48-1-第三节--蒸汽净化

48-1第三节蒸汽净化蒸汽品质对汽轮机、锅炉等热力设备的安全经济运行影响很大，尤其是高参数及以上的热力设备，对蒸汽品质的要求极高。为此，现代锅炉要求蒸汽严格净化，以保证蒸汽品质合格。本节重点蒸汽、给水及炉水品质的标准蒸汽污染的原因净化蒸汽的各种装置锅炉排污和典型汽包内部装置48-2一、蒸汽污染的危害和对蒸汽品质的要求（一）蒸汽污染对电厂热力设备的危害含盐蒸汽在过热器中过热时，部分盐分会沉积在过热器管壁上形成盐垢。易造成管子过热损坏。一部分盐随蒸汽流动，沉积在管道阀门处，可能造成阀门卡涩和漏汽。沉积在汽轮机部分，会使喷嘴叶片的叶型改变，汽轮机效率降低；使轴向推力与叶片应力增大；影响转子平衡，甚至造成重大事故。48-3（二）对蒸汽品质的要求蒸汽品质定义：一般用单位质量蒸汽中所含杂质的数量来表示。它反映了蒸汽的清洁程度，蒸汽中杂质含量愈少，蒸汽愈清洁，蒸汽品质愈好。蒸汽中所含杂质为绝大部分是盐类，故通常多以蒸汽中含盐量的多少表示蒸汽的品质。含盐量愈多，蒸汽品质愈差。48-4为了保证锅炉、汽轮机等热力设备的长期安全经济运行，我国《火力发电厂水汽质量标准》对蒸汽的含盐量提出了明确要求，如表6－4所示。监督的主要项目是含钠量和含硅量：＊争取标准为5g/kg。表6－4蒸汽品质标准钠（g/kg）炉型压力（Mpa）磷酸盐处理挥发性处理二氧化硅（g/kg）3.82~5.78凝汽式发电厂15热电厂20汽包炉5.88~18.6210*10直流炉5.88~18.62*102048-5二、蒸汽污染的原因蒸汽被污染的原因进入锅炉的给水中含有杂质。给水进入锅炉汽包以后，蒸发受热面中不断蒸发产生蒸汽，使炉水含盐浓度大大超过给水含盐浓度。炉水中的盐分进入到蒸汽中的方式：一是饱和蒸汽带水，也称为蒸汽的机械携带：二是蒸汽直接溶解某些盐分，也称为蒸汽的选择性携带。在高压以上的锅炉中，蒸汽的清洁度决定于蒸汽带水和蒸汽溶盐两个方面。48-6（一）饱和蒸汽带水蒸汽带水的含盐量，取决于携带水分的多少及炉水含盐量的大小，其关系可用下式表示，即8)-(6mg/kg100lssqSS48-7当汽流速度一定时，可根据汽流升力与水滴在蒸汽中的重力两者之间的平衡关系确定，即gdwpd'maxmax62432243'2maxgwd将上式整理后可得：48-8汽流速度w越大，蒸汽压力p越高，能被汽流带走的最大水滴直径越大。水滴直径一定，将水滴带走的最小汽流速度：'155.13'4mingddgw48-9影响蒸汽带水的主要因素1.锅炉负荷的影响锅炉负荷增加时，由于产汽量增加，一方面使进入汽包的汽水混合物动能增加，从而导致锅炉生成的细微水滴增多；另一方面也使汽包蒸汽空间的汽流速度增大，因而蒸汽湿度增加，蒸汽品质随之恶化。汽流速度可用锅炉的蒸发强度表示，而锅炉的蒸发强度则是用“蒸汽空间负荷”和“蒸发面负荷”表示的。48-10蒸汽空间负荷是指通过单位蒸汽空间的蒸汽容积流量，用符号Rk表示，即Rk=D″/Vm3/(m3•h)蒸发面负荷是指通过单位蒸发面积的蒸汽容积流量，用符号Rm表示，即Rm=D″/Am3/(m2•h)当蒸汽参数和汽包尺寸一定时，随着锅炉负荷增加，蒸汽空间负荷和蒸发面负荷增加，从而使蒸汽流速增加和蒸汽在汽包内逗留时间缩短，结果使蒸汽湿度增加。48-11在炉水含盐量一定的情况下，锅炉负荷与蒸汽湿度的关系可用如下公式表示：=ADn(6-9)上式关系用图6－11表示。从图中可以看出，随着锅炉负荷的增加，蒸汽的湿度增加。蒸汽湿度一般不允许超过0.1%。48-122.蒸汽压力的影响蒸汽压力愈高，汽水密度密度差减小，大水滴利用重力分离较困难，而高压蒸汽卷吸水滴的能力却增强；汽压升高，饱和水温升高，水的表面张力减小，汽泡容易破碎成小水滴，被蒸汽带走。因此，对于高压锅炉，蒸汽空间负荷应比中压锅炉低。48-13对运行中的锅炉，当压力骤降时，将使锅水骤然沸腾，汽水容积膨胀，穿过蒸发面的蒸汽量增多，蒸汽大量带水，蒸汽品质恶化。48-143.蒸汽空间高度的影响蒸汽空间高度对蒸汽带水的影响，其关系如下图所示。所以不必要采用过大的汽包尺寸。48-15为了保证汽包有足够的蒸汽空间高度，通常汽包的正常水位应在汽包中心线以下100200mm处。锅炉正常运行时，水位应保持在正常水位线5075mm范围内波动，当水位过高，会使蒸汽空间高度减小，使蒸汽湿度增加。且水位过高时，当负荷突然增加或压力突然降低时，将导致虚假水位发生。48-164.炉水含盐量的影响蒸汽温度与炉水含盐量的关系如图6－12所示。临界含盐量定义：当炉水含盐量增大到某一数值时，将使蒸汽带水量急剧增加，这时的锅水含盐量称为临界含盐量。48-17出现临界炉水含盐量的原因：由于炉水含盐量增加，使炉水的粘性增大，使汽泡在汽包水容积中的含汽量增多，促使汽包水容积膨胀。且使水面上的泡沫层增厚。这些原因都将使蒸汽带水量增加。48-18（二）蒸汽的溶盐1.高压蒸汽溶盐原因及影响因素原因是随着压力提高，蒸汽的密度不断增大，同时饱和水的密度相应降低，蒸汽的密度逐渐近于水的密度，蒸汽的性质也愈接近水的性质，蒸汽能直接溶解某些盐类。且高压蒸汽的溶盐具有选择性。高压蒸汽的溶盐量，可用下式表示，即10)-(6mg/kg100'lsrjqSaS48-19所示。指数如表有关，各种盐的溶解溶解指数，与盐的种类—其中有关。试验表明大小与压力和盐的种类的比值百分数。其含量与此种盐分在炉水中的含量解于蒸汽中的某种盐分为溶解系数，它表示溶6-6n11)-(6nlsrjqaSSa48-20蒸汽对各种盐类的溶解能力不同，具有选择性，因而可将锅炉炉水中的各种盐分分为三类。第一类分为硅酸（SiO2、H2SiO3等），其溶解系数最大，当压力超过6MPa时，则应考虑蒸汽溶解硅酸对蒸汽品质的影响。第二类盐分有NaOH、NaCl、CaCO3等，当压力超过15MPa时，则应在考虑硅酸溶解的同时还应考虑该类盐分的溶解；第三类盐分有Na2SO4、Na2SiO3等，这是一些难溶的盐分，其溶解系数很低。当压力小于20MPa时，可以不考虑其对蒸汽品质影响。48-21一组数据：（/´）=0.6时n=4.1a=0.123n=1.9a=0.379（/´）=0.8时n=4.1a=0.401n=1.9a=0.65448-222.硅酸在蒸汽中的溶解特性硅酸在高压蒸汽中的溶解具有两个重要特性：其一是硅酸在蒸汽中的溶解度最大；其二是硅酸以分子形式溶解在蒸汽中。炉水中的硅酸和硅酸盐能互相转化，且如下的化学平衡关系：上述反应究竟朝那个方向进行，取决于炉水中pH值大小。提高炉水pH，有利于硅酸转变为难溶于蒸汽的硅酸盐，但不宜超过12。OHSiONa2322322SiOHNaOHOHOSiNa25223322SiOHNaOH48-233.硅酸的沉积部位硅酸一般不在过热器中沉积，因为它易溶解于高压蒸汽中。而在进入汽轮机后，随着压力降低溶解度下降，在中、低压缸中开始大量析出，形成难溶于水的SiO2，很难用水和蒸汽将其清洗干净。48-24（三）提高蒸汽品质的基本途径基本途径：降低饱和蒸汽带水、减少蒸汽中的溶盐和降低炉水含盐量。为了降低饱和蒸汽带水，应建立良好的汽水分离条件和采用完善的汽水分离装置。为了减少蒸汽中的溶盐，可适当控制炉水碱度及采用蒸汽清洗装置；为了降低炉水含盐量，可采用提高给水品质、进行锅炉排污及采用分段蒸汽等办法。48-25三、汽包内部装置汽包内部装置主要由汽水分离装置和蒸汽清洗装置组成。（一）汽水分离装置汽水分离装置的任务，是把蒸汽中的水分尽可能地分离出来，以提高蒸汽品质。汽水分离装置一般是利用以下几种基本原理进行工作的：重力分离，惯性力分离，离心力分离，水膜分离。48-26汽包内的汽水分离过程汽包内的汽水分离过程，一般分为两个阶段一是粗分离阶段（一次分离阶段），其任务是消除汽水混合物的动能，并进行初步的汽水分离，使蒸汽的温度降到0.5％1％；二是细分离阶段（二次分离阶段），其任务是将蒸汽中的水分作进一步的分离，使蒸汽湿度降低到0.01％0.03％。48-27对汽水分离设备的主要要求为了保证蒸汽品质符合规定，对汽水分离设备的主要要求是：一是分离效果要好；二是尽可能地降低汽水混合物的动能，以减少汽包水面的波动和水滴的飞溅；三是均衡汽包内的蒸汽流速，并使其不过高，以便充分利用自然分离作用。目前我国电厂锅炉采用的汽水分离装置有进口挡板，旋风分离器、波形板分离器、多孔板等几种。48-281.进口挡板进口挡板也称之为导向挡板，当汽水混合物引入汽包的蒸汽空间时，在其管子汽包处装设进口挡板，如图所示。48-29进口挡板的作用：用来消除汽水混合物的动能，使汽水初步分离，以达到粗分离的目的。工作过程：当汽水混合物碰撞到挡板上时，动能被消耗，速度降低。汽水混合物从板间流出来时，在转弯和板上的水膜粘附作用下，使蒸汽中的水滴分离出来。48-302.旋风分离器旋风分离器是效果很好的粗分离装置，分内置式和外置式两种。装在汽包内的叫内置式旋风分离器；装在汽包外的叫外置式旋风分离器。内置式旋风分离器：构造如图6－13所示。48-3148-32工作原理：汽水混合物由连接罩切向进入分离器筒体后，产生旋转运动，在离心力作用下进行汽水分离，分离出来的水分被抛向筒壁，沿筒壁流下，由筒底导向叶片排入汽包水容积中。蒸汽向上流经波形板分离器时，在重力和波形板的作用下，也会分离出一些水分。48-33溢流环可以防止上升的蒸汽从筒体上部的薄水膜层中带出水分；导向叶片能防止蒸汽从筒体下部穿出并使水缓慢平稳地流入汽包水空间；为了消除从筒体下部流出的水的旋转运动，稳定汽包水位，可在汽包内采用左旋与右旋交错布置旋风分离器的方法。48-34为了提高内置旋风分离器的分离效果，应采用较高的汽水混合物入口速度和较小的筒体直径。一般，高压和超高压锅炉该速度为4~6m/s；筒体直径为260、290、315、350mm。48-35例如DG1000t/h自然循环锅炉采用315旋风分离器，共108只；SG1025t/h亚临界压力强制循环锅炉，采用254涡轮式旋风分离器，每只最大出力为18.6t/h，共56只。48-36内置旋风分离器的主要优点是：（1）消除并有效地利用汽水混合物的动能。（2）能在炉水含盐浓度较高的情况下工作。（3）沿汽包长度均匀布置，使汽流分布较均匀，避免局部蒸汽流速较高的现象发生。（4）不承受内压力，因而可用薄钢板制成，加工容易，金属耗量小。缺点：因装在汽包内，高度受到限制，使它的分离效果受到影响，可与其它设备配合使用；旋风分离器的数量较多，拆装检修工作量大。48-37（二）蒸汽清洗装置蒸汽清洗装置的任务是降低蒸汽中的溶盐，尤其是应注意降低蒸汽中溶解的硅酸以改善蒸汽品质。采用给水清洗蒸汽的方法来降低蒸汽中溶解的盐分。蒸汽清洗的基本原理是让含盐低的清洁给水与含盐高的蒸汽相接触，从而减少蒸汽溶盐，且使蒸汽携带炉水中的盐分转移到清洗的给水中，从而降低蒸汽的机械携带含盐量，使蒸汽的品质得到了改善。48-38平孔板式穿层清洗装置它的结构如图6－15（b）所示。48-39蒸汽自下而上通过孔板，由清洗水层穿出，进行起泡清洗。给水均匀分配到孔板上，通过挡板溢流到汽包水室。清洗板上的水层靠一定的蒸汽穿孔速度将其托住。平孔板式穿层清洗装置结构简单，阻力损失小，清洗面积大，清洗效果很好。缺点是锅炉在低负荷下工作时，清洗水会从孔板的小孔中漏下，出现干孔板区。48-40影响蒸汽清洗效果主要因素清洗水品质：清洗水越干净，清洗效果越好。清洗水量：给水全部作为清洗水时，使清洗水的品质提高,但会使蒸发受热面负荷增大，使清洗前的蒸汽带水量增加，其含盐量增加，反而不利于清洗。一般只采用