第9章-汽包及蒸汽净化

1、1,第九章 汽包及蒸汽净化,蒸汽品质与污染 给水品质与净化 锅内蒸汽净化 汽包及内部装置,2,蒸汽品质与污染,一、蒸汽品质及其影响 蒸汽品质：是指蒸汽中的杂质含量，也即蒸汽的清洁程度。蒸汽中的杂质包括气体和非气体杂质。常见气体杂质：O2，N2，CO2，NH3等。常见非气体杂质：硅酸，钠盐等，也称蒸汽含盐。 蒸汽含盐对锅炉和汽轮机的安全经济运行有重要影响，因此对蒸汽品质有着严格的规定。,3,蒸汽含盐对机组的影响： 过热器：杂质沉积在管子内壁形成盐垢，使蒸汽流通截面变小，流阻增加，传热减弱，管壁温度升高。 蒸汽管道阀门：可能引起阀门动作失灵、漏汽。 汽轮机通流部分：改变叶片型线，蒸汽流阻增加，出力

2、及效率降低；严重时，可造成调速机构卡涩、轴向力增大，破坏转子止推轴承；叶片结盐垢严重，还可能影响转子的平衡，使振动加大，甚至造成重大事故。,4,一般来说，承担基本负荷的机组对蒸汽洁净度要求高，承担尖峰负荷的机组由于经常启停，每次启停均有湿蒸汽通过，起到了清洗汽轮机的作用，对蒸汽品质要求相对稍低。自然循环和强制循环锅炉由于有汽包，蒸汽净化和锅水除盐均可在汽包中实现，直流锅炉无汽包，对水质要求很高。,蒸汽品质标准,5,二、蒸汽带盐的沉积规律 在过热器中的沉积规律 中低压锅炉过热器中沉积的盐类Na2SO4约占50%。 高压锅炉过热器中沉积的盐类Na2SO4约占90%。 超高压与亚临界锅炉中过热器中沉

3、积的盐类很少。 在各种压力的汽包锅炉中可沉积铁的氧化物。 2. 在汽轮机中的沉积规律 在第一级和最后几级盐类沉积量极少。 在中间各级中，低压级的盐类沉积量比高压级的多。 高压级沉积物主要为易溶于水的Na2SO4等，中压级沉积物主要为易溶于水的NaCl等，低压级沉积物主要为不溶于水的SiO2。 沉积物在各级隔板和叶轮上分布是不均匀的。 经常启停的汽轮机内沉积物较少。,6,三、蒸汽污染的原因 蒸汽中含有杂质称为蒸汽污染。给水进入锅炉后逐渐被加热蒸发而浓缩，给水中所含杂质大部分转移到蒸发区的锅水中，因此锅水杂质浓度比给水高很多。 蒸汽污染的原因有两个：第一个是由汽包送入过热器的饱和蒸汽携带锅水，也是

4、中低压锅炉蒸汽污染的主要原因；第二个是蒸汽能溶解而携带某些盐类，并且蒸汽溶盐能力随压力升高而增大，因此高压以上锅炉蒸汽污染的原因，既有蒸汽带水，又有溶盐。 可见，蒸汽污染的根本原因在于锅炉给水中含有杂质。,7,机械携带：蒸汽携带锅水水滴而带盐称为机械携带。 机械携带盐量大小取决于蒸汽带水量的多少以及锅水含盐浓度大小。蒸汽机械携带含盐量为：,8,蒸汽带水的原因： 当汽水混合物从汽包水容积引入时，由于汽泡穿出水面，将水面撕裂，形成许多大小不等的水滴。 当汽水混合物从汽包汽空间引入时，汽水混合物冲击水面或锅筒内部装置，或汽流相互冲击而形成许多向不同方向飞溅的水滴。 质量较大的水滴具有较大的动能，溅起

5、高度也较大，若蒸汽空间高度不够，就有可能被蒸汽带走。 细小的水滴动能较小，飞溅不高，但因质量轻，若汽流速度较大，有可能被蒸汽卷吸带走。,9,上升汽流要把水滴卷吸带走，其卷吸水滴的力必须大于等于球形水滴在蒸汽中的重力： 可得到卷吸水滴所需最小汽流速度为：,10,水滴直径d，带出水滴所需汽流速度。 工作压力，汽水密度差，同样的汽流速度可以带出更大的水滴。 当工作压力一定，汽流速度一定，对应有一个水滴界限直径dth，直径小于dth的水滴均可被汽流带走，这种水滴称为输送水滴。,11,机械携带影响因素：包括锅炉负荷、锅水含盐量、汽包汽空间高度、工作压力等。 锅炉负荷：负荷，进入汽包的汽水混合物动能，生成

6、水滴量，蒸汽湿度， 。 实验表明，当锅水含盐量一定时，有：,蒸汽湿度与负荷D的关系,负荷D2为临界蒸汽负荷。实际运行中最大负荷应低于临界负荷，以免蒸汽湿度过大。,12,在设计汽包及其内部装置时，常用到蒸发面负荷RA和蒸汽空间负荷RS两个指标：,蒸发面负荷RA表示单位时间单位蒸发面上产生的蒸汽容积，可代表蒸汽在汽包蒸汽空间的平均上升速度，即代表蒸汽带走水滴的能力。 蒸汽空间负荷RS表示蒸汽单位时间通过单位蒸汽空间的蒸汽容积流量，即蒸汽在汽包蒸汽空间停留时间的倒数。RS越小蒸汽逗留时间越长，蒸汽中的水滴有更多机会重新落回水面。,13,b. 锅水含盐量：SW，水的表面张力减小，粘度增加，会使汽泡直径

7、减小，液膜强度增大： 汽泡直径，汽水相对速度，汽包水容积含汽量，水位，蒸汽空间高度，蒸汽湿度， 汽泡直径，汽泡内部过剩压力，破裂时抛出的水滴越小越多，易被蒸汽带走； 汽泡液膜强度，使汽泡在液膜很薄时才破裂，生成大量小水滴，易被蒸汽带走； 汽泡液膜强度，汽泡不易破裂，易在蒸发面上形成泡沫层，使蒸汽空间高度，蒸汽湿度， ,14,蒸汽含盐与锅水含盐的关系,蒸发量D1D2,蒸汽含盐与锅水含盐的关系： 线性段：锅水含盐量，蒸汽带水量未变，蒸汽含盐增多是因为锅水含盐量增大。,汽水共腾：锅水含盐量达到某个值，蒸汽含盐量突增，因为蒸汽空间高度显著减小，汽空间中微小水滴显著增加，蒸汽带水量和锅水含盐量均变大。蒸

8、汽含盐量显著增大。 随负荷增大，水容积含汽量增大，水位上升，汽空间高度减小，锅水临界含盐量降低。,15,c. 汽包水位：汽包水位，汽包蒸汽空间高度H，飞溅的大水滴易随蒸汽带出，蒸汽湿度。大水滴飞溅高度有限，当H超过此高度时，大水滴会回落到水容积中，此时再增加H，蒸汽湿度减少的也很小。并且汽包水位过低会影响水循环安全。 d. 工作压力：工作压力，蒸汽湿度，因为 汽水密度差，汽水分离困难，蒸汽湿度； 蒸汽密度，卷吸水滴能力，蒸汽湿度； 饱和温度，水表面张力，易破碎成细小水滴。 工作压力急剧波动，可能造成汽水共腾，使蒸汽大量带水，蒸汽品质恶化。,16,2. 溶解性携带：蒸汽具有直接溶解盐分的能力而带

9、盐的现象，即蒸汽溶盐。蒸汽对某种物质的溶解量以分配系数表示，它是指某物质溶解于蒸汽中的量与该物质溶解于锅水中的量之比，即 溶解性携带的特点： 饱和蒸汽和过热蒸汽均可溶解盐类，但溶盐能力不同。 蒸汽溶盐能力随压力升高而增大，因为压力越高蒸汽性质与水越接近。 蒸汽溶盐具有选择性，在相同条件下，不同盐类在蒸汽中的溶解度差异很大。,17,溶解性携带的影响因素： 杂质的种类：杂质种类不同，在蒸汽中的溶解能力就不同，根据饱和蒸汽的溶盐能力，将锅水中常见几种盐分为三类。 第一类物质：硅酸xSiO2yH2O，分配系数最大。随压力提高，溶解携带量远大于机械携带量。 第二类物质：NaOH、NaCl、CaCl2等，

10、溶解度比硅酸低很多，但在超高压以上锅炉中，溶解携带不能忽略 第三类物质：Na2SO4、Na2SiO3、Na3PO4、Ca3(PO4)2、CaSO4、MgSO4等，溶解度很低，在自然循环锅炉中可忽略。,18,b. 压力：实验表明分配系数与饱和蒸汽与饱和水的密度比有关： 随着压力升高，溶解指数减小，分配系数增大，蒸汽的溶盐能力增强。 c. 锅水含盐量：锅水含盐量增大，蒸汽与水滴接触时溶解带盐量也增加。 d. 锅水pH值：影响蒸汽中硅酸的溶解性携带。提高锅水碱度，OH离子浓度增大，有利于硅酸转变为难溶于蒸汽的硅酸盐，减少硅酸溶解性携带。但碱度高，使锅水易生成泡沫，导致蒸汽机械携带增加，同时引起金属的

11、碱腐蚀。因此锅水pH值一般控制在910.,19,3. 大容量锅炉的蒸汽污染：对高压超高压以上的锅炉，蒸汽污染是由机械携带和溶解携带两种原因引起的，即蒸汽既携带锅水又溶解盐类，此时蒸汽中所含某物质的总量为： 蒸汽携带系数K：蒸汽中含盐量相对于锅水含盐量的百分数。 降低蒸汽含盐量措施：降低蒸汽湿度，减少蒸汽携带水量。降低锅水含盐量，尤其是减少分配系数高的盐分含量。,20,蒸汽带盐的根本原因在于给水中带有杂质，而给水中杂质经蒸发浓缩后积聚在蒸发区的锅水中，蒸汽与锅水接触时由于机械携带和溶解性携带而发生蒸汽带盐现象。即： 给水锅水蒸汽 因此要减少蒸汽带盐就须从给水、锅水及蒸汽携带三个方面分别采取相应措

12、施，控制蒸汽带盐量。即尽量减少给水中的杂质，降低锅水中含盐浓度，以及减少蒸汽机械与溶解携带。,蒸发浓缩,机械和溶解携带,21,给水品质与净化,蒸汽污染的根本原因在于给水中含有杂质。对于直流锅炉，给水污染直接导致蒸汽污染。对于汽包锅炉，给水污染造成锅水污染，进而通过蒸汽携带导致蒸汽污染。因此为了保证蒸汽品质，须保证给水品质。 给水的主要来源是凝结水和补给水。保证给水品质的主要方法就是进行补给水和凝结水的净化处理。,22,一、补给水处理 补给水来自天然水，其中含有较多杂质，按杂质颗粒大小，可分为悬浮物、胶体和溶解物质。 悬浮物：颗粒尺寸在10-4mm以上，通过静置可根据密度自然下沉或上浮，易于去除

13、。工业上可加入促进悬浮物凝聚的药剂来加快沉降。 胶体：颗粒尺寸在10-6-10-4mm之间，为许多分子或离子的集合体，并带有电荷。不能通过静置除去。 溶解物质：颗粒尺寸在10-6mm以下，以离子或溶解气体的状态存在于水中。 补给水处理可分为预处理和离子交换处理两个过程。,23,预处理：用混凝、沉淀软化和过滤的方法，除去水中的悬浮物和胶体物质。 混凝：通过在水中加入混凝剂，使水中细小的悬浮物和胶体颗粒结合成为大的絮凝体沉淀分离。 沉淀软化：用加热或加化学药剂的方法，使钙镁离子转变为难溶化合物而沉淀析出，降低补给水硬度。 过滤：使经过混凝和沉淀处理的外观清澈的水，通过不同滤料组成的过滤层，进一步除

14、去其中残留的细小悬浮颗粒。 2. 离子交换处理：用于除去水中的溶解性盐类。水通过离子交换剂时，原先溶解在水中的离子与离子交换剂发生反应，使水中的离子得以除去。,24,低压凝结水处理系统,二、凝结水处理 凝结水是锅炉给水中水量最大、水质较好的部分。亚临界以下汽包锅炉对给水品质要求稍低时，可不进行凝结水处理；但对于亚临界汽包锅炉和直流锅炉，给水品质要求很高，须进行凝结水处理。,带补给水箱的 低压凝结水处理系统,25,锅内蒸汽净化,锅筒即汽包内的净化，是汽包锅炉保证蒸汽品质的重要环节，正是因为有了汽包内的净化措施，所以可以适当降低汽包锅炉对给水品质的要求。锅内主要蒸汽净化措施有： 锅内加药和排污降低

15、锅水含盐浓度 汽水分离减少蒸汽机械携带含盐量 蒸汽清洗减少蒸汽溶解携带含盐量,26,一、锅水净化处理： 锅水中的盐分远大于给水，锅水盐分过大会使蒸汽机械携带和溶解携带含盐量均增大，造成蒸汽品质下降。 锅水除盐的方法有校正处理（锅内加药）和排污两个过程，即首先向锅水中加入化学药剂，使锅水中的杂质形成悬浮状或沉渣状的水渣，而不是牢固附着在受热面上水垢。然后把水渣及含盐浓度较高的锅水通过排污排出。 1. 校正处理：向锅水内加入化学药剂，把结垢物质转变为松软的轻质水渣，以便通过排污从锅水中排出。当给水品质较高时，可以少用或不用校正药剂，既节约成本，又避免增加锅水含盐量，影响蒸汽品质。,27,2. 排污

16、：为了保证锅水含盐浓度维持在允许范围内，将部分含盐浓度较高的锅水以及锅水中的水渣排出，并补充一些较为清洁的给水，即锅炉的排污。 锅炉的排污分为连续排污和定期排污。 连续排污：连续不断的从汽包中含盐浓度较高的部位排出一部分锅水，代之以比较纯净的给水，使锅水含盐浓度不致过高。 排污部位：从汽包水容积靠近蒸发面附近将浓度最大的锅水排出。也称表面排污。,28,2. 排污：为了保证锅水含盐浓度维持在允许范围内，将部分含盐浓度较高的锅水以及锅水中的水渣排出，并补充一些较为清洁的给水，即锅炉的排污。 锅炉的排污分为连续排污和定期排污。 定期排污：用以排出水中的沉渣、铁锈，以防这些杂质在水冷壁管中结垢和堵塞。

17、 排污部位：从循环回路的最低位置，即沉淀物积聚最多的地方（如水冷壁下联箱或大直径下降管底部）引出，间断进行。也称底部排污或间断排污。定期排污每次排放时间很短，一般不超过0.5-1min。,29,锅炉排污虽可降低锅水含盐浓度，提高蒸汽品质，但是造成锅水损失和热量损失，因此排污量应有限制。 排污率：排污量与锅炉蒸发量之比。,锅水中的杂质平衡,杂质平衡式：,根据给水品质Sfw，锅水品质Sw及允许的蒸汽品质Sv，就可计算出所需的锅炉排污率p。,30,二、汽水分离： 汽水分离系统作用：降低汽包送出的蒸汽湿度，显著减少蒸汽机械携带水分，从而降低蒸汽含盐量。 汽水分离原理： 重力分离：利用汽水密度差进行自然

18、分离； 惯性力分离：使汽水改变方向，利用汽水所受离心力大小不同的原理进行分离； 离心力分离：使汽水混合物产生旋转运动，利用汽水所受离心力大小不同的原理进行分离； 水膜分离：使蒸汽中的水滴粘附在金属壁面或网格上形成水膜流下而进行分离。,31,3. 汽水分离装置： 旋风分离器：汽水初分离效果最好，使用最普遍的一种分离装置。 原理：汽水混合物以一定的速度沿切线方向进入筒体，产生旋转，水滴由于离力作用被抛向筒壁，并沿筒壁流下，蒸汽则由中心上升，筒内形成抛物面形的水位面。 溢流环：装在圆筒顶部，以防贴筒水膜被上升汽流撕破，重新使蒸汽带水，可使上升水膜能完整的溢流出筒体。,旋风分离器,32,旋风分离器 圆

19、形底板：位于筒底中心，底板周围的环形通道内装有倾斜导叶，使水稳定的流入汽包水容积中，以防止水向下排出时将蒸汽带出。 波形板顶帽：装在分离器的顶部，均匀蒸汽流速，再次使汽水分离。,旋风分离器,33,波形板分离器：也称百叶窗分离器，由很多平行波纹板组成，多用于汽水二次分离。可卧式或立式布置。 原理：当携带水滴的蒸汽在波形板之间流经弯曲通道时，依靠惯性力作用使水滴分离，细微水滴粘附在板,卧式 立式 1-波形板 2-蒸汽流向 3-水膜流向,壁上，并形成一层水膜，然后靠自重流下落入水容积中。 卧式布置：蒸汽与水膜平行反向流动，蒸汽流速不可过高，否则会撕破水膜，使蒸汽重新带水。 立式布置：蒸汽与水膜流动方

20、向垂直，允许蒸汽流速较高。,34,均汽孔板：布置在汽包顶部靠近蒸汽引出管口位置的多孔钢板，可利用孔板的节流作用，使蒸汽空间的负荷沿汽包长度和宽度均匀分布，避免蒸汽局部流速过高，另外还可阻挡一些小水滴，起到汽水细分离作用。,孔板分离装置 1-水下孔板 2-均汽孔板,1,2,35,三、蒸汽清洗： 蒸汽清洗原理：使蒸汽通过含盐低的清洗水（一般为给水），使已溶于蒸汽的盐转移到清洗水中，降低蒸汽中溶解的盐分。 蒸汽清洗的作用：主要用于减少溶解性携带，也可减少蒸汽机械携带的盐分，因为经清洗的蒸汽带出的水为含盐浓度较低的清洗水，而不是锅水。 蒸汽清洗过程：蒸汽自下而上穿过清洗孔板及该孔板上的清洗水层，进行起

21、泡清洗。 清洗效果影响因素： 清洗前蒸汽品质：清洗前蒸汽品质过差则使清洗水层含盐浓度增大过多，使清洗效果变差。,36,清洗水量和清洗水品质：清洗水量越大，清洗水品质越高，清洗水层与锅水含盐浓度差就越大，清洗效果越好。 清洗水层厚度：清洗水层厚度无需很大，40-50mm。 蒸汽流速：蒸汽流速过大，导致蒸汽带水量增大，蒸汽品质下降；蒸汽流速过小，导致蒸汽与清洗水层接触面积减小，清洗效果变差。 5. 不使用蒸汽清洗装置的情况：对于亚临界锅炉，蒸汽溶盐能力大大提高，蒸汽清洗效果明显变差，并且蒸汽清洗会使汽包出口蒸汽带水量增大，此时不采用蒸汽清洗装置，而是通过提高给水品质来保证蒸汽质量。,37,汽包及内

22、部装置,1-饱和蒸汽引出管管座 2-汽水混合物引入管管座 3-波形板干燥器 4-疏水管 5-弧形衬套 6-涡轮分离器 7-下降管进口联箱 8-焊接十字架 9-下降管管座 10-给水管 11-给水管支架 12-连续排污管,亚临界控制循环锅炉汽包,38,1-饱和蒸汽引出管管座 2-汽水混合物引入管管座 3-波形板干燥器 4-疏水管 5-弧形衬套 6-涡轮分离器 7-下降管进口联箱 8-焊接十字架 9-下降管管座 10-给水管 11-给水管支架 12-连续排污管,汽包采用上、下不等壁厚结构，汽包内壁设置弧形衬套5。汽水混合物由上部汽水引入管2进入汽包，沿弧形衬套向下流动，均匀加热汽包壁，可减少汽包上下壁温差及相应的热应力。,39,1-饱和蒸汽引出管管座 2-汽水混合物引入管管座 3-波形板干燥器 4-疏水管 5-弧形衬套 6-涡轮