锅炉原理课件6-10章.ppt

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1、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610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

2、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

3、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2030Pa。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

4、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,

5、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

6、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

7、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.

8、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

9、速按表选取，水平烟道烟气流速不小于78m/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0.020.03 w2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4080Pa；机械通风时为2040Pa。2烟气流动水力总阻力 Pa,6.3 烟道阻

10、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

11、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,

12、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，0.020.03,6.6 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

13、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

14、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 GB92288水管锅炉受压元件强度计算；JB362284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

15、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，SD 2）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（

16、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、

17、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

18、,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

19、 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

20、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，mm2 F1起加强作用的焊缝面积，mm2 F2起加强作用的管接头多余面积，mm2 F3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

21、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。

22、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

23、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 Pa P

24、a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/s 1）为避免上升管入口段沉积泥渣，w0 不小于0.3 m/s 2）供热锅炉水冷壁的w0=0.42m/s，对流管束w0=0.21.5 m/s 2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

25、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=50200。,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

26、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0.60.8m/s;2）水平倾角不小于153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

27、水循环的可靠性；2）供热锅炉，P0.8MPa，循环回路高度不低于23m；P0.8MPa，循环回路高度不低于46m；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0.60.8m/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

28、管总截面积不小于上升管总 截面积的2535%；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

29、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

30、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0.60.8m/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0.60.8m/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

31、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10-4 mm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10-610-4mm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，

32、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(CaSO42H2O)的水溶解后；Mg2+：白云石(MgCO3CaCO3)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

33、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3050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23%左右（2）受热面的壁温大为增高，引起金属

34、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

35、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

36、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

37、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Na

38、OH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。6pH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68.5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pH7，而锅水的pH值通常控制在10127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

39、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 1mmol/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,3ppm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

40、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0.030.1mmol/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=

41、1时，还原1mmol所需的NaCl为43.5g；实际上，ny=2.53.5时，才能完全再生，一般采用指标 140200g/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

42、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0.51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0.60.8m/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

43、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102104。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

44、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

45、，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

46、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

47、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+Dbl kg/h扩容器的热平衡式 Dblhblf=Dfhf+Dblhf

48、kJ/h排污冷却器的热平衡式 Dhl(hf-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,Dbl hbl,Df hf,Dma hw,ma,hcw,bl,Dbl hf,hcw,ma,Dbl=Df+Dbl,Dblhblf=Dfhf+Dblhf,Dhl(hf-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

49、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

50、（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1025天的锅炉房最大计算耗 煤量；（2）汽车运煤时，为510天的锅炉房最大计算