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锅炉水的TDS控制

作为锅炉产生蒸汽，任何在锅炉给水中的任何杂质，都不会用蒸汽煮沸，将集中在锅炉水中。

随着溶解的固体变得越来越集中，蒸汽气泡趋于稳定，当它们到达锅炉的水面时不会破裂。有一个点(取决于锅炉压力、大小和蒸汽负荷)，锅炉中的大部分蒸汽空间充满了气泡，泡沫被带到了蒸汽主管道。

这显然是不可取的，不仅因为蒸汽在离开锅炉时过于潮湿，而且它含有大量的溶解或悬浮固体的锅炉水。这些固体会污染控制阀、热交换器和蒸汽疏水阀。

虽然起泡可能是由于悬浮固体含量高、碱度高或油脂污染所致，但最常见的残留原因(如这些其他因素得到适当控制)是总溶解固体(TDS)含量过高。仔细控制锅炉水的TDS水平，并注意这些其他因素，应确保起泡和残留的风险降至最低。

TDS可以用许多不同的单位表示，表3.12.1给出了从ppm的TDS到其他单位的一些近似换算。

DegrafteBaumé和Degraphledle（也是拼写的Twaddell）是替代液压计尺度。

锅炉水抽样

锅炉水TDS可以通过以下方法测量:

• 取样品，测定锅炉外的TDS，或
• 锅炉内向外部监控器提供信号的传感器。

外部分析取样

在对锅炉水取样时，重要的是要确保它具有代表性。不建议从液位计玻璃或外部控制箱中取样;这里的水是相对纯净的冷凝物，由外部玻璃/腔内的蒸汽不断凝结而成。同样，来自锅炉给水入口连接附近的样品也可能给出错误的读数。

如今，大多数大多数锅炉安装了一个用于TDS排污的连接，并且通常可以从该位置获得代表性的样本。

如果水只是简单地从锅炉中抽出来，那么随着压力的降低，一部分水会剧烈地闪变成蒸汽。这不仅对操作人员有潜在的非常危险，而且由于缺乏浓缩样品的闪蒸，任何后续的分析都将是非常错误的。

由于分析需要冷却的样品，样品冷却器也将节省相当多的时间，并鼓励更频繁的测试。

样品冷却器是一个小型热交换器，使用冷电源水来冷却排污水样。

相对密度法

水的相对密度与其溶解的固体含量有关。对于原水、给水和凝结水来说，它们的相对密度与纯水的相对密度非常接近，因此不能用比重计令人满意地测量出来。然而，对于锅炉水，可以使用比重计来获得溶解固体的近似测量值，因为对于锅炉水，相对密度在15.5℃每增加0.000 1，大约等于110ppm。需要一个非常灵敏的比重计，如果要获得一个令人满意的TDS测量值，就需要小心地操作和使用。程序一般如下:

• 过滤冷却的锅炉水样本，去除任何悬浮固体，否则会给出错误的读数。
• 冷却至15.5°C
• 添加几滴润湿剂以帮助防止粘附到液体计的气泡。
• 将液压仪放入样品中并轻轻旋转以除去气泡。
• 读出相对密度。
• 通过使用等式3.12.1从液压仪提供的表中读取TDS或通过使用等式计算PPM中的TDS：

液压仪是一种精致的仪器，可以很容易地损坏。为避免获得错误读数，应经常检查蒸馏水。

电导率法

水的电导率也取决于所含溶解固体的类型和量。由于酸度和碱度对导电性具有很大的影响，因此在测量其电导率之前需要在锅炉水中中和样品。该程序如下：

• 在冷却的样品(< 25°C)中加入几滴酚酞指示剂溶液。
• 如果样品是碱性的，则获得强紫色。
• 通过下降加入醋酸（通常为5％）以中和样品，混合直至颜色消失。

ppm的TDS近似如公式3.12.2所示:

另外，如图3.12.2所示的电池供电的温度补偿电导率仪适用于在45°C的温度下使用。

锅炉内电导率的测量

有必要测量锅炉内或排污管道内的锅炉水的电导率。显然，通过样品冷却器冷却并中和(pH = 7)得到的样品的条件有很大的不同，主要方面是温差大和pH值高。

温度升高导致导电性增加。对于锅炉水来说，温度每升高1°C，电导率就以大约2%的速率(25°C时的值)增加。这可以写作：

3.12.3例子

锅炉水样在25℃下具有5000μs/ cm的无机电导率。锅炉水在10巴克水的电导率是多少，以每1℃的约2％（值为25℃的值的值）的速率增加。这可以写作：

这意味着温度的影响必须考虑到排放控制器，要么通过自动温度补偿，要么通过假设锅炉压力(因此温度)是恒定的。在负荷变化期间，锅炉压力的微小变化只有相对较小的影响，但如果需要在压力变化很大的锅炉上运行准确的TDS读数，那么自动温度补偿是必不可少的。

细胞常数

用于测量液体电导率的探针具有“细胞常数”。该常数的值取决于探针的物理布局和通过液体的电路。

探针尖端离锅炉的任何部分越远，电池常数就越高。当“校准”控制器时，电池常数的任何差异都被考虑在内。

电导率和电阻与电池常数有关，如式3.12.4所示:

当锅炉水的电导率通过探头转换成电阻时，它不能用简单的直流电阻计来测量。如果在探针上施加直流电压，由于电解水，表面会形成微小的氢或氧气泡。这种效应被称为电解极化，导致测量的电阻要高得多。

因此，有必要使用交流电压来测量探头电阻，这是在排污控制器中总是首选的方法。为了避免在锅炉水的高电导率时发生极化，需要一个相对较高的频率(例如1 000 Hz)。

确定所需的锅炉水TDS

产生泡沫的实际溶解固体浓度因锅炉而异。对于非常小的锅炉，常规的壳式锅炉的TDS值一般在2000ppm范围内，而对于较大的锅炉，TDS值最高可达3500ppm，条件是:

• 锅炉运行压力接近设计压力。
• 蒸汽负荷条件不太严峻。
• 其他锅炉水条件控制正确。

吹入锅炉以维持这些TDS水平应有助于确保合理清洁干燥的蒸汽送到工厂。

表3.12.2提供了一些广泛的指导方针，即某些类型的锅炉锅炉水TDS的最大允许水平。高于这些级别，可能发生问题。

注:表3.12.2中的数字仅供参考。对于具体的建议，应始终咨询锅炉工。

计算排污率

需要提供以下信息:

• 所需锅炉水的TDS (ppm)(表3.12.1)。
• 给水的TDS是百万分之一。

通过查看水处理记录可以得到平均值，或者可以得到给水样品并测量其电导率。

与锅炉水TDS测量一样，电导率（μs/ cm）×0.7 =百万分之一的TDS（在25°C）。

注:所要求的给水样为锅炉给水管或给水箱，不是给水箱补给水样。

• 锅炉产生的蒸汽量，通常以kg/h为单位。在选择排污系统时，最重要的数字通常是锅炉满负荷时能产生的最大蒸汽量。

当上述信息可用时，可以使用等式3.12.5确定所需的排污率：

控制排污速率

有许多不同的方式可以控制排污率。最简单的设备是孔板（图3.12.3）。

孔口尺寸可以基于：

• 流量-计算流量的方法如上所示。
• 压降- 理论上这将是从锅炉压力到大气压。

然而，管道摩擦和背压是不可避免的，因此，为本模块的目的，假定孔板下游侧的压力为0.5 bar g。

存在问题：孔口不可调节，因此只能在一个特定的情况下正确。如果蒸汽速度为：

• 增加- 孔口不会通过足够的水。锅炉TDS级别会增加，并发生起动和携带。
• 减少-小孔会排出过多的水。排放速率会太大，能源会被浪费。

闪烁的

从锅炉中排出的水处于饱和温度，孔口的压力下降几乎等于整个锅炉压力。这意味着大量的水将闪烁到蒸汽，将其体积增加超过1 000。

这种快速而剧烈的状态和孔口体积的变化可能导致孔口的侵蚀和拉丝。这就增加了孔口的尺寸和流量特性(流量系数)，导致排放速率逐渐增加。

蒸汽是一种气体，它比水(液体)传播得快得多。然而，蒸汽和水没有机会正确分离，这导致水滴以非常高的速度随着蒸汽进入管道。这将导致进一步的侵蚀，并可能导致管道和下游设备的水锤。

闪烁的问题随锅炉压力而增加。

还应记住，从锅炉排出的水是脏的，不需要大量的污垢就能限制甚至堵塞一个小孔。

排污阀

连续排污阀

在最简单的形式下，这是针阀。在平面图中，有一个环：

• 由阀座限定的外周。
• 内径由针定义。

如果需要增加流量，则将针调节出座椅，并且针和座之间的间隙增加。

为了确保通过孔板有一个合理的速度，对于排放流量为1 111 kg/h(例3.12.5)所需的孔板尺寸约为3.6 mm。

取阀座直径为10毫米，就可以计算出针在设定为所需流量1 111 kg/h处的直径，如下所示:

因此:解方程可知，在正确设置处的针径为9.33 mm。间隙是直径差的一半。Ve所需流量为1 1111kg /h，如下所示:

这是连续排污阀的一个基本缺点;间隙太小，小颗粒的堵塞难以避免。

此外，还必须解决悬挂阀座上闪烁的问题。低间隙意味着高速蒸汽/水混合物靠近针和座椅的表面流动。侵蚀（无力绘制）是不可避免的，导致损坏并随后未能关闭。

连续排污阀从简单的针阀多年来开发，现在包含许多阶段，可能在阀门中采取三个或四个逐渐较大座椅的形式，甚至包括螺旋通道。目标是逐渐消散能量，而不是立刻逐渐消失。

这种类型的阀门最初设计用于手动操作，并配有秤和指针连接在手柄上。在操作环境中，取锅炉水样，测定的TDS，以及对阀门位置进行的适当调节。

为了跟上现代技术和市场需求的步伐，其中一些连续的排污阀已安装有电动或气动执行器。然而，小额间隙，闪烁和牵引仍然存在的根本问题，阀座损坏是不可避免的。尽管使用闭环控制系统，但会发生过度的排污。

开/关锅炉排污阀

使用更大间隙的更大控制装置是有好处的，但只打开一些时间。显然，如果锅炉的TDS要保持在合理的值之间，则需要调节，而DN15和20阀门是最常见的通径。

一个典型的安排是设置控制器在，例如，3 000 ppm时打开阀门，然后在3 000 - 10% = 2 700 ppm时关闭阀门。这将在合理尺寸的阀门和精确控制之间实现良好的平衡。

• 选择的阀门类型也很重要：
• 对于排污率低且压力小于10bar g的小型锅炉，适当额定的电磁阀将提供一个经济有效的解决方案。

对于具有更高排污率的较大锅炉，并且当然在具有超过10巴G的操作压力的锅炉上，需要更复杂的阀门需要远离阀座闪烁，以保护其免受损坏。

这种类型的阀门还可以具有可调节行程，以允许用户选择适合于锅炉的排污速率以及所使用的任何热回收设备的灵活性。

闭环电子控制系统

这些系统测量锅炉水的导电性，将其与设定点进行比较，如果TDS水平过高，则打开排污控制阀。

市场上有许多不同的类型，可以测量锅炉内部的电导率，或在一个外部取样室，定期清洗以获得具有代表性的锅炉水样品。实际的选择将取决于锅炉类型、锅炉压力和需要吹下的水量等因素。

这些系统旨在使用电导率探针测量锅炉水导电。

测量值与用户编程进控制器的设定值进行比较。如果测量值大于设定值，则排污控制阀打开，直到达到设定值。通常，用户还可以调整“死带”。

如前所述，水温升高会导致导电性增加。显然，如果锅炉在较宽的温度/压力范围内运行，例如锅炉在夜间运行，或者锅炉带有较宽的燃烧器控制带，那么就需要进行补偿，因为导电性是控制因素。

自动TDS控制的好处

• 自动化的劳动优势。
• 加强对锅炉TDS水平的控制。
• 排放热回收系统(安装的地方)的潜在节约。

下面的文本和例3.12.6描述了由于排放速率降低而进一步节省的计算。

在本方法仅仅从锅炉底部手动排污的情况下，通过查看过去的水处理记录可能是可能的，以了解锅炉TD在几周内变化的一些想法。通过检查，可以建立平均TDS图。如果实际最大值小于最大允许的数字，则平均值如图所示。在实际最大值超过最大允许的情况下，应按比例按比例缩放所获得的平均值，因为期望永远不会超过最大允许的TDS图。

3.12.6例子

图3.12.8显示，在操作良好的人工井底排污情况下，平均TDS明显低于最大允许值。例如，最大允许TDS可能是3 500ppm，而平均TDS仅为2 000ppm。这意味着实际的排污率远远大于所需的。根据给水TDS为200ppm，实际排污率为:

通过安装自动TDS控制系统，平均锅炉水TD可以保持在几乎等于最大允许TDS的水平，如图3.12.9所示;

通过降低排污率来评估节约

如果锅炉供给给定量的蒸汽，则吹出的水必须除此量之外。排污时丢失的能量是供应到加热到饱和温度的额外水量的能量，然后吹出。

用蒸汽表可以得到近似的结果。

根据例3.12.5中的数字，如果锅炉一直以10bar g运行，以5 000 kg/h蒸，给水温度为80°C (hf = 335 kJ/kg)，则需要能量的变化可计算如下:

条件1，手动TDS控制:排污率= 11.1%

例子3.12.7

条件2、TDS自动控制: