PDF《第十九章 蒸汽的净化》

2011-11-6

1 第十九章 蒸汽的净化 第十九章 蒸汽的净化 19.

1 概述 蒸汽中含有过多的杂质会引起过热器受热 面、汽轮机通流部分或蒸汽管道沉积盐垢. 在锅筒锅炉中,蒸汽中机械携带的水分含 量以及各种盐分在蒸汽中的溶解能力,可 用下式表示:

100 100 q ls ls w a k S S S ? ? ? 蒸汽携带盐分的原因有: (1)为蒸汽携带炉水水滴;

(2)为盐分直接溶解于蒸汽. 炉水中的含盐量主要有给水带入,亦可能 是有一小部分是腐蚀产物,但其量很少, 故在正常情况下,可以建立盐分平衡方程: (100 )

100 gs q ls p S S pS ? ? ? 式中,p为排污率,即排污水量占给水总量 的质量百分数. 注意:上式中S既可以表示总的含盐量,亦 可以表示其中某一种盐分的含盐量, 例如硅酸. 提高蒸汽品质的途径为: (1)提高给水品质;

在排污量不变时,提高给水品质,可使炉水含盐 量减少,蒸汽品质得以提高.但提高给水品质,会 增加水处理设备的投资及运行费用. (2)增加排污量;

增加排污量,可降低炉水含盐量,但会使电站的 热损失和补给水量增加. (3) 改进其水分离. 提高汽水分离效率,采用分段蒸发、蒸汽清洗等 办法提高蒸汽品质. 19.2 蒸汽带盐的机理 饱和蒸汽中携带的盐分主要有:NaCl、Na2SO

4、 NaOH、H2SiO3. 蒸汽带盐的机理: (1)机械携带―蒸汽携带含盐的炉水水滴;

(2)选择性携带―蒸汽直接溶解盐分,蒸汽对 盐分的溶解具有选择性. 2011-11-6

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一、饱和蒸汽中盐分的机械携带 在锅筒锅炉中,汽水混合物在锅筒内进行分 离,当饱和蒸汽从炉水中引出时,总带有一 些炉水水滴,而将其中所含的盐分带入饱和 蒸汽――蒸汽的机械携带.其量决定于机械 携带的水分及炉水含盐量的大小,蒸汽机械 携带水分的含盐量为: ,

100 q jx ls w S S ? 在低压和中压锅炉中,蒸汽品质决定于机械 携带的水分的多少,因此提高汽水分离效率 是提高蒸汽品质的主要途径. 在高压锅炉中,除了降低整齐的机械携带外, 还必须减少直接溶解于蒸汽的盐分数量. 在一定压力下,影响蒸汽带水的其它主要因 素为:锅筒的蒸汽负荷;

蒸汽空间高度;

炉 水含盐量.

二、饱和蒸汽中盐分的溶解 随着压力增加,饱和蒸汽溶解盐分的能力 增大,使蒸汽含盐量增多.蒸汽溶解盐分 的含盐量为: ,

100 q rj ls S S ? ? 由于饱和蒸汽对不同盐分的溶解能力是很 不相同的,亦即各种盐分的分配系数有很 大的差别,因此上式通常指某种盐分而言. 根据饱和蒸汽选择性携带的特性,可将锅炉炉 水的各种盐分分成三类: ?第一类的盐分为硅酸,其分配系数最大;

?第二类盐分有NaOH、NaCl、CaCl2等,其分 配系数比硅酸的低得多,但到超高压时,其 分配系数也能达到相当大的数值;

?第三类盐分是一些难溶于整齐的盐分,如Na2SO

4、Na2SiO

3、Na3PO4等. 在实际锅炉中,当压力超过6MPa时,蒸汽溶 解硅酸的能力增大,影响蒸汽品质;

到压力 超过15MPa时,则应同时考虑第二类盐分的 溶解;

对于第三类盐分,则其分配系数很小, 在锅筒锅炉中不必考虑其对蒸汽品质的影响. 2011-11-6

3 19.3 汽水分离装置的设计 降低机械携带的办法是进行汽水分离,将蒸 汽携带的水分分离出去. 降低选择性携带的办法是降低与蒸汽相接触 的炉水浓度. 目前常采用的方法是用给水清洗蒸汽,将蒸 汽中溶解的盐分转入清洗水中. 汽水分离及蒸汽清洗的过程是在锅筒内进 行的,因此在设计锅筒时必须满足蒸汽品 质的要求. 在设计锅筒及其内件时,一般应进行下列 各项工作: (1)选择适当的锅筒尺寸, 使具有足够的蒸汽 容积和水容积;

(2)正确选择汽水分离系统及锅筒内部装置, 使其满足蒸汽品质的要求,同时必须满足 水循环可靠性的各项要求;

(3)合理布置各种管道,包括蒸汽引出管、给 水引入管、汽水混合物引入管、下降管、 排污管及加药管等. 汽水分离装置的设计一般是利用下列基本原 理进行的:重力分离、惯性力分离、离心力 分离和水膜分离. 在设计汽水分离装置时,应注意以下几点: (1)使锅筒内的蒸汽负荷沿锅筒长度和宽度分 布均匀;

(2)防止汽水混合物、蒸汽和水的流体对水面 发生冲击;

(3)防止水滴破碎,尽量避免微小水滴的出现;

(4)组织好分离设备的疏水,尽量避免分离后 的水滴被气流二次带走;

(5)防止气泡进入下降管中,影响水循环的可 靠性;

(6)制造安装简单、检查维修方便. 工业锅炉中常采 用的蜗形分离器 结构. 汽水混合物从进口 蜗壳以切线方式进 入旋风器,靠离心 力的作用降水滴抛 向筒壁,使汽水分 离,然后在旋风筒 内受重力作用,蒸 汽从顶部经波形板 顶帽进入锅筒的蒸 汽空间,水则由下 部进入水空间. 2011-11-6

4 筒内旋风器的优点: (1)利用汽水混合物的进口功能,在圆筒中旋 转产生的离心力比重力大许多倍,分离效 果好;

(2)汽水混合物在旋风筒中平稳地消除其功能, 避免了冲击现象的产生;

(3)汽水混合物进入旋风器后,蒸汽与水反向 流动,而蒸汽不从锅筒水容积中通过,炉 水浓度对蒸汽品质的影响较小,能在炉水 浓度较高的条件下工作;

(4)旋风器沿锅筒长度均匀分布,使蒸汽负荷 的分布比较均匀. 图19-14 波形板分离器 19.4 蒸汽清洗 硅酸在蒸汽中的含量决定于其在炉水中的 浓度: 3q 3l SiO SiO

100 k ? 给水和炉水的含盐浓度具有很大的差别,可 利用这种浓度差来提高蒸汽品质. 蒸汽清洗就是利用给水和炉水浓度差的一 种有效方法. 图19-16 蒸汽清洗装置图 清洗装置后蒸汽中携带的硅酸含量为: pj 3q 3qx SiO SiO

100 k ? 蒸汽的水工况特性可由盐分平衡方程式进行 计算. 蒸发受热面实际产生的蒸汽量要增加相应的 数量,在计算清洗装置前的分离装置时,该 部分凝结的蒸汽量应加入其中. 图19-17 蒸汽清洗盐分平衡示意图 2011-11-6

5 蒸汽清洗是一个物质交换过程,其传质量 决定于炉水与清洗水的浓度差、蒸汽与清 洗水的接触面积和物质交换系数. 在穿层清洗过程中,物质扩散是顺序地在三 个区域内进行的: (1) 清洗水层,当蒸汽泡穿过水层时进行;

(2) 泡沫层,在清洗水的上层气泡积聚形成泡 沫状态. (3) 蒸汽空间,蒸汽与飞溅的清洗水滴相接触 而进行. 影响蒸汽清洗效果的主要因素有: (1)清洗水量;

(2)清洗前蒸汽品质;

(3)清洗水层厚度;

(4)蒸汽流速;

(5) 清洗水PH值. 清洗装置的结 构按照蒸汽与 水接触方式的 不同可以分成 喷水式、雨淋 式、水膜式、 自凝式和穿层 式等. 普遍采用的穿层式清洗装置,有钟罩式和平板 孔式两种,清洗效果很好. 19.5 分段蒸发 在组织汽水分 离系统时,最 理想的情况是 利用浓度小的 炉水来产生蒸 汽,而将浓度 大的炉水排走. 总盐分平衡方程式: (100 )

100 gs q pw p S S pS ? ? ? 第一段盐分平衡方程式: ? ?

1 1

1 (100 ) gs q ls p S n S n p S? ? ? ? ? 第二段盐分平衡方程式:

1 1

1 ( ) ls q pw n p S n S pS ? ? ? ? 2011-11-6

6 如忽略蒸汽携带的盐分,则可得两段 炉水的浓度倍率:

1 1

1 n C p ?? ? ? 采用分段蒸发后,蒸汽的含盐量为:

1 1

1 2

100 100

100 100

100 100 q q q ls ls n n n k n k S S S S S ? ?? ? ?? ?? ?? ? ? ? ? 可见,若排污水的浓度相等,在采用分段蒸 发后,由于第一段炉水的浓度大为降低,因 而这一段所产生的蒸汽品质将显著提高. 两段蒸发有锅内盐 段及锅外盐段两种;

三段蒸发一般以锅 内作为第二段,以 锅外旋风器作为第 三段. 采用锅内盐段:优 点有结构简单、投 资费用最省、对蒸 发量没有限制;

缺 点是盐段炉水的回 流率大,影响分段 蒸发的效果. 采用锅外盐段:优点是可以避免炉水回流, 使分段蒸发的效果较好,同时锅外旋风器空 间尺寸不受限制,可有较高的高度,使汽水 分离完善;

缺点是投资费用增多. 三段蒸发一般是在给水品质很差时采用,其 系统一般以图19-22中所示的最为合适,既充 分利用了锅筒两端的容积,又使系统不很复 杂. 设计锅内盐段时,最重要的就是减少盐段炉 水的回流量.