冷熱源系統設計.ppt

第十一章 冷熱源系統設計,11.2 燃氣供應系統設計,11.1 燃燒計算,11.3 燃油供應系統設計,11.4 鍋爐通風系統設計,11.5 冷熱源水處理系統,11.1 燃燒計算,燃燒計算 是燃料系統設計、送風機和引風機設備選型的依據,11.1.1燃料燃燒所需的空氣量計算,一、 計算簡化假設 （1）所有氣體都當作理想氣體； （2）完全燃燒； （3）所有氣體容積單位為Nm3/ kg。（氣體燃料：Nm3/ Nm3 ）,二、空氣需要量的計算,理論空氣量VK0：1 kg（或1m3）收到基燃料完全燃燒而沒有剩余氧存在時所需的空氣量（ Nm3/ kg 或（m3/m3）。,過量空氣系數：,為了保證燃料能夠完全燃燒,實際送入爐膛的空氣量要大于理論空氣量.,過量空氣系數:,實際空氣量,對燃燒有影響的是爐膛出口過量空氣系數 l ”。 其最佳值與燃料種類、燃燒方式、燃燒 設備結構的完善程度等有關。運行中的最佳l ” 是通過燃燒試驗來確定的。,供熱鍋爐常用的層燃爐： l” 在1.3-1.6之間.,燃油、燃氣鍋爐： l” 在1.05-1.2之間.,實際空氣量:,VK = VK0,1.液體、固體燃料燃燒所需的理論空氣量,1 kg收到基燃料中的可燃成分：,碳完全燃燒的反應方程： C + O2 = CO2 12 kg 22.4 N m3 22.4 N m3,即：1 kg碳完全燃燒時，需要1.866 Nm3的氧氣，并產生1.866 Nm3的二氧化碳。,氫完全燃燒的反應方程 2 H 2 + O2 = 2H 2O 22.016 kg 22.4 N m3 2 22.4 N m3 即：1 kg氫完全燃燒時，需要5.55 N m3的氧氣，并產生11.1 N m3的水蒸氣。,硫完全燃燒的反應方程： S + O2 = S O2 32 kg 22.4 N m3 22.4 N m3 即：1kg硫完全燃燒時，需要0.7Nm3的氧氣，并產生0.7Nm3的二氧化硫。,即:1 kg燃料中可燃成分完全燃燒所需的氧氣量為：,而1 kg燃料中自身含 kg的氧氣,在標準狀態(tài)下的容積為:,故燃燒1 kg燃料所需外界供應的理論氧氣量為:,空氣中: VO2:VN2=21:79,1 kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量為:,L0=1.293 Vk0 (kg干空氣/kg燃料),2.氣體燃料燃燒所需的理論空氣量,任何碳氫化合物的反應式為:,當燃氣組成已知，可按下式計算標態(tài)下燃氣燃燒所需的理論空氣量：,11.1.2 燃燒生成的煙氣量計算,理論煙氣量 ：當燃料燃燒，供給理論空氣量(=1），且達到完全燃燒時，煙氣所具有的容積。,1. 理論煙氣的組成：,2. 實際煙氣量的計算,1) 完全燃燒，且（1） ,則煙氣的組成：,2) 燃燒不完全，且（1）,C 燃燒除了生成CO2外，還產生未完全燃 燒產物CO，也可能有未燃燒的氫和碳氫化 合物CmHn（含量少可忽略）。即認為不完 全燃燒產物只有CO。,二.氣體燃料的實際煙氣量,理論空氣的焓：1kg固體或液體燃料燃燒所需的理論空氣量，在等壓(通常為大氣壓)下從00C加熱0C到所需的熱量稱為理論空氣焓(H0k)。,11.1.3 煙氣和空氣的焓,煙氣的焓：1kg固體或液體燃料燃燒生成的煙氣量，在等壓（通常為大氣壓）下從00C加熱0C時所需的熱量稱為理論煙氣焓（Hy)。,空氣焓的計算： Hk0 = Vk0 (c）k kJ/kg Hk = Hk0 = Vk0（c）k kJ/kg 式中: Hk0 、Hk-理論空氣和實際空氣的焓(kJ/kg ）； （c）k -每Nm3干空氣連同帶入的水蒸氣在溫度為0C時的焓( kJ/ Nm3 ),煙氣焓的計算： 由熱力學:混合氣體的焓等于各組成氣體的焓之和.,11.2 燃氣供應系統設計,燃氣鍋爐房供氣系統，一般由調壓系統、供氣管道進口裝置、鍋爐房內配管系統以及吹掃放散管道等組成。,11.2.1鍋爐燃氣供應系統,包括：燃氣調壓系統和鍋爐房內燃氣系統。,一.燃氣調壓系統,(1)幾種常用的調壓系統: 分單路、多路，及單級、雙級調壓系統。,單路調壓系統：指安裝一個或兩個串聯調壓器的單管路系統。,多路調壓系統： 多個調壓器并聯安裝，調壓后燃氣集中輸出。,當鍋爐臺數較多或鍋爐房運行的最高負荷和最低負荷相差很大時，應考慮采用多路調壓系統。,常年運行的鍋爐房，應設置備用調壓器，備用調壓器和運行調壓器并聯安裝，組成多路調壓系統。,二級調壓系統: 是在系統中串聯 安裝了兩臺適當 的調壓器,經過兩 次降壓達到調壓 要求。,當調壓系統進出口壓力差不超過1.0Mpa，調壓比不大于20 時，采用單級調壓系統；否則用兩級調壓系統。,帶輔助調壓器的調壓系統：在經常工作的調壓器（主調壓器）旁并聯安裝的一臺小調壓器（輔助調壓器），當系統處于很低的負荷下運行，主調壓器不能正常工作時，可以保證系統調壓穩(wěn)定。輔助調壓器的通流能力一般按主調壓器通流能力的2530%來選擇。,帶監(jiān)視調壓器的調壓系統：作為一種備用調壓器。在正常運行時，它完全開啟；當工作調壓器失靈時，它投入工作，代替工作調壓器進行調壓，保持系統工作正常。 （監(jiān)視調壓器可安裝在工作調壓器的前面 或后面）。國內很少用,(2).調壓系統的選擇 使通過每臺調壓器的流量在其銘牌出力的10%90%范圍以內,并能適應鍋爐房負荷的變化,始終保持供氣壓力的穩(wěn)定性。,二.鍋爐房內燃氣系統 由外網或鍋爐房供氣干管來的燃氣經過調壓器調壓后，再通過兩個串聯的主電磁閥和一個流量調節(jié)閥進入燃燒器。,點火電磁閥：在主電磁閥之前引出點火管，點火管道上有關閉閥和兩個串聯的點火電磁閥，點火電磁閥由點火或熄火信號控制。 放散管：在主電磁閥和點火電磁閥之間設置。放散管上設置放散電磁閥。當主電磁閥關閉時，放散電磁閥自動開啟，避免燃氣漏入爐膛。,主電磁閥與鍋爐高低水位保護裝置、蒸汽超壓裝置、火焰監(jiān)測裝置以及鼓風機等連鎖。當鍋爐在運行中發(fā)生事故時，主電磁閥自動關閉，切斷供氣。鍋爐點火時，點火電磁閥打開，點火成功后主電磁閥打開。 流量調節(jié)：燃氣流量可根據鍋爐負荷變化情況由調節(jié)閥調節(jié)。,三.設計和確定燃氣輸送系統時, 應注意的其它技術問題: 在調壓器的總入口處，應設置能將氣源切斷的總關斷閥；在調壓器入口段，應設置放散管、壓力表；在每個調壓支管道的調壓器前后應設切斷閥；每臺調壓器的后面應設壓力表；在調壓器后的輸氣管或集氣箱上應設安全閥或安全水封；在管道和設備的最低處應設排水點。 調壓器應有旁通管，旁通管上應有切斷閥和調節(jié)閥。,若進入調壓系統前，燃氣中含有較多的油和水，則應在調壓系統入口處設置油水分離器。 燃氣進入調壓器應經過過濾器過濾其中的固體雜質。 在調壓系統容易聚集雜質的設備、附件或彎頭附近，應設吹掃管；在設備和管道的最高點設放散管；在安全閥或安全水封上設獨立的放散管。,11.2.2供氣管道系統設計的基本要求,一、燃氣管道供氣壓力確定,宜采用的供氣壓力: 次中壓（0.005MPap0.2MPa) 低壓（p0.005MPa）,鍋爐房燃氣進口壓力:,p=pr+p,燃燒器前的燃氣壓力,管道阻力損失,二、鍋爐房燃氣系統的管道,1.鍋爐房燃氣引入管道 從調壓站到鍋爐房的供氣引入管一般采用單管。 當鍋爐房對供氣可靠度要求高或雙氣源供氣時,可采用雙管引入（每根引入母管的流量按鍋爐房總耗氣量的70%考慮）。 引入總管應在鍋爐房進口處設總快速關斷閥，以便在鍋爐房管道檢修或事故時關斷總氣源。,引入管與鍋爐供氣管的連接可采用端部連接或中間連接。（鍋爐臺數超過4臺時，最好采用中間連接，以保證各鍋爐的供氣壓力相近）。,當調壓站進氣壓力大于0.3MPa，調壓比又較大時，為防止調壓站噪聲沿供氣管道傳入鍋爐房，調壓站至鍋爐房之間應有1015m的管道埋地敷設。,.鍋爐房燃氣管道 鍋爐房內燃氣管道和附件應明裝，便于檢修和維護，且不能裝在有高溫或危險的地方。 當鍋爐房內鍋爐臺數較多時，供氣管道應分段設置，每段供應23臺鍋爐，各段之間有閥門隔開。 每臺鍋爐的供氣支管上應設關閉閥、快速切斷閥、流量調節(jié)閥、壓力表和放散管.,3.吹掃管和放散管道 鍋爐房內燃氣管道系統應設置吹掃放散管道。 鍋爐在長期停用后重新使用前，必須對燃氣管道進行吹掃放散，以排出混合氣體；在鍋爐停用檢修之前（切斷氣源后），也必須將管道內的燃氣排出，以保證檢修安全。 吹掃系統可設專門惰性氣體（二氧化碳、氮氣）或水蒸氣吹掃管道，也可在燃氣管道上設置吹掃點。,吹掃點應設在容易聚集雜質的設備、附件或彎頭附近。放散管應引至室外安全地點。,11.3 燃油供應系統設計,11.3.1 燃油輸送系統 分為鐵路油罐車運輸、汽車油罐車運輸、油船運輸和管道輸送等四種方式。,1、燃油的運輸：,2、卸油方式 （1）上卸系統：可采用虹吸自流卸(圖a）或泵上卸（圖b）。適用于下部卸油口失靈或沒有下部卸油口的罐車。,1-油罐車；2-上卸油鶴管； 3-加熱鶴管；4-蒸氣閥門； 5- 蒸氣閥門； 6-上卸油閥門； 7-蒸氣閥門；8-下卸油閥門； 9-下卸油管接頭；10-蒸氣干管 11-集油管；12-上卸油閥門； 13-管接頭；14-移動泵,（2）下卸系統：根據卸油動力的不同分為泵卸油系統和自流卸油系統。 a)自流卸油系統：當油罐車的最低油面高于貯油罐的最高油面時可采用。有敞開式下卸系統和封閉式下卸系統兩種。,敞開式下卸系統：卸油口流出的油，經導油槽、集油溝、導油溝流入貯油罐。 1-油罐車；2-導油槽 3-集油溝；4-導油溝 5-地下式貯油罐,封閉式下卸系統：油罐車的出油口通過活動接頭與油管聯接，通過管道流入油罐。 1-油罐車；2-卸油軟管 3-閥門；4-集油管； 5-導油管；6-管溝； 7-地下式貯油罐,b)泵卸油系統：當不能利用位差自流卸油時，可采用泵卸油系統將油從油罐車卸入貯油罐。 對于運輸重油的油罐車，為便于卸車，需要對重油進行加熱.,1-油罐車；2-卸油軟管；3-閥門； 4-集油管；5-卸油管道；6-管溝； 7-卸油泵,11.3.2 鍋爐房油管路系統 鍋爐房油管路系統的主要任務是將滿足鍋爐要求的燃油送至鍋爐燃燒器，保證燃油經濟安全的燃燒。 其主要流程是：先將油通過輸油泵從油罐送至日用油箱，在日用油箱加熱（如果是重油）到一定溫度后通過供油泵送至爐前加熱器或鍋爐燃燒器，燃油通過燃燒器一部分進入爐膛燃燒，另一部分返回油箱。,圖10-10 燃燒輕油的鍋爐房燃燒系統 1供油泵；2臥式地下貯油罐；3卸油口（帶濾網）；4日用油箱；5全自動鍋爐,圖10-11 燃燒重油的鍋爐房燃油系統 1-卸油泵；2-快速接頭；3-地上貯油罐；4-事故油池； 5-日用油箱；6-全自動鍋爐；7-供油泵,11.3.3 燃油系統輔助設施,1、貯油罐 （1）貯油罐的容量 鍋爐房貯油罐的總容量應根據油的運輸方式和供油周期等因素確定。 火車和船舶運輸：一般不小于20-30天的鍋爐房最大消耗量；,一、油罐與油箱,汽車運輸：一般不小于5-10天的鍋爐房最大消耗量； 油管輸送：一般不小于3-5天的鍋爐房最大消耗量。 重油貯油罐不應少于2個（對粘度較大的重油可在重油罐內加熱，加熱溫度不應超過90 oc）。,（2）貯油罐的形式 按油罐的形狀可分為立式油罐和臥式油罐；按布置方式可分為地下油罐、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范圍的地面)最低標高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,且罐內液面不高于附近地面最低標高2m 。 地上油罐:油罐底部在附近地面的最低標高以上或深度小于罐本身高度的一半 。,（a）立式貯油罐 一般采用圓形油罐，用于地上式布置。 a-進油口； b-排氣口; c-出油口 d-排油口 e-人孔,（b）臥式貯油罐 地上式臥式金屬油罐,地下式臥式金屬油罐：若埋入深度不受地下水位影響時，油罐（涂瀝青防腐層）可直接埋于夯實并鋪有不小于300mm厚砂墊層的罐坑內，地下油罐埋置后周圍及罐頂均應回填200-300mm厚的砂層，然后再覆土（地下式臥式金屬油罐覆土厚度不得超過1.0m）。人孔上方應設置不小于800mm800mm。,2、日用油箱 若室外油罐距離 鍋爐房較遠，或鍋 爐需經常啟動、停 爐，或因管理不便， 應在鍋爐房內或就 近設置日用油箱。,日用油箱的容量一般應不大于鍋爐房一晝夜的需用量（當設置在鍋爐房內時其容量對重油不超過5m3，對柴油不超過1m3）。 注意：室內油箱應采用閉式油箱；油箱上應有將油排至室外事故油箱的緊急排放管；應設置直同室外的通氣管，通氣管上裝設阻火器和防雨設施；油箱上不應采用玻璃管式油位計；油箱應設置在專用房間內，嚴禁將油箱設置在鍋爐或省煤器的上方。 日用油箱由于貯存時間短一般不考慮脫水設施（對重油應先在貯油罐內沉淀脫水，然后送入日用油箱。,二、爐前重油加熱器,加熱方式有直接加熱和間接加熱兩種。 間接加熱是油罐車帶有下部蒸氣加熱套（蒸氣、油不直接接觸，油中不會浸入水分）。 直接加熱是通過由上部人孔進入油中的蒸氣管向油中噴射蒸氣，適合于不帶蒸氣加熱套的罐車加熱。,三.燃油過濾器: 一般在供輸油泵前的管道上、燃燒器進口管安裝過濾器。 常見的燃油過濾器：網狀過濾器、片狀過濾器和臟物過濾器。,泵前常采用網狀過濾器； 燃燒器前宜采用片狀過濾器； 臟物過濾器主要用于儀表閥門前。,四、油泵 1卸油泵:是將油罐車中的燃油輸入貯油罐. 一般設置2臺，其中一臺備用。一般要求流量大、揚程低。（可選蒸汽往復泵、離心泵、螺桿泵或齒輪泵）。 2、輸油泵:把燃油從卸油罐送到貯油罐或從貯油罐輸送到日用油箱。當用于從貯油罐往日用油箱輸送燃油時，其容量不小于鍋爐房小時最大耗油量的110%。 不應少于2臺，其中一臺備用。通常采用螺桿泵或齒輪泵，也可選蒸汽往復泵、離心泵。,3、供油泵:把燃油送到鍋爐燃燒器。要求流量小、壓力高，且油壓穩(wěn)定。（中小型燃油鍋爐房一般采用螺桿泵和齒輪泵） 集中設置時不應少于2臺，當其中一臺停止運行時，其余的總容量不應少于鍋爐房最大計算耗量和回油量之和。,五、呼吸閥 安裝在輕油罐上,維持罐內壓力正常,防止油罐變形;使燃油與外界空氣隔絕,防止輕油揮發(fā)。當罐內壓力過高或過低時,呼吸閥打開,釋放罐內氣體或吸入外界空氣。 常用呼吸閥:全天候呼吸閥、防火安全呼吸閥和阻火透氣帽。 全天候呼吸閥：可在各種氣候條件下使用。 防火安全呼吸閥：由阻火器和呼吸閥兩部分組成，具有防火和呼吸兩種功能。 阻火透氣帽：是在呼吸閥頂帽中間設置阻火閥，主要用于小型油罐。,1負壓通風：在煙囪前裝引風機，用于克服煙，風道的全部阻力。適用于小容量，煙風系統阻力不大的鍋爐，漏風大。 2. 正壓通風：只裝送風機，用于克服全部煙風道阻力，在燃油燃氣鍋爐上應用 。,11.4 鍋爐通風設計,11.4.1 通風方式,3平衡通風：送風機用于克服從風道入口到進入爐膛（包括空預器，燃燒設備和燃料層）的全部風道阻力。引風機用于克服從爐膛出口到煙囪出口（包括爐膛出口負壓，鍋爐防渣管及以后各部分受熱面和除塵設備）的全部煙道阻力，（主要的通風方式），爐內和煙道處于負壓。,11.4.2風機的選擇和煙、風道布置,一、 風機的選擇計算 風機的主要參數：流量、壓頭。,1.計算流量: 引風機的計算流量:,引風機前的煙氣側壓力,送風機的計算流量:,2.計算壓頭:,引風機的計算壓頭: Hj=2. Hy 式中： Hy鍋爐煙道的全壓降（pa) 2 壓頭儲備系數，取2 =1.2。,送風機的計算壓頭: Hj=2. Hk 式中： Hk鍋爐風道的全壓降（pa）； 2 壓頭儲備系數，取2 =1.2。,鍋爐煙道全壓降的計算:,煙道的自生風計算:,式中H-所計算煙道初、終截面之間的垂直高度差，（m）（為絕對值）；（即當煙氣向上流動時，hzsy為正；當煙氣向下流動時， hzsy為負）。 總的自生通風力：,煙道流動阻力計算和煙囪流動阻力包括： 沿程摩擦阻力 hmc 橫向或縱向沖刷管束的阻力hhx 局部阻力 hjb 煙道總流動阻力Hsly :即從爐膛出口到引風機前的所有煙道和受熱面及除塵設備流動阻力的累加.,折算到風機廠設計條件(p0=101325pa，引風機的溫度2000C）的壓頭為：,鍋爐風道全壓降的計算:,風道總流動阻力HslK :冷風道、空氣預熱器、熱風道和燃燒設備等流動阻力的累加.,鍋爐風道中僅對二個區(qū)段計算自生風： 空預器段：計算高度等于冷空氣進口和熱空氣出口的標高差。 熱風道段：計算高度等于空預器出口到爐室入口（即燃燒器的軸心或爐排面）的標高差。,即風道的總自生風（未裝空預器的不計算此項）,折算到風機廠設計條件（p0=101325pa，送風機的溫度200C）的壓頭為：,11.4.3通風系統的煙囪設計,一、煙囪高度的確定原則,1.原則： (符合現行國標）即滿足當地環(huán)保規(guī)定的條件下，滿足鍋爐通風的要求。 （1）工業(yè)“三廢”排放施行標準 （2）工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準 （3）鍋爐大氣污染物排放標準 （4）大氣環(huán)境質量標準,2.機械通風時煙囪高度的確定,機械通風時,風、煙道阻力由送、引風機克服（平衡通風）。因此，煙囪的作用主要不是用來產生引力，而是使排出的煙氣符合環(huán)境保護的要求。 （1）煙囪高度按鍋爐房總容量確定（針對煤和重油）,說明:(a)鍋爐房總容量大于28MW(40t/h)時,煙囪高度不得低于45m。,（c）對于以燃煤或重油的每個新建鍋爐房只能設一個煙囪。,（d）對于燃氣或燃輕柴油的鍋爐房，煙囪高度應按批準的環(huán)境影響報告書要求確定，但不得低于8m。,（b）新建鍋爐房周圍半徑200m內有建筑物時，煙囪應高出最高建筑物3m 以上。,（2）按煙塵和二氧化硫允許排放量校核煙囪高度,3.自然通風時煙囪高度的確定,對于采用自然通風的鍋爐房,煙道的全部阻力要依靠煙囪的引力(即自生風力),此時煙囪的高度必須滿足下式的要求:,采用自然通風的鍋爐,煙囪高度應使其產生的抽力克服鍋爐本體及煙道的全部阻力外,并能保證爐膛出口有40-80pa的負壓(對平衡通風而言),二、煙囪直徑的計算,1.出口內徑,2.磚煙囪底部(進口)直徑,設計時應根據冬、夏季負荷分別計算。如負荷相差懸殊，則應首先滿足冬季負荷要求.,三、高層建筑的煙囪布置,（1）高層建筑鍋爐房的煙囪一般是做成附壁煙囪或布置在管井內，其位置應使燃燒裝置的燃燒不受干擾，排煙通暢。 設計中應盡可能在建筑的拐角或有遮擋的部位，并與建筑立面相協調(但實際中可能很難與建筑主體協調,并且還存在若設計或施工上的問題容易造成煙囪和建筑墻面開裂等(主要針對燃煤鍋爐),1.煙囪布置要求,（2）煙囪頂部應高出屋頂表面，其垂直距離為1m以上；當建筑物頂上有開口部位時，煙囪與之水平距離應在3m以上，煙囪出口處應有防風避雨的遮擋裝置； （3）煙囪的保溫或支撐物不得使用可燃材料；,（4）煙囪的常用材料為鋼筋混凝土、鋼板等，有些高層建筑鍋爐房的煙囪采用不銹鋼材質，美觀耐用，但其價格較貴。設計中應根據實際情況進行綜合分析比較后確定煙囪形式。,2、高層建筑群內獨立鍋爐房煙囪布置 高層建筑群內鍋爐房煙囪布置通常有兩種形式： 1)沿附近高層建筑的外墻或內墻布置； 2)獨立布置。 獨立布置的煙囪其高度應滿足鍋爐大氣污染物排放標準的規(guī)定。并應避免附近高層建筑的風壓帶對煙囪排煙的不良影響，煙囪高度應超出風壓帶。,3、高層建筑鍋爐房排煙系統阻力平衡措施 高層建筑鍋爐房排煙系統設計中，由于鍋爐房位置和煙囪受到建筑總平面布置的約束，出現兩種情況： 第一種情況，鍋爐位于底層，煙囪位置靠近鍋爐，煙囪抽力大于煙道阻力，造成鍋爐負壓太大；第二種情況，鍋爐遠離煙囪，有較長的水平煙道，阻力大，造成煙氣阻滯或排煙不暢。,（1）平衡鍋爐負壓太大措施 1）減少煙囪及煙道尺寸，增加排煙阻力； 2）在煙道或煙囪上加抽風控制器，吸入一部分空氣混進煙氣，增加排煙阻力。,（2）克服排煙阻力過大的措施 1）提高鍋爐微正壓； 2）加裝煙氣引射器 在鍋爐房煙道中插入一段特殊形狀的煙管（文丘里管引射裝置），采用壓縮空氣噴射引流煙氣； 3）增加引風機 由于目前小型燃氣燃油鍋爐排煙溫度高（一般為230左右），選用耐溫低壓頭的引風機產品有困難，需要解決引風機產品。,一水中的雜質及危害,1 天然水中的雜質,（1）懸浮物：懸浮在水中的固體或液體物質（可通過濾紙分離出來，10-4mm以上），包括動植物殘渣，油脂，粘土，泥沙和其它一切不溶性物質。,（2）膠體：是許多物質分子和離子的集合體，主要是鐵、鋁、硅、鉻等的化合物（粒徑在10-610-4mm，通過濾紙不能分離）。,（3）溶解物:主要是溶于水中各種鹽類（多以離子狀態(tài)存在水中，如Ca+、Mg + 、Na +、K +、H + 、Cl - 、SO4 - - ，它們十分穩(wěn)定,顆粒小于10-6mm ）和一些溶解氣體（主要為氧氣和二氧化碳）。,11.5 冷熱源水處理系統,11.5.1 水中的雜質和水質指標,2 危害 （1）熱力設備的結垢 （2）熱力設備的腐蝕 （3）過熱器及蒸汽管道的積鹽,二水質指標,1.懸浮固形物：即水通過濾紙后被分離出來的固形物，經干燥至恒重。以一升水中含固形物的毫克數來表示，（mg/L）。,2.溶解固形物：看作水中溶解的全部鹽類的總含量，（ mg/L ）。,(1) 暫時硬度:(即碳酸鹽硬度)指每升水中含鈣、鎂的重碳酸鹽的毫摩爾數 .(天然水中鈣、鎂的碳酸鹽硬度的含量很少） （Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2，加熱至沸騰后能轉變成沉淀物析出）.,3.硬度（H）：指溶于水中能夠形成水垢的物質鈣、鎂的含量。水中Ca2+、Mg 2+離子的總含量稱為總硬度（ mmol/L ）。,（2）永久硬度：（即非碳酸鹽硬度CaCl2、 MgCl2 、CaSO4、 MgSO4 ），只有在水不斷蒸發(fā)后使水中所含的濃度超過飽和極限時才會沉淀析出。 總硬度=暫時硬度+永久硬度,4.堿度（A）：指水中含有堿性物質的多少。,天然水的堿度: 水中主要含HCO3-（重碳酸根）， CO32 - （碳酸根），還有 SiO3 2 - 硅酸根的鹽類組成。 天然水中不能同時有（OH - ）和HCO3-，因為,爐水中的堿度：水中含PO4 3 - （磷酸根）和OH - （氫氧根）。 堿度即表示上述陰離子的總含量（mmol/L）。,水中暫時硬度：由鈣、鎂與CO3 2 -及HCO3-形成的鹽類，也屬于水中的堿度（亦稱暫硬堿度）。,如:鈉鹽堿度（Na2CO3,次之NaHCO3 ）(亦稱負硬度) ：可以除去水中相應的永硬（如CaSO4硫酸鈣）（負硬度=總堿度-暫時硬度）,水中所含的各種硬度和堿度的關系： 當總硬度H 總堿度A時： H暫=A（總堿度）; H永=H（總硬度）- A（總堿度） 鈉鹽堿度=A（總堿度）- H暫（暫時硬度）=0 。,當總硬度H =總堿度A時： H暫=A（總堿度）= H（總硬度）; H永=H- A=0 鈉鹽堿度=A（總堿度）- H暫（暫時硬度）=0 當總硬度H 總堿度A時： H暫= H（總硬度）; H永=H- H暫=0 鈉鹽堿度= A（總堿度）- H暫（暫時硬度）,這種水質,可加熱除垢(除去暫硬),不斷排污（控制堿度）,若排污率小于10%,則不用進行水處理.,5.相對堿度:指鍋水中游離的NaOH和溶解固形物之比值.,游離的NaOH:指水中氫氧根折算成NaOH的含量.,相對堿度是防止鍋爐苛性脆化的一項技術指標，規(guī)定其值必須小于0.2。,鍋爐苛性脆化：即在金屬晶粒之間的腐蝕(是一種無任何變形的破壞),最初表現為肉眼看不見的細小裂紋,不易引起注意。常發(fā)生在鍋爐汽包等設備的鉚接或脹接管縫隙處。,6.PH值: 指水的酸堿性程度。 當PH=7時，水呈中性; PH，水呈堿性,鍋爐給水:要求PH. 鍋水（即爐水）:PH值控制在1012.,7. 溶解氧（含氧量）：表示溶于水中的氧氣含量，以一升水中含有氧氣的毫克數表示(Mg/)。,鍋爐額定蒸發(fā)量大于等于6t/h(單臺)時應除氧。 額定功率大于等于4.2MW的承壓熱水鍋爐給水應除氧;額定功率小于4.2MW的承壓熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐給水應盡量除氧.,8.磷酸根（3-） 作為鍋水的一項控制指標，為消除鍋爐給水帶入汽鍋的殘留硬度，或為防止汽鍋內腐蝕，可向鍋內加入一定量的磷酸鹽。,磷酸鹽可在金屬表面形成保護膜。加入量太大，形成浪費，且使爐水含鹽量增加；太小，起不到作用。,9.含油量： 天然水一般不含油，可是蒸汽的凝結水或給水在使用過程中有可能混入油類。 鍋水含油及堿類等物質，在水位表面易形成泡沫層，使蒸汽帶水量增加，影響蒸汽品質，因此也規(guī)定了鍋爐給水的含油量。,蒸汽鍋爐：鍋外處理：（）給水水質指標 （）鍋水水質指標 鍋內加藥處理：水質指標 熱水鍋爐： 鍋內加藥處理 鍋外化學處理,蒸汽鍋爐鍋外化學水處理的水質指標,熱水鍋爐的水質指標,鍋內加藥處理的鍋爐水質指標,例：某水質分析 總硬度：4.6 mmol/L 總堿度: 4.0 mmol/L 永久硬度:0.6 mmol/L 暫時硬度:4.0 mmol/L 溶解固形物:3.1g/L PH: 7.5,工業(yè)鍋爐水處理的主要任務：軟化、除氧和除堿。,水處理的方法: 鍋內處理和鍋外處理。（以鍋外處理采用得最為普遍和有效）,離子交換水處理，即原水通過離子交換劑時，水中的Ca2+、Mg 2+、 HCO3-等，即可被離子交換劑吸收或被轉換成沉淀性的鹽類和氣體，從而使水達到軟化或除堿的目的。,11.5.2 離子交換原理,工業(yè)鍋爐房采用的離子交換劑主要是：人造有機質的磺化煤和合成樹脂。,磺化煤 ：是碎的煙煤經濃硫酸硫化處理后形成的 。 缺點：交換容量小，化學穩(wěn)定性差，特別對堿性強的水，抵抗力差，機械強度不高，易碎。,合成樹脂 ：化學方法合成制成 。 優(yōu)點：合成樹脂內部具有較多的孔隙，故交換能力大；機械強度和工作穩(wěn)定性都較好，已廣泛采用。,一鈉離子交換原理,鈉離子交換劑：NaR（R-復合陰離子根）,反應結果：水中的鈣、鎂鹽類都變成了鈉鹽，即除去水中的硬度；原水中的重碳酸鹽硬度均變成了鈉鹽堿度，水的堿度保持不變。（即鈉離子交換，只能軟化水，但不能除堿）,失效后的鈉離子交換劑，要用濃度為58%的食鹽水溶液進行還原（也稱再生），使離子交換劑重新變成NaR。,二、氫-鈉離子交換系統,氫離子交換劑：HR,反應結果：經氫離子交換，原水中的碳酸鹽硬度均變成了水和二氧化碳，即消除硬度的同時也降低了水的堿度和鹽分；非碳酸鹽硬度轉變?yōu)橛坞x酸，（由于形成酸性水，故氫離子交換器及其管道要有防腐措施，處理后的水也不能直接進入鍋爐）。 通常氫離子交換與鈉離子交換聯合使用（即氫-鈉離子交換），使氫離子交換后產生的游離酸與經鈉離子交換后生成的堿相互中和，進一步達到除堿作用.,三、銨-鈉離子交換系統,銨離子交換劑：NH4R,銨-鈉離子交換: 使銨鹽受熱分解所生成的酸與經鈉離子交換后生成的堿相互中和，既消除了酸,又降低了鍋水中的堿度.,當陽離子交換劑失效后,用銨鹽液再生使之成為銨 型離子交換劑(NH4R)。,注意：用硫酸銨（(NH4)2SO4）作還原劑時，取濃度為2.5%-3.0%;以氯化銨(NH4)Cl) 為還原劑時,其濃度不受限制.,11.5.3 離子交換設備,一、固定床鈉離子交換設備及運行,鈉離子交換器的運行通常分四個步驟，從交換失效后算起為： 反洗，再生，正洗和交換。,1.順流式再生,交換運行時的水流方向 與再生還原液運動方向 是一致的,通常由上向下流。,（1）反洗：交換器中的交換劑失效后，常用水自下而上進行短時間的強烈反洗。,目的：a.松動交換劑層； b.清除交換劑上層中的懸浮物，碎粒，汽泡 。（由左側的排水管排出）,反洗一直進行到出水不渾為止，一般需min。,（2）還原（再生）：可使失效的離子交換劑恢復其軟化能力。 鈉離子交換器的還原液為食鹽水，鹽水的濃度一般以為宜。 若采用分段還原：則先用濃度的鹽水還原,再用濃度的鹽水還原，可提高還原效果，降低鹽耗。還原速度一般為m/h 。,（3）正洗：可清除殘余的再生劑和再生產物（CaCl2，MgCl2）。鈉離子交換器的正洗速度m/h，正洗時間min。,順流再生時，正洗水是由交換器上進下出，通常正洗過程的后期階段，將含有鹽分的正洗水送入反洗水箱儲藏起來，供下次反洗時使用，可節(jié)約交換器的自身用水量和再生時的鹽耗量。,（4）交換： 經清洗合格后的離子交換器，可投入交換運行。 水流速度：根據原水水質、交換劑的性質選擇。,原水總硬度（mmol/L） 2.5 5.3 8.9 14 磺化煤 : 采用的水速(m/h) 25 15 10 5 合成樹脂 : 采用的水速(m/h) 1520,2.逆流式再生 再生液從交換器下 部進入，上部排出，與 交換（軟化）運行時的 水流向相反。 （優(yōu)點：出水質量高 ，鹽耗低。）,逆流再生離子交換器運行步驟： （）小反洗：在交換器失效并停止運行時，將反洗水由中間排水裝置引進，并從交換器頂部排出，以沖去運行時積聚在壓實層表面及中間排水裝置以上的污物。 小反洗水速：m/h以下（以出口水中無外逸的樹脂為度）,洗至出水清澈為止。,（2）排水：小反洗結束后，待壓實的顆粒下降后，開啟空氣閥和再生流出口閥，放掉中間排水裝置上部的水。 （3）頂壓：如采用壓縮空氣頂壓時，可從交換器頂部送入壓縮空氣，以防止亂層。,（4） 進再生液：從交換器下部送入。有頂壓時，再生液送入速度為56m/h；無頂壓時，采用低速送入（1.62m/h）。 （5） 逆流沖洗： 有頂壓時：將逆洗水從交換器下部送入，進行逆流沖洗：逆流水的流速仍保持56m/h，逆流沖洗時間：3040min。 無頂壓時：采用的沖洗速度與低流速再生時的流速相同。,（6）小正洗：停止逆流沖洗和頂壓，從頂部進水，中間排水裝置放水，以清洗滲入壓實層及壓實層上部的再生液，為時約10min左右。 （7）正洗：用水由上而下進行正洗，正洗流速為1520m/h，直至出水符合給水標準，即可投入運行。,一般逆流式再生離子交換器在運行20個或更長周期后，進行一次大反洗。反洗流速1820m/h，時間為1520 min 。以除去交換劑層中的污物和破碎的交換劑顆粒。 大反洗從底部進水，廢水由交換器頂部排水放掉，大反洗松動了整個交換劑層，故大反洗后第一次再生時，再生劑耗量應加大0.51倍以上.,說明: 1.當原水硬度mmol/時，建議采用雙級鈉離子交換系統。 第二級交換器：由于進水中要除去的離子濃度很低，故交換劑的高度可較?。ㄒ话?m左右），運行時可用較高的流速，一般為m/h。,二、氫-鈉離子交換系統 （1）并聯系統：必須計算水量比例，才能避免氫、鈉交換器的混合水呈酸性。實際計算水量分配時，總是使混合后的軟水仍帶一點堿度（殘留堿度通?？刂圃?.3 0.5mmol/L).,(2)串聯系統:部分原水進氫離子交換器,全部的水最后都要通過鈉離子交換器,所以設備的投資比并聯系統高,但不會出現酸水,系統的可靠性要好。,三. 銨-鈉離子交換系統 1)系統形式: 并聯、混合式。 2）與氫-鈉交換效果的區(qū)別：銨離子的除堿及除鹽效果，必須在軟水受熱后才呈現；銨離子交換處理的水受熱后會產生氨氣，在有氧條件下對銅制設備有腐蝕；并聯銨-鈉系統不需要除氣器（經鈉離子交換的水，在未受熱前不會生成CO2）。,四、部分鈉離子交換、部分氫離子交換系統 1.部分鈉離子交換： 原水一部分通過鈉離子 交換后的軟水與另一部 分原水相混合。（鍋內 和鍋外相結合的水處理 方法） 用堿平衡來確定經過 鈉離子交換后軟水中的 堿量。,2.部分氫離子交換：（當原水堿度大于硬度時, 采用此種水處理方法） 經過氫離子交換的那部分原水被除硬、除堿后生成的二氧化碳及酸，再與另一部