第三節(jié) 蒸汽凈化

1、第三節(jié) 蒸汽凈化 一、蒸汽污染對(duì)熱力設(shè)備的危害 1.蒸汽品質(zhì)：每kg蒸汽中的含雜質(zhì)（鈉鹽、硅酸、CO2、NH3等）的數(shù)量。 2.蒸汽含鹽的危害： （1）過熱器和再熱器。雜質(zhì)沉積在管子內(nèi)壁形成鹽垢，使蒸汽流通截面變小，流阻增加；傳熱減弱,管壁溫度升高； （2）蒸汽管道閥門?？赡芤痖y門動(dòng)作失靈、漏汽； （3）汽輪機(jī)通流部分 改變?nèi)~片型線，減少蒸汽流通面積，增加阻力，出力及效率降低；嚴(yán)重時(shí)，可造成調(diào)速機(jī)構(gòu)卡澀、軸向力增大，破壞轉(zhuǎn)子止推軸承；葉片結(jié)鹽垢嚴(yán)重，還可能影響轉(zhuǎn)子的平衡而造成重大事故。 二、蒸汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 為了保證熱力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須保證蒸汽潔凈，表中列出了電廠鍋爐的蒸汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。蒸汽質(zhì)

2、量標(biāo)準(zhǔn) 從表中可見，監(jiān)督的主要項(xiàng)目是鈉和硅的含量。這是因?yàn)椋?（）蒸汽中的鹽類主要為鈉鹽，所以通過測(cè)量蒸汽的含鈉量可以監(jiān)督蒸汽的含鹽量；（）硅酸的溶解度最大，高壓及以上蒸汽中就能溶解硅酸；另外，蒸汽溶解的硅酸會(huì)沉積在汽輪機(jī)的通流部分，形成難溶于水的二氧化硅沉積物，難于用濕蒸汽清洗法去除，從而對(duì)汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很大影響。 從表中還可見，蒸汽壓力越高，對(duì)蒸汽品質(zhì)要求越高。這是因?yàn)檎羝麉?shù)愈高，蒸汽的比容越小，汽輪機(jī)的蒸汽流通面積相應(yīng)減小，鹽質(zhì)沉積的危害性越大。當(dāng)蒸汽品質(zhì)在表中規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)熱力設(shè)備的影響不大。 三、蒸汽污染原因 根本原因：給水和爐水含鹽，且SgsSls 直接原因：（1）機(jī)

3、械攜帶：因飽和蒸汽攜帶含鹽鍋水使蒸汽污染的現(xiàn)象。（2）溶解攜帶：因飽和蒸汽直接溶解某些鹽類而使蒸汽污染的現(xiàn)象。 蒸汽污染的原因，對(duì)中低壓鍋爐，只有機(jī)械攜帶；對(duì)高壓及以上鍋爐，既有機(jī)械攜帶，又有溶解性攜帶。 （一）飽和蒸汽的機(jī)械攜帶式中 SJq機(jī)械攜帶的鹽量，mg/kg； 蒸汽濕度，即蒸汽中所帶水分的質(zhì)量占濕蒸汽質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，%； Sls鍋水含鹽量，mg/kg 。 影響機(jī)械攜帶的因素有蒸汽濕度和鍋水含鹽量。 1.影響蒸汽濕度的因素 （1）水滴的形成。汽水混合物進(jìn)入汽包時(shí)，具有較大動(dòng)能，沖擊和撞擊作用產(chǎn)生水滴；汽包水面有許多汽泡，汽泡破裂時(shí)產(chǎn)生許多細(xì)小水滴。 （2）水滴的受力分析和最小汽流速度 水

4、滴受三個(gè)力作用：重力（）、浮力（）和汽流力（），由力的平衡方程式得， 最小汽流速度： 由此得到：水滴越大、工作壓力越低，最小汽流速度越大。蒸汽濕度與鍋爐負(fù)荷的關(guān)系蒸汽濕度與蒸汽空間高度的關(guān)系 （3）影響蒸汽濕度的主要因素 1）鍋爐負(fù)荷： 負(fù)荷越大，蒸汽濕度越大。 2）工作壓力：p升高，-減小，汽水分離困難；p升高,飽和溫度升高，小水滴數(shù)目增多。 3）蒸汽空間高度： 蒸汽空間高度是指汽包水位面到飽和蒸汽引出管的距離。 從圖中可見，蒸汽空間高度在一定范圍內(nèi)對(duì)蒸汽濕度影響較大，即隨著蒸汽空間高度的增加，蒸汽濕度迅速減小。當(dāng)蒸汽空間高度達(dá)到0.6m以上時(shí)，蒸汽濕度變化已很平緩；而達(dá)到1.01.2m時(shí)，

5、蒸汽濕度就不再變化。 蒸汽濕度與鍋水含鹽量的關(guān)系 4）鍋水含鹽量： 蒸汽濕度與鍋水含鹽量的關(guān)系如圖示。 鍋水含鹽量在最初的一定范圍內(nèi)增加時(shí)，蒸汽濕度不變。但是，機(jī)械攜帶的鹽量卻隨鍋水含鹽量的增加成正比的增大。 當(dāng)鍋水含鹽量增大到某一數(shù)值時(shí)，蒸汽濕度會(huì)突然增大，從而使蒸汽含鹽量急劇增大，蒸汽品質(zhì)惡化。這時(shí)的鍋水含鹽量稱為臨界鍋水含鹽量Slj。 對(duì)具體鍋爐的臨界含鹽量應(yīng)通過熱化學(xué)試驗(yàn)確定，并應(yīng)使實(shí)際鍋水含鹽量遠(yuǎn)低于鍋水臨界含鹽量。 （二）飽和蒸汽的溶解攜帶式中：a為分配系數(shù)， 與壓力有關(guān)； 1高壓蒸汽溶鹽的特點(diǎn) （1）過熱蒸汽也能溶鹽； （2）隨著壓力的提高，蒸汽溶解鹽分的能力增強(qiáng)； （3）高壓蒸

6、汽的溶鹽具有選擇性 第一類： 溶解系數(shù)a最大 ，H2SiO3。 第二類：溶解系數(shù)a次之，NaOH、NaCl、CaCl2等 ，p14MPa考慮。 第三類：溶解系數(shù)a最小， Na2SO4、CaSO4、MgSO4、Na2SiO3、Na3PO4等。P20MPa時(shí)考慮。 2硅酸在蒸汽中的溶解特性 （1）硅酸在蒸汽中的溶解度最大（易沉積部位是汽輪機(jī)低壓缸）； （2）硅酸以分子形式溶解在蒸汽中。 鍋水中：Na2SiO3+2H2O2NaOH+H2SiO3 因此，鍋水pH值在910范圍內(nèi)為宜。 （三）提高蒸汽品質(zhì)的途徑 1.減小機(jī)械攜帶：汽包內(nèi)加裝汽水分離裝置，如進(jìn)口擋板、旋風(fēng)分離器、波形板分離器、頂部多孔板等

7、； 2.減小溶解攜帶：進(jìn)行蒸汽清洗，維持爐水PH值控制硅酸含量； 3.提高給水和爐水品質(zhì)：加強(qiáng)爐前化學(xué)水處理，爐內(nèi)進(jìn)行加藥、排污，控制爐水含鹽量。 四、汽包內(nèi)部裝置 （一）汽水分離裝置 1.汽水分離目的：減小蒸汽帶水，從而減少蒸汽的機(jī)械攜帶。 2.汽水分離原理 ）重力分離利用汽和水重度不同，在蒸汽向上流動(dòng)時(shí)，一部分重力大的水滴會(huì)被分離出來。 ）離心分離利用汽水混合物作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力進(jìn)行分離，水滴的密度大，離心力也大，這樣水滴會(huì)脫離汽流而被分離出來。 ）慣性分離利用汽水混合物改變流向時(shí)產(chǎn)生的慣性力進(jìn)行分離，密度大的水滴，慣性力大，水滴會(huì)脫離汽流被分離出來。 ）水膜分離(黏性力分離)汽水混

8、合物中的水滴，能粘附在金屬壁面，形成水膜流下而被分離。 3.分離過程 汽包內(nèi)的汽水分離的過程，一般分為兩個(gè)階段：第一階段是粗分離階段（又稱為一次分離），其任務(wù)是消除進(jìn)入汽包的汽水混合物的動(dòng)能，并將蒸汽和水初步分離；第二階段是細(xì)分離階段（又稱為二次分離）,其任務(wù)是把蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴分離，進(jìn)一步降低蒸汽濕度。 4.分離設(shè)備 1)進(jìn)口擋板； 2)旋風(fēng)分離器； 3)波形板分離器（又稱波形百葉窗，或叫波紋板干燥器） ； 4)頂部多孔板等。進(jìn)口擋板旋風(fēng)分離器 圖旋風(fēng)分離器的連接方式（a）單位式；（b）總聯(lián)箱式；（c）分聯(lián)箱式 波形板分離器頂部多孔板1蒸汽引出管；2盲板；3頂部多孔板 蒸汽清洗裝置（a）

9、鐘罩式；（b）平孔板式 （二）蒸汽清洗裝置 1.目的：利用濃度差，使蒸汽中的鹽分?jǐn)U散到清洗水中，從而減少溶解攜帶，并能減少機(jī)械攜帶。 2.原理：因鹽分在蒸汽中的溶解度大于在給水中的溶解度，當(dāng)蒸汽經(jīng)過清洗給水層時(shí)，蒸汽中的鹽分?jǐn)U散到清洗水中。 3.裝置分類：鐘罩式、平孔板式 4.影響清洗效果的因素 影響蒸汽清洗效果的因素主要有：清洗水量、水層厚度、清洗水品質(zhì)和清洗前蒸汽的含鹽量等。 1.鍋爐水工況及處理 1）鍋水品質(zhì)對(duì)鍋爐工作的影響 2）鍋內(nèi)水處理 鍋內(nèi)加藥：用Na3PO4和Na2HPO4的混合藥液加入鍋水中，將鈣、鎂離子轉(zhuǎn)化為絮狀的不溶性水渣（水化磷灰石）。 CaSO4+Na3PO4+Na2H

10、PO4 Ca3(PO4)2Ca(OH)2+Na2SO4 （三）鍋爐水質(zhì)工況及水處理鍋水加藥系統(tǒng) 2.鍋爐排污 1）排污的分類 連續(xù)排污：排掉含鹽濃度大的鍋水，連排污管裝于汽包蒸發(fā)面附近。 定期排污：排掉爐水中的不溶性雜質(zhì)、鐵銹等，裝于水冷壁下聯(lián)箱。連續(xù)排污裝置1連續(xù)排污管；2節(jié)流孔板；3排污引出管；4連續(xù)排污主管；5汽包定期排污系統(tǒng)1水冷壁下聯(lián)箱；2排污管；3排污門；4節(jié)流孔板；5止回閥；6汽包的事故放水管；7排污母管 排污率：排污率是指排污量占鍋爐蒸發(fā)量的百分?jǐn)?shù)。其計(jì)算式為：式中：Sgs給水含鹽量，mg/kg；Sq飽和蒸汽含鹽量，mg/kg；Sls鍋水含鹽量，mg/kg。 一般飽和蒸汽的含鹽量Sq很小，可忽略不計(jì)，則可得： 由上式知：鍋爐排污率大小主要與給水含鹽量和鍋水含鹽量有關(guān)。降低給水含鹽量或提高排污水含鹽量，可減少排污率。因此，排污位置應(yīng)在含鹽量最大的地方，效果最好。 （四）分段蒸發(fā) 在給水含鹽量一定時(shí)，提高蒸汽品質(zhì)和減少鍋爐排污是一對(duì)矛盾。解決這個(gè)矛盾的方法就是采用分段蒸發(fā)。所謂分段蒸發(fā)系統(tǒng)就是利用隔板將汽包水容積分為兩個(gè)區(qū)域（凈段和鹽段 ）。 分段蒸發(fā)系統(tǒng)的兩個(gè)區(qū)域各有其自己的下降管和上升管，形成獨(dú)立的循環(huán)回路。給水全部引入凈段，經(jīng)蒸發(fā)后，將凈段的鍋水作為給水通過隔板上的連通孔送入鹽段繼續(xù)蒸發(fā)。顯然鹽段鍋水的含鹽濃度明顯要比凈段高，鍋爐排污從鹽段排出