min。 无顶压时：采用的冲洗速度与低流速再生时的流速相同。,（6）小正洗：停止逆流冲洗和顶压，从顶部进水，中间排水装置放水，以清洗渗入压实层及压实层上部的再生液，为时约10min左右。 （7）正洗：用水由上而下进行正洗，正洗流速为1520m/h，直至出水符合给水标准，即可投入运行。,一般逆流

42、式再生离子交换器在运行20个或更长周期后，进行一次大反洗。反洗流速1820m/h，时间为1520 min 。以除去交换剂层中的污物和破碎的交换剂颗粒。 大反洗从底部进水，废水由交换器顶部排水放掉，大反洗松动了整个交换剂层，故大反洗后第一次再生时，再生剂耗量应加大0.51倍以上.,说明: 1.当原水硬度mmol/时，建议采用双级钠离子交换系统。 第二级交换器：由于进水中要除去的离子浓度很低，故交换剂的高度可较小（一般.m左右），运行时可用较高的流速，一般为m/h。,二、氢-钠离子交换系统 （1）并联系统：必须计算水量比例，才能避免氢、钠交换器的混合水呈酸性。实际计算水量分配时，总是使混合后的软水

43、仍带一点碱度（残留碱度通常控制在0.3 0.5mmol/L).,(2)串联系统:部分原水进氢离子交换器,全部的水最后都要通过钠离子交换器,所以设备的投资比并联系统高,但不会出现酸水,系统的可靠性要好。,三. 铵-钠离子交换系统 1)系统形式: 并联、混合式。 2）与氢-钠交换效果的区别：铵离子的除碱及除盐效果，必须在软水受热后才呈现；铵离子交换处理的水受热后会产生氨气，在有氧条件下对铜制设备有腐蚀；并联铵-钠系统不需要除气器（经钠离子交换的水，在未受热前不会生成CO2）。,四、部分钠离子交换、部分氢离子交换系统 1.部分钠离子交换： 原水一部分通过钠离子 交换后的软水与另一部 分原水相混合。（

44、锅内 和锅外相结合的水处理 方法） 用碱平衡来确定经过 钠离子交换后软水中的 碱量。,2.部分氢离子交换：（当原水碱度大于硬度时, 采用此种水处理方法） 经过氢离子交换的那部分原水被除硬、除碱后生成的二氧化碳及酸，再与另一部分原水相混合除去原水中的多余碱度。过程中生成的CO2可装脱气器除去。保持混合水有一定的残碱。,11.5.4 其它水处理方法,一、锅内钠盐水处理(俗称:加碱法) 即在锅炉的给水中加入钠盐碱，最常用的是纯碱（Na2CO3）、火碱（NaOH）及磷酸三钠（ Na2PO4）。 （1）锅内加碳酸钠（ Na2CO3 ）,纯碱在锅水中随压力不同会部分水解成氢氧化钠： OH-增加，即锅水中的

45、CO32-减少，为保持锅水中CO32-的浓度，须投放更多的纯碱，因而锅水中的OH-过高，并造成碱性腐蚀，故用纯碱（Na2CO3）作为水处理药剂只适合于工作压力小于1.5MPa的锅炉。,（2）锅内加磷酸三钠（ Na2PO4） 锅炉工作压力超过1.5MPa，为防止锅水的碱度过高，通常采用磷酸三钠。,锅水中的钙、镁离子与磷酸根离子（PO4 3 -）化合生成溶解度很小的钙、镁磷酸盐沉淀，可随排污水排出 。同时，当锅水保持一定的磷酸根浓度时，可在锅内金属表面形成保护膜，能防止腐蚀。（磷酸钠的加药量按磷酸根（PO4 3 -）的浓度指标来控制）,二、物理水处理,常用: 有磁化法和高频水性改变法两种。,电子水

46、处理器,纯物理方法，在未改变水的化学成份的基础上，通过改变水的物理结构而达到除垢防垢目的，同时兼具杀菌、灭藻、延缓管路腐蚀，减轻黄水、黑水现象等功能，广泛应用于空调、采暖、生活热水及工业生产等水温较低的冷热源系统中。,11.5.5 水的除气,水中溶解的气体有氧气和二氧化碳，是造成锅炉金属壁腐蚀的主要原因，特别当炉水PH值较低时更加严重。 除氧方法：热力除氧、真空除氧、化学除氧和解吸除氧。,一、热力除氧 工业锅炉广泛采用大气式热力除氧器，即除氧器工作时，其内保持略高于大气的压力（一般为0.020.025MPa表压力，在此压力下的饱和温度为1021040C）,当水加热至饱和温度时，水中的溶解气体可

47、随水蒸汽逸出。,二、真空除氧 真空除氧的原理与设备结构与热力除氧相似，它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。 除氧器的真空可借蒸汽喷射泵或水喷射泵来达到。当除氧器内真空度保持在80kPa，而相应的水温为60时，水的溶解氧含量可达0.05mg/L，达到供热锅炉给水标准。,真空除氧比大气式热力除氧有以下优点： 可以不用蒸汽； 锅炉给水温度低，便于充分利用省煤器，降低锅炉排烟温度。 它与热力除氧一样，要考虑给水泵的气蚀问题，因此除氧水箱都必须放在一定的标高位置上，这就给小型锅炉房的布置带来一定的麻烦。,三、解吸除氧 就是将不含氧的气体与要除氧的软水强烈混合，软水中氧就大量扩散到无氧

48、气体中去，从而使软水的含氧量降低，达到除氧的目的。,11.5.6 锅炉的排污系统及排污量计算,控制锅炉炉水的水质，可采用排污的方法。 一排污方式 （）连续排污：排除锅水中的盐份。 锅筒蒸发的附近（双锅筒的锅筒则为上锅筒）的盐份浓度较高，排污管就设在低水位下面。 （）定期排污：排除锅水中的水渣（松散性沉淀物），也可排除盐份，故定期排污管放在锅筒底部（或下锅筒底部）。小型锅炉上通常只装定期排污管。,二排污量的计算 排污量的大小，和给水品质直接相关，给水的碱度及含盐量越大，锅炉所需的排污量越多，排污量计算可按含碱量的平衡关系进行。,排污率取P1和P2中的较大值。一般供热锅炉的排污率应控制在10%以下。（当排污率大于10%，给水不仅要软化，而且要除碱。）,当供热系统中的凝结水回收返回锅炉房时，则给水的含盐量：,