48-1-第三節(jié)-蒸汽凈化

48-1第三節(jié)蒸汽凈化蒸汽品質(zhì)對(duì)汽輪機(jī)、鍋爐等熱力設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大，尤其是高參數(shù)及以上的熱力設(shè)備，對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求極高。為此，現(xiàn)代鍋爐要求蒸汽嚴(yán)格凈化，以保證蒸汽品質(zhì)合格。本節(jié)重點(diǎn)蒸汽、給水及爐水品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)蒸汽污染的原因凈化蒸汽的各種裝置鍋爐排污和典型汽包內(nèi)部裝置48-2

一、蒸汽污染的危害和對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求（一）蒸汽污染對(duì)電廠熱力設(shè)備的危害含鹽蒸汽在過熱器中過熱時(shí),部分鹽分會(huì)沉積在過熱器管壁上形成鹽垢。易造成管子過熱損壞。一部分鹽隨蒸汽流動(dòng),沉積在管道閥門處,可能造成閥門卡澀和漏汽。沉積在汽輪機(jī)部分,會(huì)使噴嘴葉片的葉型改變,汽輪機(jī)效率降低；使軸向推力與葉片應(yīng)力增大；影響轉(zhuǎn)子平衡,甚至造成重大事故。。48-3（二）對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求蒸汽品質(zhì)定義:一般用單位質(zhì)量蒸汽中所含雜質(zhì)的數(shù)量來表示。它反映了蒸汽的清潔程度，蒸汽中雜質(zhì)含量愈少，蒸汽愈清潔，蒸汽品質(zhì)愈好。蒸汽中所含雜質(zhì)為絕大部分是鹽類，故通常多以蒸汽中含鹽量的多少表示蒸汽的品質(zhì)。含鹽量愈多，蒸汽品質(zhì)愈差。。48-4為了保證鍋爐、汽輪機(jī)等熱力設(shè)備的長(zhǎng)期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，我國(guó)《火力發(fā)電廠水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)蒸汽的含鹽量提出了明確要求，如表6－4所示。監(jiān)督的主要項(xiàng)目是含鈉量和含硅量:＊爭(zhēng)取標(biāo)準(zhǔn)為5g/kg。48-5二、蒸汽污染的原因蒸汽被污染的原因進(jìn)入鍋爐的給水中含有雜質(zhì)。給水進(jìn)入鍋爐汽包以后，蒸發(fā)受熱面中不斷蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，使?fàn)t水含鹽濃度大大超過給水含鹽濃度。爐水中的鹽分進(jìn)入到蒸汽中的方式:一是飽和蒸汽帶水，也稱為蒸汽的機(jī)械攜帶:二是蒸汽直接溶解某些鹽分，也稱為蒸汽的選擇性攜帶。在高壓以上的鍋爐中，蒸汽的清潔度決定于蒸汽帶水和蒸汽溶鹽兩個(gè)方面。。48-6（一）飽和蒸汽帶水蒸汽帶水的含鹽量,取決于攜帶水分的多少及爐水含鹽量的大小,其關(guān)系可用下式表示,即影響蒸汽帶水的因素有哪些？48-7當(dāng)汽流速度一定時(shí),可根據(jù)汽流升力與水滴在蒸汽中的重力兩者之間的平衡關(guān)系確定,即48-8汽流速度w越大，蒸汽壓力p越高，能被汽流帶走的最大水滴直徑越大。水滴直徑一定，將水滴帶走的最小汽流速度:48-9影響蒸汽帶水的主要因素1.鍋爐負(fù)荷的影響鍋爐負(fù)荷增加時(shí),由于產(chǎn)汽量增加,一方面使進(jìn)入汽包的汽水混合物動(dòng)能增加,從而導(dǎo)致鍋爐生成的細(xì)微水滴增多；另一方面也使汽包蒸汽空間的汽流速度增大,因而蒸汽濕度增加,蒸汽品質(zhì)隨之惡化。汽流速度可用鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度表示,而鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度則是用“蒸汽空間負(fù)荷”和“蒸發(fā)面負(fù)荷”表示的。48-10蒸汽空間負(fù)荷是指通過單位蒸汽空間的蒸汽容積流量,用符號(hào)Rk表示,即Rk=D″/Vm3/(m3?h)蒸發(fā)面負(fù)荷是指通過單位蒸發(fā)面積的蒸汽容積流量,用符號(hào)Rm表示,即Rm=D″/Am3/(m2?h)當(dāng)蒸汽參數(shù)和汽包尺寸一定時(shí),隨著鍋爐負(fù)荷增加,蒸汽空間負(fù)荷和蒸發(fā)面負(fù)荷增加,從而使蒸汽流速增加和蒸汽在汽包內(nèi)逗留時(shí)間縮短,結(jié)果使蒸汽濕度增加。。48-11在爐水含鹽量一定的情況下，鍋爐負(fù)荷與蒸汽濕度的關(guān)系可用如下公式表示:=ADn(6-9)上式關(guān)系用圖6－11表示。從圖中可以看出，隨著鍋爐負(fù)荷的增加，蒸汽的濕度增加。蒸汽濕度一般不允許超過0.1%。。工作區(qū)48-12

2.蒸汽壓力的影響蒸汽壓力愈高,汽水密度密度差減小,大水滴利用重力分離較困難,而高壓蒸汽卷吸水滴的能力卻增強(qiáng)；汽壓升高,飽和水溫升高,水的表面張力減小,汽泡容易破碎成小水滴,被蒸汽帶走。因此,對(duì)于高壓鍋爐,蒸汽空間負(fù)荷應(yīng)比中壓鍋爐低。48-13對(duì)運(yùn)行中的鍋爐,當(dāng)壓力驟降時(shí),將使鍋水驟然沸騰,汽水容積膨脹,穿過蒸發(fā)面的蒸汽量增多,蒸汽大量帶水,蒸汽品質(zhì)惡化。。48-143.蒸汽空間高度的影響蒸汽空間高度對(duì)蒸汽帶水的影響,其關(guān)系如下圖所示。所以不必要采用過大的汽包尺寸。。48-15為了保證汽包有足夠的蒸汽空間高度,通常汽包的正常水位應(yīng)在汽包中心線以下100200mm處。鍋爐正常運(yùn)行時(shí),水位應(yīng)保持在正常水位線5075mm范圍內(nèi)波動(dòng),當(dāng)水位過高,會(huì)使蒸汽空間高度減小,使蒸汽濕度增加。且水位過高時(shí),當(dāng)負(fù)荷突然增加或壓力突然降低時(shí),將導(dǎo)致虛假水位發(fā)生。。48-164.爐水含鹽量的影響蒸汽溫度與爐水含鹽量的關(guān)系如圖6－12所示。臨界含鹽量定義:當(dāng)爐水含鹽量增大到某一數(shù)值時(shí)，將使蒸汽帶水量急劇增加，這時(shí)的鍋水含鹽量稱為臨界含鹽量。。48-17出現(xiàn)臨界爐水含鹽量的原因:由于爐水含鹽量增加，使?fàn)t水的粘性增大，使汽泡在汽包水容積中的含汽量增多，促使汽包水容積膨脹。且使水面上的泡沫層增厚。這些原因都將使蒸汽帶水量增加。。48-18（二）蒸汽的溶鹽1.高壓蒸汽溶鹽原因及影響因素原因是隨著壓力提高,蒸汽的密度不斷增大,同時(shí)飽和水的密度相應(yīng)降低,蒸汽的密度逐漸近于水的密度,蒸汽的性質(zhì)也愈接近水的性質(zhì),蒸汽能直接溶解某些鹽類。且高壓蒸汽的溶鹽具有選擇性。高壓蒸汽的溶鹽量,可用下式表示,即48-1948-20蒸汽對(duì)各種鹽類的溶解能力不同，具有選擇性，因而可將鍋爐爐水中的各種鹽分分為三類。第一類分為硅酸（SiO2、H2SiO3等），其溶解系數(shù)最大，當(dāng)壓力超過6MPa時(shí)，則應(yīng)考慮蒸汽溶解硅酸對(duì)蒸汽品質(zhì)的影響。第二類鹽分有NaOH、NaCl、CaCO3等，當(dāng)壓力超過15MPa時(shí)，則應(yīng)在考慮硅酸溶解的同時(shí)還應(yīng)考慮該類鹽分的溶解；第三類鹽分有Na2SO4.Na2SiO3等，這是一些難溶的鹽分，其溶解系數(shù)很低。當(dāng)壓力小于20MPa時(shí)，可以不考慮其對(duì)蒸汽品質(zhì)影響。48-21一組數(shù)據(jù):（

/′）=0.6時(shí)n=4.1a=0.123n=1.9a=0.379（

/′）=0.8時(shí)n=4.1a=0.401n=1.9a=0.65448-222.硅酸在蒸汽中的溶解特性硅酸在高壓蒸汽中的溶解具有兩個(gè)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。爐水中的硅酸和硅酸鹽能互相轉(zhuǎn)化，且如下的化學(xué)平衡關(guān)系:

上述反應(yīng)究竟朝那個(gè)方向進(jìn)行，取決于爐水中pH值大小。提高爐水pH，有利于硅酸轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶于蒸汽的硅酸鹽，但不宜超過12。48-233.硅酸的沉積部位硅酸一般不在過熱器中沉積,因?yàn)樗兹芙庥诟邏赫羝?。而在進(jìn)入汽輪機(jī)后,隨著壓力降低溶解度下降,在中、低壓缸中開始大量析出,形成難溶于水的SiO2,很難用水和蒸汽將其清洗干凈。。48-24（三）提高蒸汽品質(zhì)的基本途徑基本途徑:降低飽和蒸汽帶水、減少蒸汽中的溶鹽和降低爐水含鹽量。為了降低飽和蒸汽帶水，應(yīng)建立良好的汽水分離條件和采用完善的汽水分離裝置。為了減少蒸汽中的溶鹽，可適當(dāng)控制爐水堿度及采用蒸汽清洗裝置；為了降低爐水含鹽量，可采用提高給水品質(zhì)、進(jìn)行鍋爐排污及采用分段蒸汽等辦法。。48-25三、汽包內(nèi)部裝置汽包內(nèi)部裝置主要由汽水分離裝置和蒸汽清洗裝置組成。（一）汽水分離裝置汽水分離裝置的任務(wù)，是把蒸汽中的水分盡可能地分離出來，以提高蒸汽品質(zhì)。汽水分離裝置一般是利用以下幾種基本原理進(jìn)行工作的:重力分離，慣性力分離，離心力分離，水膜分離。。48-26汽包內(nèi)的汽水分離過程汽包內(nèi)的汽水分離過程,一般分為兩個(gè)階段一是粗分離階段（一次分離階段）,其任務(wù)是消除汽水混合物的動(dòng)能,并進(jìn)行初步的汽水分離,使蒸汽的溫度降到0.5％1％；二是細(xì)分離階段（二次分離階段）,其任務(wù)是將蒸汽中的水分作進(jìn)一步的分離,使蒸汽濕度降低到0.01％0.03％。48-27對(duì)汽水分離設(shè)備的主要要求為了保證蒸汽品質(zhì)符合規(guī)定，對(duì)汽水分離設(shè)備的主要要求是:一是分離效果要好；二是盡可能地降低汽水混合物的動(dòng)能，以減少汽包水面的波動(dòng)和水滴的飛濺；三是均衡汽包內(nèi)的蒸汽流速，并使其不過高，以便充分利用自然分離作用。目前我國(guó)電廠鍋爐采用的汽水分離裝置有進(jìn)口擋板，旋風(fēng)分離器、波形板分離器、多孔板等幾種。。48-281.進(jìn)口擋板進(jìn)口擋板也稱之為導(dǎo)向擋板,當(dāng)汽水混合物引入汽包的蒸汽空間時(shí),在其管子汽包處裝設(shè)進(jìn)口擋板,如圖所示。。48-29進(jìn)口擋板的作用:用來消除汽水混合物的動(dòng)能，使汽水初步分離，以達(dá)到粗分離的目的。工作過程:當(dāng)汽水混合物碰撞到擋板上時(shí)，動(dòng)能被消耗，速度降低。汽水混合物從板間流出來時(shí)，在轉(zhuǎn)彎和板上的水膜粘附作用下，使蒸汽中的水滴分離出來。。48-302.旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器是效果很好的粗分離裝置，分內(nèi)置式和外置式兩種。裝在汽包內(nèi)的叫內(nèi)置式旋風(fēng)分離器；裝在汽包外的叫外置式旋風(fēng)分離器。內(nèi)置式旋風(fēng)分離器:構(gòu)造如圖6－13所示。。48-3148-32工作原理:汽水混合物由連接罩切向進(jìn)入分離器筒體后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力作用下進(jìn)行汽水分離，分離出來的水分被拋向筒壁，沿筒壁流下，由筒底導(dǎo)向葉片排入汽包水容積中。蒸汽向上流經(jīng)波形板分離器時(shí)，在重力和波形板的作用下，也會(huì)分離出一些水分。。48-33溢流環(huán)可以防止上升的蒸汽從筒體上部的薄水膜層中帶出水分；導(dǎo)向葉片能防止蒸汽從筒體下部穿出并使水緩慢平穩(wěn)地流入汽包水空間；為了消除從筒體下部流出的水的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),穩(wěn)定汽包水位,可在汽包內(nèi)采用左旋與右旋交錯(cuò)布置旋風(fēng)分離器的方法。。48-34為了提高內(nèi)置旋風(fēng)分離器的分離效果，應(yīng)采用較高的汽水混合物入口速度和較小的筒體直徑。一般，高壓和超高壓鍋爐該速度為4~6m/s；筒體直徑為260、290、315.350mm。。48-35例如DG1000t/h自然循環(huán)鍋爐采用315旋風(fēng)分離器,共108只；SG1025t/h亞臨界壓力強(qiáng)制循環(huán)鍋爐,采用254渦輪式旋風(fēng)分離器,每只最大出力為18.6t/h,共56只。。48-36內(nèi)置旋風(fēng)分離器的主要優(yōu)點(diǎn)是:（1）消除并有效地利用汽水混合物的動(dòng)能。（2）能在爐水含鹽濃度較高的情況下工作。（3）沿汽包長(zhǎng)度均勻布置，使汽流分布較均勻，避免局部蒸汽流速較高的現(xiàn)象發(fā)生。（4）不承受內(nèi)壓力，因而可用薄鋼板制成，加工容易，金屬耗量小。缺點(diǎn):因裝在汽包內(nèi)，高度受到限制，使它的分離效果受到影響，可與其它設(shè)備配合使用；旋風(fēng)分離器的數(shù)量較多，拆裝檢修工作量大。。48-37（二）蒸汽清洗裝置蒸汽清洗裝置的任務(wù)是降低蒸汽中的溶鹽,尤其是應(yīng)注意降低蒸汽中溶解的硅酸以改善蒸汽品質(zhì)。采用給水清洗蒸汽的方法來降低蒸汽中溶解的鹽分。蒸汽清洗的基本原理是讓含鹽低的清潔給水與含鹽高的蒸汽相接觸,從而減少蒸汽溶鹽,且使蒸汽攜帶爐水中的鹽分轉(zhuǎn)移到清洗的給水中,從而降低蒸汽的機(jī)械攜帶含鹽量,使蒸汽的品質(zhì)得到了改善。。48-38平孔板式穿層清洗裝置它的結(jié)構(gòu)如圖6－15（b）所示。鋼板厚2-3mm孔徑5-6mm蒸汽穿孔速度為1.3-1.6m/s48-39蒸汽自下而上通過孔板,由清洗水層穿出,進(jìn)行起泡清洗。給水均勻分配到孔板上,通過擋板溢流到汽包水室。清洗板上的水層靠一定的蒸汽穿孔速度將其托住。平孔板式穿層清洗裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,阻力損失小,清洗面積大,清洗效果很好。缺點(diǎn)是鍋爐在低負(fù)荷下工作時(shí),清洗水會(huì)從孔板的小孔中漏下,出現(xiàn)干孔板區(qū)。。48-40影響蒸汽清洗效果主要因素清洗水品質(zhì):清洗水越干凈，清洗效果越好。清洗水量:給水全部作為清洗水時(shí)，使清洗水的品質(zhì)提高,但會(huì)使蒸發(fā)受熱面負(fù)荷增大，使清洗前的蒸汽帶水量增加，其含鹽量增加，反而不利于清洗。一般只采用40%~50%給水作為清洗水。水層厚度:太薄時(shí)，清洗不充分使效果變壞。一般水層厚度以50~70mm為宜48-41（三）高壓和超高壓鍋爐汽包內(nèi)部裝置介紹內(nèi)部裝置及其布置如圖6－16所示。48-42工作過程:進(jìn)入汽包的汽水混合物先進(jìn)入聯(lián)通箱后沿切線方向進(jìn)入內(nèi)置旋風(fēng)分離器進(jìn)行汽水分離。被分離出來的水從底部導(dǎo)葉排出，被分離出來的蒸汽上升經(jīng)立式波形板分離器頂帽進(jìn)入汽包的有效分離空間。分離后的蒸汽，通過平孔板型蒸汽清洗裝置，起泡清洗。清洗后的蒸汽，順次經(jīng)過頂部波形板分離器和多孔板，使蒸汽進(jìn)一步分離后，均勻地從汽包引出。。48-43四、鍋爐排污定義:把一部分爐水排掉，保持