2-14 作为锅炉水、汽系统工质的水,它具有什么特性?
答:在锅炉及工业生产工艺中,使用的热媒大多数为水,因此,对其物理、化学性质及其一些重要特性必须掌握。
1.压力与温度
水的一个重要性质是一定的温度对应一定的汽化压力(饱和压力),或者说,一定的压力对应一定的饱和温度。表2-9给出了饱和水和水蒸气的比体积及含热量。其中一定的压力对应一定的饱和温度。
表2-9 饱和水和水蒸气的比体积及含热量表
这一重要特性,对热水锅炉,系统的设计及运行影响很大。为保证高温水在锅炉及系统中不发生汽化,必须维持一定的压力。
2.比热容cp
水的比热容随温度增高,水在60°C的比热容为4.1868kJ/(kg·°C),150°C时比热容为4.32kJ/(kg·°C),到230°C时增加到4.69kJ/(kg·°C)因此,当水的压力和温度增高时,水的吸热量是不同的。但在实际工程计算中,由于供、回水的比热容差值很小,可近似地认为比热容值均为4.1868kJ/(kg·°C),这样可以给系统设计带来一定的裕量。由于水的容积比热容比蒸汽的容积比热容大很多倍,故热水系统具有很大的蓄热量,可以用较小的管径输送较大的热量。
3.动和黏度系数μ和运动黏度系数ν
热水温度升高后水的动力黏度和运动黏度均降低,如水温从100°C升至230°C,动力黏度系数将降低42%。而运动黏度ν的大小将影响热水的摩擦因数和放热系数。如温度由80°C升到200°C时,其运动黏度系数由0.368m2/s降到0.161m2/s。若减少43.7%,则可使摩擦阻力降低10%~15%。
4.热导率λ
水的热导率比一般流体略大,与同温度下饱和蒸汽相比约大十几倍。但其本身的热导率相对地讲仍较小,因此,在同一容器中的水如处于静止状态时,则相邻水层间的热流也比较小,这样处于容器底部温度较低的水,很难从温度较高的上部水层吸取热量。这一特性对于烟水管锅炉和立式蓄热器的设计很重要。
5.密度ρ
水的密度随温度升高而减少(在4°C以上),对热水锅炉,这一性质很重要,因为它将影响系统中的水,由于水温变化而引起的体积胀缩,它关系到系统中膨胀水箱的设计。
由于水的体积随温度的变化而产生胀缩,它增加了热水系统的结构设计的复杂性。同时由于水的密度较大(不论温度高低),它本身所具有的重量在系统中将形成显著的静压,这对复杂地形条件下,系统的设计和运行均带来麻烦。此外,由于密度大,输送热水所消耗的能量也大。
另外,水的压缩性很小,受到压力时以相等大小的压力向各个方向均匀传递,锅炉及其他受压容器作水压试验,就是利用这一性质。
6.水中含有各种杂质
由于水源不同,水中各种杂质不尽完全相同。一般杂质有:
(1)悬浮物 一般是污泥和一些混合物,它能与锅炉中沉淀物混合生成坚硬的水垢。
(2)胶体物质 在水中呈微粒状态,颗粒很小,是许多分子集合成的个体,主要成分有铁、铝、硅、铬的化合物及一些有机物。
(3)溶解杂质 杂质中有钙盐、镁盐,钠盐等,这些物质容易在锅炉中形成水垢。水中还有溶解气体,一般是O2和CO2。这些气体容易腐蚀金属。
因此,水作为锅炉中热媒工作介质,必须进行各种水处理,如澄清、过滤、软化、除氧等,才能使用。