《锅炉原理》课件-第9章汽包及蒸汽净化.ppt

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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,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。,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，出力及效率降低；严重时，可

2、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。,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,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积的盐类很少。在各种压力的汽包锅炉中可

3、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。,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

4、，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。,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：,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

5、，但因质量轻，若汽流速度较大，有可能被蒸汽卷吸带走。,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：,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。,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

6、际运行中最大负荷应低于临界负荷，以免蒸汽湿度过大。,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。,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

7、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，,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。,c.汽包水位：汽包水位，汽包蒸汽空间高度H，飞溅

8、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。,2.溶解性携带：蒸汽具有直接溶解盐分的能力而带盐的现象，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

9、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。,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，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

10、。,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，同时引起金属的碱腐蚀。因此锅水pH值一般控制在910.,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

11、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。,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,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

12、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。,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。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

13、两个过程。,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。,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

14、，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,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,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

15、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。,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。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

16、排出。也称表面排污。,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。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。,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

17、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。,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。,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

18、，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,旋风分离器圆形底板：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,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-

19、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：蒸汽与水膜流动方向垂直，允许蒸汽流速较高。,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,1,2,三、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

20、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。,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

21、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。,汽包及内部装置,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,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

22、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。,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,下降管管座位于汽包底部，保证下降管入口上部有最大的水层高度，以防下降管进口处工质汽化；下降管入口处装有十字架8，以消除大直径下降管进口产生漏斗形水面，防止蒸汽进入下降管，保证锅炉水循环的安全。,1-饱和蒸汽引出管管座

23、 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,汽包筒体上部有饱和蒸汽引出管管座1，汽水混合物引入管管座2；汽包筒体下部有给水管管座10，连续排污管管座12。涡轮式旋风分离器6沿汽包长度方向分两排对称布置，对汽水混合物进行第一次粗分离。,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,立式波形板（又称顶帽）布置在分离器的顶部，进行第二次分离。波形板干燥器3 在汽包顶部沿长度方向分前后两组（每组两排，对称布置）呈鸟翼状倾斜的立式“V”形，进行第三次分离。,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,汽水混合物经三次分离，水经疏水管4引至汽包水容积，蒸汽通过顶部布置的多孔板进行均流，经饱和蒸汽引出管1将蒸汽引至炉顶过热器。,Thank you!,