蒸汽基本性质及品质

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避免过高的TDS值导致不洁蒸汽,污染产品,堵塞疏水阀 通过对锅炉水状态进行检测和正确的水处理,帮助维持清洁无垢的锅炉

只需最少的人力关注即可获得上述优点
不凝性气体影响
道尔顿分压定理
道尔顿分压定律为:
如果蒸汽和空气的混合物,则混合物的总压力为各 组成气体的分压力总和。
混合物总压力
=
蒸汽分压力
+
空气分压力
道尔顿分压定理
– 实例
如果蒸汽和空气的混合物总压力为1 bar g (2 bar a) 并且混合物的组成部分为3份蒸汽和1份空气:
蒸汽的分压力为 空气分压力 = ¾ x 2 bar abs = 1.5 bar a = ¼ x 2 bar abs = 0.5 bar a
水的显热 (hf) 419 506 562 605 671 641 697 721
蒸汽全热 (hg) 2676 2707 2725 2738 2749 2757 2763 2769
2257 2201 2163 2133 2108 2086 2066 2048
二次蒸汽(闪蒸蒸汽)
7 bar 饱 和 水 的 焓 值 0 bar 饱 和 水 的 焓 值 过剩 0 bar 时 的 蒸 发 潜 热 二次蒸汽比例
锅炉给水 排污 循环泵 液位计
蒸汽喷射加热器
安装排空气阀
排空气阀 排气阀
蒸汽 蒸汽
排气 阀
蒸釜
煮锅
干净
在任何蒸汽系统杂质可能来源于以下几个方面:
由于锅炉操作不当,而造成从锅炉水携带固体物质。 管道垃圾。 焊渣及锈蚀产物。 不适当的应用或过多的连接材料。
蒸汽系统强烈建议使用100目的过滤器!
空气和不凝性气体的来源
系统停机和起机 锅炉给水
在 80 º C时,水能溶解0.6 %的空气。
补给水和冷凝水
当它们暴露在空气中时,容易吸收气体。 当水被加热时,气体会被释放。
锅炉的水处理化学物
给水除氧系统
低位给水加热除氧系统
排空气阀 破真空器 冷补给水 返回冷凝水 除氧头 加热蒸汽 溢流 水位控制 保护管 温度控制 温度计 水位控制感 应器 破真空器 排空帽
什么是蒸汽
在大气压下形成蒸汽
凝结的蒸汽
蒸汽汽泡
在大气压力下产生蒸汽需要加给水的热量
饱和水的沸点 干蒸汽点
蒸发线
100 oC
温度 (oC)
0.1
0.2
0.3
0.4
干度
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
未饱和水线
0 oC
液态焓 (hf) 总焓 (hg) 蒸发焓(hfg)
焓 (kJ/kg)
什么是蒸汽
过热蒸汽
应用 气轮机

在过程中饱和蒸汽会冷凝,水滴会引起严重的冲蚀和 损坏气轮机 – 等熵过程。 过热蒸汽更加有效 – 提高效率。
电厂气轮机的过热蒸汽可能状态为150 bar g / 550ºC,有200ºC的过热度。
过热蒸汽
和饱和部分相比,过热蒸汽部分所含的热容量很小
过热蒸汽的传热系数较低 热交换表面温度梯度较大
液体焓(饱和水焓)
(hf)
蒸发焓(潜热能)
(hfg)
总热能
(hg)
干度
湿蒸汽的实际蒸发焓是湿蒸汽的干度(x)和蒸发焓(hfg)的乘积
蒸发焓
x
干度
=
实际焓
蒸汽表
表压 bar bar 0 1 2 5 7 10 14 温度 水 º C 100 120 134 159 170 184 198 hf 419 506 562 671 721 782 845 焓 kJ/kg 蒸发 hf g 2257 2201 2163 2086 2048 2000 1947 蒸汽 hg 2676 2707 2725 2757 2769 2782 2792 饱和干蒸汽 比容 m3/kg 1.673 0.881 0.603 0.315 0.24 0.177 0.132
温度-压力关系
250 200 150
温度 º C
100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 压力 (bar g)
比容-压力关系
1.8 1.6 1.4
比容 (m3/kg)
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 压力 (bar g)
水分不包含任何的蒸发焓
实例
蒸汽压力为 7 bar g,含5%的水分,即蒸汽干度为 x = 0.95 则湿蒸汽可供的蒸发焓为 = 0.95 x hfg = 0.95 x 2 047.7 kJ / kg = 1 945.3 kJ / kg
湿蒸汽增加蒸汽耗量
实例:一蒸汽加热器组,需要输出热量300kW,蒸汽压力为7 bar g。 7 bar g蒸汽的潜热能为2047 KJ/kg,蒸汽负载为 300/2047=0.147 kg/s 如蒸汽干度为0.92(这在国内很常见),则每Kg蒸汽的可供潜热能为 2047 X 0.92 = 1883 KJ/kg,则蒸汽耗量为 300/1883=0.159 kg/s 和前者相比增加了 8.2% 这意味着: 1) 锅炉的补给水增加 8.2%, 2) 冷凝水增加了 8.2%, 3) 锅炉的燃料耗量增加了 2.2%
= 3000 = 2000 = 300 =
mg / L mg / L mg / L
300 100% 17.6% 2000 300
自动TDS排污控制
典型的 TDS 自动控制排污:
通过感应炉水电导率自动控制排污阀的排放
最大允许TDS值 平均TDS值 给水TDS值 则:排污量
4) 不合来自百度文库的液位控制
锅筒中水位的高度将影响蒸汽空间的高度,影响蒸汽带水量。
5) 蒸汽输送管道的保温不当,蒸汽分配系统没有安装 疏水阀
锅炉运行压力偏低
工作压力3barg 比容为0.461m 3 /kg
工作压力10barg 比容为0.177m 3 /kg
锅 炉 2
锅 炉 1
含盐量(TDS)的影响
1. 含盐量增大,水分子结合力增强,汽泡变小,汽泡对水的速 度减慢,锅筒中水空间含汽率增大,水位升高,蒸汽空间高 度减小。 2. 汽泡间粘度增大,汽泡不易破裂,在水面形成汽泡层,减小 了蒸汽空间高度。 3. 含盐量再增大,汽泡层充满整个蒸汽空间,蒸汽和水同时被 吸入蒸汽引出管。被称为汽水共腾。 4. 含盐量高,表面张力大,汽泡只有在液膜很薄时才会破裂, 形成的水滴很细微,更易被蒸汽带出。
过热蒸汽
过热蒸汽是指温度高于饱和蒸汽温度的蒸汽
例如:在大气压力下将饱和蒸汽加热到110 ºC,则它的 过热度为 10 ºC。
通过以下方法可以使蒸汽过热:
将蒸汽通过温度更高的加热表面 减压(前提是蒸汽必须是干燥的)
水管锅炉
蒸汽过热器
蒸汽锅筒
对流管束
烟气挡板 省煤器 燃烧器
通过减压得到过热
现代结构紧凑高效的汽水换热机组
典型的蒸汽系统
工程单位
温度 压力 ºC, K, ºF bar, MPa, kg/cm2, Pa, Psi 表压 bar g 绝对压力 bar a bar a = bar g + 1 质量流量 kg/h, T/h 体积流量 m3/h, l/s kJ/kg kJ/kg ºC
蒸汽工程基本原理
蒸汽
容易输送 容易控制 可以使用于以下各种场合:
发电
加热 过程工作
水和蒸汽
水 – 资源丰富,价格便宜 安全 在较低的温度下蒸发成蒸汽 水可以吸收大量的热量
蒸汽包括很大的热量
蒸汽在恒定的温度下凝结成水 高的传热系数
便利的压力和温度关系
古老的和现代的蒸汽设备比较
伦敦蒸汽博物馆的18世纪蒸汽机
需要更多的换热面
二次蒸汽(闪蒸蒸汽)
表压 bar g 0 1 2 3 4 5 6 7 蒸 发 潜 热 kJ/kg (hfg) 饱和干蒸 汽比容 m3/kg 1.673 0.881 0.603 0.461 0.374 0.315 0.272 0.24
温度℃ 100 120 134 144 152 159 165 170
? 6 bar
165 ºC
减压阀
1 bar
6 bar g的干饱和蒸气
减压阀下游的温度为多少?
通过减压得到过热
165 ºC
147 ºC 1 bar
6 bar
减压阀
干饱和蒸汽在 6 bar g时的全 热能为 2764 kJ/kg
上游能量 剩余热量 蒸汽比热 @ P2 过热度 饱和温度 最后蒸汽温度
= 下游能量 = 2764 - 2707 = 57 kJ/kg = (2770 - 2707)/30 ºC = 2.1 kJ/kg ºC = (57 kJ/kg)/(2.1 kJ/kg ºC) = 27.1 ºC = 120 ºC = 120 + 27.1 =147.1 ºC
从蒸汽表可知:1.5 bar a (0.5 bar g)饱和蒸汽的温度 为 111.6 º C 根据压力表的读数1 bar g,蒸汽温度应该为120 º C
道尔顿分压定理
– 结果
任何用汽设备,如果使用该蒸汽,虽然压力表的读数为1 bar g,而实际上使用的蒸汽相当于 0.5 bar g。 如果设备需要 1 bar g的压力达到它的额定功率,则肯定无 法实现。 如果一个医院的杀菌罐或者消毒锅,其最低温度的限制是相 当关键的。即使增大空气/蒸汽混合物的压力,但空气的 存在会阻碍达到杀菌的目的。
产生湿蒸汽的原因
1) 蒸汽负载的变化
负荷增大,蒸汽在锅筒中的上升速度增大,增加蒸汽带水量。
2) 锅炉运行压力过低
运行压力降低,比容增大,锅筒内蒸汽的流速增大,增加蒸汽带水量。 运行时压力骤降,锅水急剧沸腾,使穿过蒸发面的蒸汽量增多,蒸汽将 大量带水。
3) 锅炉的TDS(含盐量)控制不当
蒸汽品质恶化的主要根源。
流量

比热
比热 (Cp)
1kg的物质升高1º C所需要的热量(kJ)
• 水的比热 4.19 kJ/kg º C
• 酒精的比热
• 铜的比热
2.64 kJ/kg º C
0.37 kJ/kg º C
• 水银的比热
0.14 kJ/kg º C
什么是蒸汽
从固态溶解成液态 液态温度上升 沸腾 蒸发 饱和蒸汽 过热蒸汽
通过减压得到过热
165 ºC
120 ºC 1 bar
6 bar
减压阀
蒸汽压力 6 bar g,干度为0.95的 全热能为697.5 + 2066 x 0.95 = 2660 kJ/kg
上游能量
= 下游能量
1 bar g干饱和蒸汽的全热为
P2 压力下的干度
= 2707 kJ/kg,大于上游的能量
因此通过减压阀后,下游蒸汽中仍含有水分 = (2660-505.6)/2206 = 0.977
保持蒸汽系统干净
蒸汽水平管道过滤器的正确安装
过滤器应侧向安装避免冷凝水的积聚和水锤问题,这种安装也可以充分利用过滤网的 面积。
蒸汽携带水分
冠状阀 汽水分离器 至用汽设备
疏水阀组
蒸汽中携带水分则:


水锤
减低设备的出力 减低蒸汽的含热量,增加蒸汽耗量


污染系统及其设备
增加锅炉的燃料
湿蒸汽以及它对蒸汽含热量的影响
= 3000 mg/L = 2900 mg / L = 300 mg / L =
300 100% 11.5% 2900 300
自动TDS排污控制系统
电导率感应器
排污控制器
排污控制阀
自动TDS控制系统


维持锅炉水的TDS在最大许可范围,从而减少热损失和水处理的费用
蒸汽到达设备应该具有以下的质量条件: 合适的蒸汽量 正确的压力和温度 不能含有空气- 空气热阻很大,减少传热 干净-污垢和其它固体物质积聚在换热面会增加热阻 干燥-不能含有水分
提高蒸汽系统的效率,从提高蒸汽品质开始!
空气和不凝性气体
空气的存在则意味着: 蒸汽的温度不能根据压力表所确定 产生传热的热阻 腐蚀管道和设备 在疏水阀疏水时产生气堵
控制锅炉水的含盐量
控制锅水含盐量的方法有: 控制给水质量:水处理 控制锅炉连续排污量:TDS控制
当水中溶解物质较少时,电导率与溶解物含量成比 测定电导率,可以推断总溶解物的含量。 例,
TDS排污人工手动控制
典型的TDS控制人工排污(表面排污):
TDS控制人工排污一般每24小时3次
最大允许TDS值 平均TDS值 给水TDS值 则:排污量
= 721.4 kJ/kg = 419.0 kJ/kg = 302.4 kJ/kg = 2257 kJ/kg = 302.4 2257 = 0.134 kg/kg冷凝水
管道内的二次蒸汽
134 kg 二 次 蒸 汽 99.6% 的 总 体 积
866 kg 冷 凝 水
0.4 % 的 总 体 积
蒸汽品质
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