余热发电基础教学.ppt

余热发电基础教学 基本原理 压力压力可用压力表来测定 通常压力表所指示之压力系实际上所作用之压力减大气压力就是表压力 大气压力为1Kg cm2 将表压力再加上大气压力叫做绝对压力 水注作用于底面之压力 亦即以水柱之高度来表示 叫做水头压力 水头压10m大约相当于1kg cm2 水由冰点加热至沸点 其上升的温度几乎与所加之热量成正比 其所加之热量可由温度计測出 故叫做显热 当温度到达100 c以后 无论再加上多少热量 水仅会一直蒸发但温度不会再上升 那么汽化所需的热量 就叫做潜热 把1kg的水由冰点加热至沸点所需之显热为100kcal 继续汽化所需之潜热为539kcal 所需的全热量为100 539 639kcal 这个热量较作全热量 也叫做焓 听懂了没 蒸气的性质把水装入容器内 在一定的压力下加热时 水温度会上升 当温度停止上升而开始沸腾 这时的温度叫做饱和温度 当时的压力叫做饱和压力 水达到饱和温度时开始沸腾 这时的水叫做饱和水 蒸发出来之蒸汽叫做饱和蒸汽 将饱和蒸汽继续加热 压力不变但温度比原来更高 这种蒸汽叫做过热蒸汽 利用过热蒸汽推动涡轮机时 比使用饱和蒸汽更能得到高度的热效率 而且蒸汽膨胀后之湿份又少 可预防涡轮翼之腐蚀 磨擦及破损 水在标准大气压汽化时 容积大约膨胀1650倍 0 C冻结时容积大约增加10 饱和蒸汽表 废热锅炉废热锅炉可由水之流动方式分為自然循环式和强制循环式 自然循环系利用降水管内之锅炉水与蒸发管内蒸气和水的混合体之比重差所产生的循环力 不断的重复循环 强制循环系利用锅炉循环泵来产生循环 废热锅炉常因废气中含有杂渣或腐蚀性之气体 故应注意废气流速 传热面之配置等 以防管路风蚀 压力表一般均采用布顿 Bourdon 管式压力表 因怕蒸汽使布顿管温度升高变质而失灵 故需加装虹吸管 并在管内装水以防蒸气直浸布顿管 压力表之最高指度 应为使用压力之1 5 3倍 但最好是两倍 因为指示刚好在中间 易于辨认 安全阀弹簧式安全阀因动作灵敏又确实 故一般多采用这种安全阀 却水器 trap 蒸气在管路中凝结的水滴 必须靠却水器排出管外 如故障水滴打在涡轮叶片上 将会造成伤害 双金属式却水器其原理系利用膨胀率不同的金属片之感热所产生引张力使水排出 锅炉开机注意事项锅炉水温上升后会因膨胀引起水位高涨 故必须做锅炉排放 锅炉开始送汽时 必须防止蒸气输送管路中冷凝水所引起之水槌现象 waterHammer 因此必须把管路中的冷凝水排出 打开主蒸汽管路的旁路阀 汽水共腾 Priming 锅炉在过负荷情形下使用时水位高涨 锅炉水激烈沸腾由水面不断飞散水滴充满蒸气室 以致水位无法稳定 这种现象叫做汽水共腾 起泡 Foaming 锅炉水含有多量之不纯物 随着锅炉水沸腾在水面形成泡沫层 以致水位无法安定 这种现象叫做起泡 汽水共出 Carryover 多量之水份 水滴 随着蒸气由锅炉内被带进蒸气管之现象 叫做汽水共出 也称腾带效应 汽水共腾及起泡之害锅炉水大幅动摇 不易确认水位 污损安全阀 水垢或杂物容易堵塞压力表之连接管等 妨碍这些附属品之性能 过热管易为锅炉水入侵 过热温度会下降 锅炉水被带出滞留管内 容易引起水槌作用 激烈的汽水共腾及起泡 锅炉水位会急速下降或上升 有引起水位事故之虞 汽水共腾及起泡之发生原因如下 蒸气负荷过大 水位过高 水面与蒸汽出口之距离接近 水面更狭窄 急开启动阀 造成蒸气流量快速变大 锅炉水中含有多量之浮游物 油脂 不纯物 压力瞬间改变 锅炉水质异常 对策 减少热焓进入锅炉 打开锅炉旁路档板 降低锅炉水位 启动锅炉排放阀 减少锅炉启动阀的开度 冲放部分锅炉水 注入新水 水位计水位计是测知锅炉内部正确水位的重要装置 故必须经常维护 以保持机能之正确性 无论如何 两套装置必须保持完善 切不可有两套 另一套可作为备用之想 因两套就是要互为比较以办别有无异常 其用意在此 必须铭记在心 玻璃水位计试验方法 关闭上下旋塞后转开排水阀 将玻璃管内之水排出 转开下部水旋塞 仅做水部排吹 并暖管后关闭此阀 转开上部蒸气旋塞 做蒸气的排吹 查看喷出状态后关闭此阀 关闭排水阀 在慢慢打开蒸气旋塞以蒸气暖管后打开水旋塞 此时应注视玻璃管内水位上升情形 如发觉水位上升缓慢则表示水侧通路有障碍 应再做机能试验 锅炉人孔封闭方法 大声叫喊确认锅炉内部没有人后 才可封闭人孔等的孔盖 垫片 Gasket 的接触面是否整理完妥 锁螺丝用的板手应使用适合的尺寸 应将各个螺丝对称慢慢锁紧以求均匀 水槌作用 Waterhammer 所谓水槌系指蒸气管内之积水以高速冲击管弯曲部或阀类之现象 当在送蒸气时急开蒸气阀 尤其容易发生 强烈的水槌作用往往会把管路或阀类击破 如何防止水槌发生 主蒸汽管及集管器之排水阀全部打开 完全排出凝结水 将少量之蒸汽送入蒸汽管以便暖管 暖管一段时间后再打开蒸气阀 送蒸气中切勿急开或急关 管路在充水步骤时 必须将空气排出 有关水的用语和单位 p p m 系重量100万分率 为1kg水中含有之物质的mg数 p p b 系重量10亿分率 含有的物质非常微量时用p p b 来表示 为1吨水中含有之物质的mg数 pH 酸碱度 pH未满7者为酸性 超过7者为碱性 碱度 酸消耗量 这表示溶于水中的盐基性物质 氢氧化物 碳酸盐 重碳酸盐等 碱份的浓度者 碱度有M碱度和P碱度 当使用甲醇指示剂时称为M碱度 当使用酚指示剂时称为P碱度 M碱度可是为总碱度 而P碱度可视为强碱度 在锅炉水中通常必须含有适量之氢氧化钠使硅溶解 硬度硬度系表示水中含盐类之程度的一种标准 一般采用碳酸钙CaCO3硬度 也就是碳酸钙之溶解量 以p p m 来表示 并可分为碳酸盐硬度 暂时硬度 及非碳酸盐硬度 永久硬度 碳酸盐硬度 暂时硬度 硬度成分为钙 Ca 及镁 Mg 重碳酸盐类 可经煮沸后软化除去之 非碳酸盐硬度 永久硬度 硬度成分为钙 镁的硫酸盐或氯化物等 虽经主沸亦无法软化者 碳酸盐硬度 暂时硬度 与非碳酸盐硬度 永久硬度 之合计叫做总硬度 吾人一般所称的水 并非指纯水 多少总含有一些不纯物 所谓的不纯物一般可分为 悬浊固体物 溶解固体物及溶解氣體三种 悬浊固体物如泥土 砂 铁屑等 不容于水而混杂于水中的固体物 可在纯水站的多层过滤槽和活性碳塔过滤予以除去 溶解固体物就是溶解于水中如钙盐类与镁盐类 这些盐类浓缩后就容易产生水垢 可在纯水站的树脂塔用离子交换的方法除去 溶解气體系溶解于水中的氧气 或二氧化碳等的气体 可在脱气塔内除去一部份 其余须加脱氧剂除去 水垢溶解固体物在锅炉内逐渐被浓缩 达到饱和状态而析出 变成水垢附着于传热面 一般以钙的盐类为主要成分 锅泥钙及镁的重碳酸盐类被加热 80 100 后分解碳酸钙 及添加清锅剂时所产生的磷酸盖或磷酸镁等软质沉淀物 就是锅泥 必须实施锅炉的底部排放 水垢和锅泥的害处 引起水管传热面的过热 阻碍热传导 降低锅炉热效率 因水垢之性质 有些会引起锅炉和管路的腐蚀 水管内部附着水垢时 会妨碍水循环 阻塞连接管 旋塞及其他较小的管孔 腾带效应时会将不纯物带出 直接打击涡轮叶片 油脂油脂系溶于或悬浮于水中之正已烷 可溶性物质 同时亦可为矿物油 动物及植物油 一般为安装时之润滑油 通常在锅炉安装后经确实之苏打沸腾后可除去 油脂在锅炉中将附着于加热面被加热及碳化 并使管子因过热而破裂 有时并可能变成氧化铁 氧化铜与泥浆之原子产生坚硬之水垢 油类碰上碱水将产生皂化 形成腾带 也就是汽水共出 pH由于以铁为主要材料之构造物 不但会融解于酸性水中 同时也会溶解于水中 故锅炉水之pH值必须稍为提高以防止腐蚀 但pH过高将造成碱性腐蚀 一般维持在 9 2 10 5 范围内 溶氧溶氧系锅炉中最具伤害之腐蚀因素 其压力越高 氧之破坏性愈高 必须先以机械式除气 再利用脱氧剂除去其余之气 对容氧之含量不但在运转中须加以注意 在启动及停机阶段都须加以注意 硅锅炉水中限制硅含量之目的 第一是防止硅与镁同时存在时 会沉淀产生坚硬的水垢 且选择性的汽水共出 SelectiveCarryover 将会把溶于蒸气中的硅带出锅炉 积附在涡轮叶片上 引起损耗 因此锅炉水中之硅含量在锅炉压力愈高时含量应愈低 固态物固态物系指蒸发后之残留物 包括溶解之固体物及悬浮之固体物 锅炉水中含固态物过量时 将有发生腾带之倾向 而污染了蒸汽 使蒸气中含有水分及盐类 当总咸量与总固态物之比超过20 时有发生腾带之现象 氯离子在锅炉水中将破坏金属表面之保护膜 并延长保护膜之恢复 氯离子浓度可由饲水中氯离子比例得之 乃为固态物之主要成分 氯不会再加热及沸腾中沉淀或分解 磷离子当水质处理加入磷酸钠时 如过量除了不经济之外 并将加速锅炉水之腾带 并易于在管内产生磷酸镁 此外高压锅炉中若磷离子过量 可能产生碱性腐蚀 硫离子锅炉水中加入适量之硫离子时 由溶氧造成之腐蚀几乎可完全防止 氧化产生之硫化物浓度及总固态物变高时 将有造成产生炉垢及泥浆之危险 同时亦造成腾带现象之发生 在某些情形下亦可能产生二氧化硫之腐蚀 锅炉的水管理 所谓的水管理 系指为排除锅炉水中含有的不纯物所引起的恶劣影响而实施的业务管理 其目的如下 防止受热面产生水垢 防止腐蚀的发生 防止碱性脆化 防止汽水共出 锅炉水的冲放锅炉水会随着蒸发之进行逐渐增加浮游物及溶解盐类的浓度 会产生水垢 为了防止这些情形发生必须排出部分锅炉水换入新水以降低其浓度 这种作业叫做锅炉水的排放 其可分為锅炉定量排放 和锅炉底部排放 注意事项 冲放量愈多锅炉水浓度就愈低 但其药剂浓度也跟着降低 太多的冲放量会导致药剂的浪费 对热量也是一种损失 锅炉之保固当锅炉停机在一星期以内 采用汽鼓充水保固 当压力下降至2kg时 注药泵注入大量化学药剂 提高脱氧剂溶度 pH直至上限值 压力为零时 直至水从汽鼓之排气孔排出 在关闭此阀 但必须注意水不可流至过热蒸汽管 保固期间必须注意不可有任何空气经由任何装置进入锅炉中 否则真空将会降低 当锅炉停机为长期停机时 除了充水保固之外 必须另外在充入氮气 已隔绝空气跑入锅炉内造成腐蚀 当充水完成后 充入之氮气压力应在0 6kg c 以下 并于过热蒸汽管之通气孔充入 同时为获得满意之防蚀效果 氮气之纯度应在99 5 以上 经此种方式保固之锅炉在重开机时 必须在开机初期 将锅炉水以不断地冲放的方式恢复至正常之状态 过热蒸汽管满水注意事项 当锅炉停机测试管路是否泄漏时 必须采用过热蒸汽管满水试压 试压的压力不可超过安全阀设定之压力 试压完毕后必须将压力卸除 试压时锅炉入口温度不可超过100 开机时必须利用锅炉启动阀和排水阀将过热管里面的水气排干 也就说必须延长锅炉启动暖管的时间 清洁及检查锅炉及设备必须定期停机加以检查及清洁 未发现任何异状亦须如此 通常检查之周期为每年一次 可配合停窑弹性实施 如可能的话建议初期运转三月或四月就加以检查 锅炉管路容易因风量的不平均而造成风蚀 故每次停窑都必须检查管路风蚀的状况 且必须加以记录和拍照 作为下次参考依据 锅炉检查的注意事项 不可以用冷水饲入锅炉 以冷却锅炉 必须让锅炉自然冷却至45 方可进入 不可用未处理过的水与化学药剂饲入锅炉 不可用任何种类之油漆涂装于压力配件之内壁 不可以用任何非金属品之配件于锅炉内 当进行锅炉汽鼓内部检查时 必须注意防止任何蒸气从其他管线进入锅炉 对任何进入锅炉之管阀都必须手动关闭 并挂上标签 进入锅炉前必须先进行排气 且必须保持通风 注入新鲜的空气 锅炉检查完毕后 关闭人孔必须注意是否紧闭 并进行水压试验 锅炉水处理目的 效率节省燃料降低用水成本原水废水协助适当用水限制财务减少酸洗频率降低整体维修成本减少停机损失 钝化抑制剂 钝化抑制剂都是氧化剂 增加钢铁电位促进钝化钢铁表面吸附氧化物形成非常薄的一层水合氧化铁保护钢铁 形成阴极 钝化膜被溶解或刮穿 若无足量钝化抑制剂修补则会加速腐蚀 氯离子及硫酸根离子会穿透钝化膜 特定量钝化抑制剂可应付固然浓度的氯离子及硫酸根离子 点蚀 在低流速或静止状态及含有氯离子情况下常促成点蚀发生蚀孔内溶液与外界水隔离而增强腐蚀率蚀孔内的高腐蚀率产生过多的正电荷金属离子而吸引氯离子进而水解产生H 离子 增加蚀孔内的酸性及浓度而更加速腐蚀反应点蚀是一种最具破坏性的腐蚀 PittingCorrosionofMildSteel 隙缝腐蚀 在隙缝或其他与环境隔离区域所发生的局部剧烈腐蚀反应防止隙缝腐蚀的主要方法为防止隙缝产生 设备适当的设计是最实际的方法金属表面若有多孔性沉积物产生 则沉积物下方的溶存氧较低而形成浓度电池的阳极 引起剧烈腐蚀反应 沉积物底部腐蚀 隙缝腐蚀 Na OH O2 M Cl M M M M O2 O2 O2 O2 OH OH OH Cl Cl Na Na Na O2 e e e e e ClassicGalvanicCorrosion ClassicGalvanicCorrosion 双金属腐蚀 两种不同金属接触造成电位差 活性大者腐蚀率增加而活性小者腐蚀率降低工业上常利用此原理来做腐蚀控制称为牺牲阳极最常利用镁块及锌条含铜系统若有铜腐蚀则会回镀在碳钢表面而形成双金属腐蚀 最适宜pH控制范围 8 5 9 2 Increasescoppercorrosion 8 0 Increasesmildsteelcorrosion OptimumpH 炉水pH值对钢材腐蚀图 CHARLES LAWOXYGENSOLUBILITYDECREASESWITHINCREASINGWATERTEMPERATUREHENRY SLAWO2 CONC PO2 g KHENRY SCONSTANTPO2 g PO2 1 水中氧气溶解度 0507090110130150170190210230250 TEMPERATURE F 0102132435466778899110121 TEMPERATURE C GAUGEPRESSUREPOUNDS 10 8 6 4 2 0 4 8 12 16 20 24 28 VACUUMINCHESMERCURY 铁材质的氧气腐蚀 WATER Fe OH 3 O2 Fe2 OH O2 ANODE CATHODE ANODEREACTIONFe Fe 2e CATHODEREACTION1 2O2 H2O 2e 20H 铁在阳极表面被氧化 金属流失氧气在阴极被还原 反应机构 ELECTRONFLOW 氧氣腐蝕控制 沉积抑制剂 利用能形成薄膜化合物的物质沉淀在金属表面抑制腐蚀反应进行 低浓度硅酸盐可抑制已生锈之钢铁继续腐蚀 但是水中须要有铁离子存在 而钙镁离子浓度高时抑制功能会受影响 磷酸盐也可当沉淀抑制剂唯需要氧气来帮助作用 控制氧气腐蚀的目的 避免破管降低腐蚀设备可靠性无中断生产平常维护降低危害性维修允许计划性保养经济上降低整体维修成本减少停机损失