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    锅炉用水

                                                        锅炉用水
    蒸汽锅炉的运行目的:
      口安全运行。
      口最大燃烧和热传导效率。
      口最少的维修。
      口工作寿命长。
        锅炉中用于产生蒸汽的水的质量对满足这些目的有深远的影响。
    锅炉要求在下列标准下运行:
      口不结水垢一如果水硬度较高而且不用化学的方法加以控制,这时加热表面就会结垢,降低传热和效率
        一就必须频繁清洗锅炉。在极端情况下,局部发生过热,导致机械损坏甚至炉管破裂。
      口无腐蚀和化学侵蚀一如果水中溶解了气体,特别是氧气,锅炉换热表面,管道和其它设备就很可能
        发生腐蚀。
        如果水中的p日值太低,酸溶液将侵蚀金属表面。如果p日值太高,水是碱’}生的,就可能发生其它问题如发泡。
        必须防止腐蚀性脆化或腐蚀裂纹以避免金属失效。脆化和裂纹是氢氧化钠浓度太高引起的。老式的铆接锅炉更容易受到这种破坏的影响,但是在现代焊接锅炉的管端仍然要小心这个问题。
    高质量的蒸汽
        如果锅炉给水中的杂质不能被适当的处理,就会发生锅炉水被携带进入蒸汽系统。这样就会导致蒸汽系统很多问题,如:
      口控制阀表面污染一影响控制阀的工作并降低其性能。
      口污染过程设备的换热表面一增加热阻、降低传热效率。
      口阻塞疏水阀排放孔一减少疏水阀排量,而且最终导致设备积水,降低输出。
    蒸汽带水由两个因素引起:
        1.汽水共腾一炉水喷涌到蒸汽出口,一般是由于下列原因造成:
          一运行的锅炉水位太高。
          一锅炉运行压力比设计压力低,因而增加了离开水表面的蒸汽的比容和流速。
          一过多的蒸汽负荷。
        2.炉水发泡一在锅炉水面和蒸汽出口之间形成泡沫。泡沫越多,发生的问题越多。
        下面是发泡的迹象和后果:
          一水从玻璃管水位计的蒸汽连接处滴流落下,使得很难准确确定水位。
          一水位探头、浮球和差压室很难准确确定水位。
          一听见报警,而且燃烧器甚至可能‘联锁’。在重新启动前需要人工在锅炉控制面板上重新设=定。
        由于锅炉内发泡这些问题可能完全或部分发生。但是因为发泡是锅炉水所独有的特性,需要更好的理免犯发泡本身:
        表面的定义一一杯啤酒的泡沫在液体的顶部,液体与泡沫的接触面可清楚的分开。在沸腾的液体中,
      口液体表面是模糊的、不断变化的,容器底部的一些小蒸汽泡到顶部变成了大蒸汽泡。
        搅动增加发泡一对给定的蒸发量越小的锅炉越容易发生。较小的锅炉水的表面积较少,每平方米水表
      口面积释放蒸汽的速率增加。这就意味着水表面的搅动更剧烈。因此较小的锅炉更容易发泡。
      口硬度一硬水不发泡。但是锅炉水必须软化以防形成水垢,因此更倾向于发泡。
        胶状物质一炉水的污染物,带悬浮胶体的炉水,例如牛奶,会造成剧烈的发泡。注意:胶体颗粒的
      口直径小于0.0001 mm,能够通过标准的过滤器。
        丁DS浓度一随着炉水丁DS浓度的增高,蒸汽泡变得更稳定,而且更不容易破裂和分离。
    防止蒸汽带水的措施
        下列可供选择的办法可使炉水发泡降到最少:
      口运行一锅炉平稳运行非常重要。在恒定负荷和在设计参数范围内的锅炉运行,锅炉携带的水分可少于2%0
        如果负荷大幅快速的变化,炉内的压力大幅下降,锅炉内由于闪蒸蒸汽产生引发极端扰动的工况。更糟糕的是,压力的降低意味着蒸汽的比容增加,泡沫的成泡比例的增大。如果设备在正常情况下负荷变化就相当大,那么必须谨慎的考虑:
        一如果锅炉现装备的是开关水位控制,那就要考虑用连续比例调节的水位控制。
        一“溢流”控制,限制锅炉压力允许下降的程度。
        -一个蒸汽蓄热器(见本书第22部分).
        一“前馈”控制,使锅炉在高负荷前升到最大运行压力。
        一“}曼开”控制,在预先确定的期间内使设备并线。
      口化学控制一炉水中添加抗发泡剂。它们可使泡沫气泡破裂。但这些抗发泡剂对由悬浮物引起的发泡无效。
      口丁DS控制一必须权衡:
        一高丁DS以及伴随而来的运行经济性。
        一低丁DS使发泡最小化。
        安全一由于结垢导致过热,以及由于溶解气体产生腐蚀的危险很容易理解。在极端情况下,发泡、结
        垢和形成沉渣能导致锅炉水位控制装置感应不正确的水位,可能对人员和制程产生危险。外部水处理
        一般都知道对蒸汽锅炉尽可能在锅炉外对给水进行处理。
        从各种过程获得的,以典型的硬水供应为基础的处理水质量的总结见表3.9.2。这是外部水处理设备必须处理的水。
        外部水处理工艺如下:
      口反渗透一纯水被强制通过半渗透膜而剩下的杂质溶液排掉。
      口石灰、石灰/苏打软化一石灰软化,含水的石灰(氢氧化钙)与钙和镁的重碳酸盐反应生成可排除的
        软渣。这样就降低了碱性(临时)硬度。用石灰/苏打(苏打粉)通过化学反应软化降低了非碱性(永
        久)硬度。
      口离子交换一是迄今为止最广泛使用的水处理方法,用于生产饱和蒸汽的锅壳锅炉。这个模式着重于
        下列过程处理水:基本的交换,脱碱和脱矿。
    离子交换
        离子交换剂是不溶解材料,一般作成直径为0.5到1.Omm的树脂珠。树脂珠粒,通常以填充层的形式放在玻璃钢压力容器内。树脂是多孔和亲水的,就是说它们能吸水。在珠粒结构内含有活性基因能与之相反电荷的可进行交换的离子。这些可进行的离子能被类似的带电离子置换,这些带电离子来自树脂珠粒周围溶解于水的盐类。
    基本的交换软化
        这是最简单的离子交换形式也是应用最广泛的。首先使用7%到12%的盐水(氯化钠或普通的盐)流过树脂层来激活它,这样使树脂吸附了大量的钠离子。其后,要软化的水被泵送通过树脂层进行离子交换。钙和镁离子从树脂那里置换出钠离子,离开的水含有大量的钠盐。钠盐溶液在很高的浓度和温度下也不会在锅炉内形成有害的水垢。
        从图3.10.1,可以看到全部硬度离子被交换为钠离子。以钠离子为基础的交换软化没有减少总溶解固形物的含量(丁DS表示为尸尸M),也不改变P日值。所发生的交换是一种可能形成有害水垢的盐类置换为另一种无害的非水垢盐类。因为丁DS含量没有改变,树脂层的失效不能通过检测电导率的上升来发现(丁DS与电导率相关)。因此再生是以一个时间或水的总流量为基础的。
        软化器的运行成本相对便宜,能长期可靠的生产软化水。在至少有50%的冷凝水回收时,它们甚至可成功的用在高碱性硬度(临时)地区。如果很少或没有冷凝水回收,最好用更复杂类型的离子交换。
        有时石灰/苏打软化处理被用作基本离子交换之前的预处理。这样可减轻离子交换树脂的负荷。
    除碱
        基本交换软化的缺点是没有降低丁DS和碱度。这个问题可以通过预先去除碱度来克服,通常使用的设备是除碱器。
        有几种型号的脱碱器,最普通的类型见图3.10.2。实际上是3台设备为一套,一台除碱器,跟着是除气器,接着是基本的交换软化器。
    除碱器
        图3.10.3所示的系统有时被称为“分流”软化。由于除碱器产生的溶液是酸性的并将造成腐蚀,而且永久硬度将直接进入锅炉,因此除碱器不能单独使用,而必须与基本交换软化器一起使用。
        除碱设备可除去临时硬度如图3.10.3所示。当补给水比例非常高时一般使用该系统。
    除盐
        该过程实际上将去除水中所有的盐类。过程包括使生水通过阳离子和阴离子交换树脂(见图3.10.4 )。有时树脂可能被放在一个容器内就被称为“混合床”除盐。
        该过程实际上除去了所有的矿物质,并生产出高质量的水几乎不含可溶固体。除盐水可用于高压锅炉,如在发电厂。
        如果生水有大量的悬浮物将很快污染离子交换树脂,极大的增加运行成本。这时就需要一些生水预处理如澄清或过滤。
    外部水处理设备的选择
        见表3.10.1,一般总是想用除盐设备。但是每个系统都有投资成本和运行成本,如表3.10.2所示,加上各自工厂的需求需要评估。
    锅壳锅炉
        一般,锅壳锅炉能够承受相对高的丁DS浓度,而基本交换软化设备相对较低的设备投资和运行成本(见表3.10.2)通常成为首选。
        如果生水的丁DS浓度很高,而且/或者冷凝水回收率较低(小于40%),有一些选项需要考虑:一是石灰/苏打预处理,使碱性硬度如碳酸钙和氢氧化镁沉淀出溶液,然后从反应罐排出。二是除碱设备可减少供应到锅炉的水的丁DS浓度。
    水管锅炉
        水管锅炉不能承受高丁DS浓度,而且随着锅炉压力的增加要求的丁DS越低。这是由于以下原因:
      口水管锅炉在锅筒内的水表面积相对于蒸发量来说较小。
        这将导致单位水表面积蒸汽离开的速率非常高,而且流动紊乱。
      口水管锅炉一般蒸发量更高,也许超过1000 t/h。这就意味着即使很小的排污百分比也相当于一个很大
        的排污量。
      口水管锅炉一般工作压力更高,通常可到150 bar g。压力越高,排污水中包含的能量越高。
        高压也意味着高温。这就是说结构材料必须承受更高的热应力,并且运行在更接近它们的金属极限范围。甚至很少的水垢阻碍从管子到水传热,这都将造成管子过热。
      口水管锅炉通常有过热器。
        从蒸汽包来的干饱和蒸汽直接进入被置于炉膛最高温的区域过热器管道。任何蒸汽携带的炉水将使过热器管道内结垢,阻碍传热而造成非常严重的后果。
        上述因素意味着:
      口对这种类型的锅炉高质量的水处理是安全运行所必须的。
      口投资水处理设备使排污率减小到最少在经济上可行。
        在这种情况下,常常选择除盐处理或反渗透设备。
    总结
        当选择水处理设备时生水质量明显是一个重要的因素。尽管丁DS浓度将影响锅炉运行的性能,其它问题,如总碱度或含硅量有时更重要,甚至支配着对水处理设备的选择。

     

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