锅炉原理 14章

1、第十四章第十四章 电站锅炉蒸汽品质电站锅炉蒸汽品质 及其污染防治及其污染防治 n学习要点： n1、为什么需要清洁的蒸汽？ n2、蒸汽污染的原因？影响因素？ n3、怎样治理？ n一、蒸汽品质蒸汽品质 n1蒸汽的品质 n指蒸汽中杂质的含量，也就是蒸汽的清洁程度。 n2杂质种类 n包括气体和非气体杂质； nA）、气体杂质，如O2、N2、CO2等。 n 危害：可能腐蚀金属。 nB）、非气体杂质：一些盐类。 n 危害：过热器、阀门、汽轮机叶片； 第一节 蒸汽品质及其污染原因 第一节 蒸汽品质及其污染原因 n二、蒸汽污染的原因二、蒸汽污染的原因 n锅炉的给水或多或少总含有杂质。给水进入锅炉后被加热 产生蒸

2、汽，其中的杂质大部分转移到锅炉水中。因此，锅 炉水的杂质浓度要比给水高很多。 n1，由汽包送入过热器的饱和蒸汽携带有锅炉水，这是污染 n 蒸汽的第一个原因； n2，蒸汽能溶解某些盐类，这是蒸汽污染的第二个原因； 炉型压力（MPa) 钠（ g/) 二氧化硅（g/ ) 磷酸盐处理挥发性处理 汽包炉 3.82 5.78 15 20 5.88 12.6 1010 12.7 18.3 10 直流炉 5.88 12.6 10 1012.7 18.3 表14-1 蒸汽品质标准 第一节 蒸汽品质及其污染原因 表14-2 蒸汽中最大铜和铁的含量 压力（MPa） 铁（g/)铜（g/) 锅筒炉直流炉锅筒炉直流炉 1

3、2.7-18.3 201055 第一节 蒸汽品质及其污染原因 n三、蒸汽污染的表述三、蒸汽污染的表述 1、蒸汽携带锅炉水叫做机械携带； A）、机械携带量的多少取决于带出的炉水量和炉水的 含盐浓度； B）、两个概念： 蒸汽湿度 ：蒸汽含水的重量占湿蒸汽总重量的百分量； 蒸汽带出水分的含盐浓度炉水的含盐浓度； C）、则蒸汽的含盐量为： kgmgSS ls s q / 100 第一节 蒸汽品质及其污染原因 2、蒸汽能够溶解盐类而带盐，称为溶解性携带 A）、分配系数 指某物质溶解于蒸汽中的量与该物质溶解于炉水中的 量之比。 B）、则蒸汽中的溶盐量计算： n ls R q S a S 100 a 第一节

4、 蒸汽品质及其污染原因 3、总盐量的计算 ak 100 sr qqqls a SSSS A )、当蒸汽既携带炉水又溶解盐类时，蒸汽中所含某一物质的 总量: B）、携带系数K：蒸汽中的含盐量占炉水含盐量的百分数。 所以，蒸汽中所含某一物质的总量也可表述为： lsq S K S 100 第一节 蒸汽品质及其污染原因 n第二节 饱和蒸汽的机械携带 n1、背景、背景 n汽包的下半部为水容积，上半部为蒸汽空间。水冷壁中的 汽水混合物，在引入汽包的水容积或蒸汽空间时，具有一 定的动能。当蒸汽穿出蒸发面或当汽水混合物引入汽包的 蒸汽空间时，可能在蒸汽空间形成飞溅的水滴。形成的水 滴，可能随蒸汽带出，使蒸汽带

5、水。 g d w) 1(155. 1 n2、计算、计算 n卷吸水滴所需的最小汽流速度为： 力系数；水滴在汽流中的流动阻 水滴直径； ；饱和水及饱和汽的密度、 d 第二节 饱和蒸汽的机械携带 n上式表明： nA）、水滴直径越小，带出水滴所需汽流速度就越低； 工作压力高，水和汽的密度差减小，汽流可带出更 大的水滴；汽流速度高，带水能力也大； nB）、汽包中一定的汽流速度，将卷吸一定直径的水 滴。而小于这一界限直径的所有水滴，均被汽流带 走。 n 这种水滴称为输送水分。 第二节 饱和蒸汽的机械携带 n3、影响因素、影响因素 n（1）、锅炉负荷 n（A）、负荷增大时： n进入汽包的汽水混合物动能增大，

6、生成的水滴增多； n水空间含汽量增加，汽包水位升高； n汽包蒸汽空间的汽流速度增大； n因而导致，蒸汽湿度增大。 n（B）、蒸汽湿度与负荷D的关系： 与负荷有关的系数； 有关的系数；与压力和汽水分离装置 n A n AD 第二节 饱和蒸汽的机械携带 第二节 饱和蒸汽的机械携带 m R ; / / )./(, )./(, 3 2 3 33 23 mV mF kgmv hkgD hmm V Dv R hmm F Dv R k m 汽包蒸汽空间容积， ；汽包中蒸发面的面积， ；饱和蒸汽比容， ；锅炉蒸发量， k R （C）、蒸发面负荷 和蒸汽空间负荷 蒸发面负荷表示每小时每平方米的蒸发面上所产生的蒸

7、汽容积。 表示了蒸汽带走水滴的能力； 蒸汽空间负荷表示每小时通过每立方米蒸汽空间的蒸汽容积流量。 表示蒸汽在汽包蒸汽空间停留时间的长短。 第二节 饱和蒸汽的机械携带 n（2）、工作压力 n（A）、当汽包的工作压力升高时， n饱和温度升高，分子间的相互引力减小，饱和水的表面张 力减小，汽泡更易破碎为细小的水滴而被带走； n饱和蒸汽与水的密度差越小，汽水分离越困难； n因而，蒸汽湿度随压力的升高而升高。 n(B)、当蒸汽负荷突增，汽包压力急剧下降时， n锅水处于过饱和状态，将放出热量产生附加蒸汽； n蒸发系统的金属也会放出热量产生附加蒸汽； n导致水位面以下的蒸汽量剧增、水位面上升，造成蒸汽大 量

8、带水汽水工腾。 第二节 饱和蒸汽的机械携带 （3）、蒸汽空间的高度 （A）、当蒸汽空间高度较小时，不 但小水滴易被蒸汽带走，部 分大水滴也能被带走； （B）、当蒸汽空间较大（0.6m)， 大水滴不能被带走。此时再增 加蒸汽空间的高度，蒸汽的湿 度也变化不大； （C）、通常汽包的正常水位应在汽 包中心线以下100200mm 处，波动范围5075mm。 第二节 饱和蒸汽的机械携带 n（D）、汽包水位的指示 n由于散热的影响，水位表中水的温度低于饱和温度，同时汽包水 容积内含有蒸汽。所以汽包中的水位要高于水位表的水位。 第二节 饱和蒸汽的机械携带 n（4）、锅炉水含盐的影响 n炉水含盐影响水的表面张

9、力和动力粘度。 n（A）、炉水含盐量增多： n溶液的表面张力减小，汽泡的直径也随之减小，汽泡 对水的相对运动减慢，汽包水容积中的含汽量增多 蒸汽空间高度减小； n相邻汽泡间的液体粘度增大，汽泡难于完成由小变大 的合并过程； n汽泡越小，内部过剩压力越高，破裂时抛出的水滴越 多；汽泡液膜强度增大，则汽泡只能在液膜很薄时才 会破裂。液膜越薄，破裂时生成的水滴越微小，更容 易被蒸汽带走； 第二节 饱和蒸汽的机械携带 n（B）、蒸汽含盐量和炉水含盐 n 量的关系 n最初两者成直线关系。 n但当炉水含盐量增大到某值后， 蒸汽的含盐量突然增多。二者 不再成直线关系。炉水的这一 含盐量称为临界含盐量； n锅

10、炉负荷提高，水容积中的含 汽量增多，炉水的临界含盐量 降低； n实际的炉水含盐量约为临界含 盐量的70； 第二节 饱和蒸汽的机械携带 第三节 蒸汽溶盐和选择性携带 n1、背景 n当饱和蒸汽同饱和水接触时，水中溶解的盐有一部分 溶于蒸汽。随工作压力的升高，汽的性能接近于水， 溶盐的能力也增强。 n2、蒸汽溶盐的特点： n（A）、饱和蒸汽和过热蒸汽均可以溶解盐类，凡能 n 溶于饱和蒸汽的盐也能溶于过热蒸汽； n（B）、蒸汽的溶盐能力随压力的升高而增大； （C）、蒸汽对不同盐类的溶解是有选择性的； 3、影响因素 （1）、杂质种类 （A）、第一类为硅酸。分配系数最大。下表中PH7，压力 8MPa时，分

11、配系数0.50.6；而此时机械携带0.010.03。即 硅酸溶解性携带比机械性携带，大2050倍。 工作压力（MPa）4681011141516182022.5 PH=7时的 asio2(%) 0. 5 0.6 0. 8 1.02.88.016.3 100 PH=10时的 asio2(%) 0.03 3 0.070.16 0. 6 0.922.22.83.87.3 100 表14-4 不同压力下硅酸的分配系数 第三节 蒸汽溶盐和选择性携带 n（B）、第二类为NaOH，NaCI等。 n这类杂质的分配系数比硅酸低得多，即在蒸汽中的溶解能 力很差。 n一般当压力大于12.5MPa时，考虑； n（C）

12、、第三类为一些难溶于蒸汽的盐分，如Na2SO4， Na2SiO3，Na2PO4等。 n只有当压力大于20MPa时，才能溶于蒸汽中。 n总之，在压力小于6MPa时，主要考虑机械性携带； n压力大于6MPa时，要考虑硅酸携带； n压力大于12.5MPa时，要考虑第二类杂质的溶解性携带； n压力大于20MPa时，才考虑第三类杂质的溶解性携带； 第三节 蒸汽溶盐和选择性携带 n（2）、压力 n压力升高，饱和蒸汽与饱和水的密度差减小，使饱和蒸 汽的性质更接近于水的性质。所以，压力升高，蒸汽对 杂质的溶解能力就增加。 n分配系数与压力的关系： nn某种盐类的溶解指数； n a 第三节 蒸汽溶盐和选择性携带

13、 n炉水的pH值影响硅酸在炉水中 的含量，所以也就影响着蒸汽 对硅酸的溶解性携带。 nPH值减小时，难溶于蒸汽的第 三类杂质将水解为硅酸，使蒸 汽对硅酸的溶解性携带增加； npH值过大，可能引起金属的碱 性腐蚀。一般控制在910。 （3）、炉水pH值 第三节 蒸汽溶盐和选择性携带 第四节 蒸汽带盐的沉积规律 n1，在过热器中的沉积规律 n（A）、高压锅炉中，过热器中沉积的盐类主要是 n Na2SO4，约占90以上。 n（B）、在超高压及亚临界锅炉中，过热器中的盐类 n 沉积物已经很少。饱和蒸汽中的杂质大都转 n 移到过热蒸汽中，最后进入汽轮机； n（C）、铁的氧化物在过热蒸汽中溶解度很小，所

14、n 以绝大部分沉积过热器中； （A）、汽轮机的第一级和最后几级 的盐类沉积量极少，而在中 间的各级中，低压级的盐类 沉积量总是比高压级的多些。 （B）、钠盐首先分离出，因而多沉 积在汽轮机的高压级，硅酸 则沉积在较低压力的各级中。 （C）、沉积物在各级隔板和叶轮上 的分布是不均匀的； （D）、经常启停的汽轮机内的沉积 物较少； 2，在汽轮机中的沉积规律 第四节 蒸汽带盐的沉积规律 第五节 给水净化 n保证给水品质是保证蒸汽品质的主要环节。 n方法：补给水处理和凝结水处理 n一、补给水处理 n一般分为预处理和离子交换处理两个过程。 n1、锅炉补给水的预处理 n锅炉的补给水来自天然水，其中往往含有

15、较多的悬浮物和胶体 物质。 n（A）、水的混凝处理。通过加入混凝剂，使水中细小的悬浮物 n 和胶体颗粒转变为大颗粒状沉淀物下沉； n（B）、沉淀软化。用加热或加化学药品的方法，使钙镁离子转 n 变为难溶化合物而沉淀析出，以降低水中的硬度； n（C）、过滤。进一步除去残留的细小悬浮颗粒的过程。 n2、离子交换处理 n目的是为了除去水中的离子态的杂质。 n（1）、离子交换剂 n（A）、工作原理 n当这种物质与水接触时，就将其本身所具有的某种离子和 水中同符号的离子相互交换，使水中的某种离子得以去除。 n（B）、分类 n无机质：天然和人造； n有机质：碳质和离子交换树脂； n其中，离子交换树脂进一步

16、可分为阳离子型和阴离子型。 n（C）、离子交换器 n是进行离子交换反应的设备。 n分为固定床和连续床。 第五节 给水净化 n（2）、亚临界锅炉和直流锅炉 n这两种锅炉，对补给水的要求非常严格，几乎需要将其中 所有的盐类除尽。 n常用H型阳离子交换剂将水中的各种阳离子交换成H ，用 OH型阴离子交换剂将水中各种阴离子交换成OH 。 第五节 给水净化 n二、凝结水处理 n1、凝结水处理的作用 n凝结水是锅炉给水的重要组成部分，也是给水中水量最大、 水质较好的部分。因此，控制好凝结水的水质对于保证给 水品质，最终保证蒸汽品质有重要意义。 n2、凝结水处理系统 n目前对凝结水的处理大都采用前置式除盐系

17、统。其工作流 程为：凝结水电磁除铁过滤器活性炭过滤器 混床 供出。 第五节 给水净化 第五节 给水净化 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 n对策：对策： n机械携带机械携带汽水分离；汽水分离； n溶盐溶盐蒸汽清洗；蒸汽清洗； n排污；排污； n一、汽水分离汽水分离 n1、分离的原理 （1）重力分离依靠汽水的密度差自然分离； （2）离心力分离使汽水混合物产生旋转，利用汽水 离心力大小不同的原理进行分离； （3）水膜分离水黏附在金属壁面上形成水膜流下来。 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 n2、分离装置 n（1）旋风分离器（粗分） 1）、立置非导流式旋风分离器 （A）、工作原理： （B）、主要部件说明 溢流环

18、：防止上部筒壁附着的水膜 被上升的汽流撕破而使蒸汽重新 带水； 顶帽：使汽流出口速度均匀，降低 蒸汽带水； 筒底：由圆形底板和导向叶片组成。 导向叶片使水平稳的流入汽包的水 空间。 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 n2）、立置导流式旋风分离器 n在筒体内部汽水混合物入口 引管的上半部加装有导流板， 形成导流式筒体区别； n导流板延长了汽水混合物的 流程和在筒体内的停留时间， 强化了离心作用，提高了分 离效果； n广泛应用于超高参数的锅炉 上； 第六节汽水分离和蒸汽清洗 3）、涡轮式旋风分离器 效率高。但阻力大。多用于强制 流动锅炉。 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 n（C）、布置 第六节 汽水分离和蒸

19、汽清洗 n（2）、百叶窗分离器（细分） n（A）、结构： n由许多厚约0.81.2mm的波 形钢板平行组装而成。各板之 间的间隙为10mm左右。 n（B）、原理： n离心力，汽水分离； n重力：水膜流入汽包水空间。 n（C）、用来除去蒸汽中微小 水滴，因此属细分离装置。 n（D）、缺点： n占据较大的蒸汽空间。 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 n（3）、顶部多孔板 n（A）、结构：一般由34mm的钢板制成，孔板上的孔均 n 匀分布，孔径10mm左右。 n（B）、原理：利用孔板的节流作用，使蒸汽空间的负荷沿 n 汽包的长度和宽度均匀分布，避免蒸汽局部流速过 n 高，起到一定的细分离作用。 n（C）、

20、布置位置：在汽包顶部靠近蒸汽引出管口的地方。 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 二、蒸汽清洗二、蒸汽清洗 1、目的：减少蒸汽的溶解性携带。 2、技术路线： 让蒸汽与含盐浓度较低的清洗水接触，使溶解于蒸汽中的盐分 转移到清洗水中，从而减少蒸汽的溶解性带盐。 3、说明： 由清洗水层出来的蒸汽，也会带走一些清洗水水滴。但由于清 洗水水滴中的含盐量比锅水水滴的含盐量少得多，所以蒸汽清 洗也能降低蒸汽的机械性携带。 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 n4、蒸汽清洗装置 n（1）、喷水式 n将给水喷入旋风分离器以上 的蒸汽空间对蒸汽进行清洗。 效率不高。 n（2）、水膜式 n将旋风分离器顶部的百叶窗 倾斜放置，给水从百叶窗上 端送入。缺点是清洗水易被 分离器带入的锅水污染。 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 n（3）、穿层式 n（A）、结构 n由开孔的平板组成。孔板的厚 度一般为2-3mm，开孔孔径为 5-6mm。 n（B）、工作原理 n蒸汽自下而上穿过孔板，由清 洗水层穿出，进行起泡清洗。 第六节 汽水分离和蒸汽清洗 （C）、影响清洗效果的因素 n在蒸汽穿层清洗过程中，物 质扩散主要在清洗水层、清 洗水层之上的泡沫层进行。 清洗水层中虽然有最大的浓 度差，但在泡沫层中汽泡呈 泡沫状态集聚而具有最大的 接触面积。因此一般认为物 质交换主要在