蒸汽溶盐的清除方法

15.2.2　蒸汽溶盐的清除方法

在中等以上参数锅炉中，蒸汽的溶解性携带是影响蒸汽品质的主要因素，其中硅酸是最主要的一种盐分。降低饱和蒸汽中溶盐的方法有蒸汽清洗和分段蒸发两种^［3］。

1.蒸汽清洗

蒸汽清洗的原理是将蒸汽与给水混合，由于水中的盐分浓度低，使蒸汽中某种较高浓度的盐分向给水中进行物质扩散。图15.19所示是穿层式清洗装置，分钟罩式和平孔板式两种。清洗装置布置在锅筒蒸汽空间上部，部分给水引至清洗孔板上，使孔板有一定厚度的清洗水层。该水层靠蒸汽穿孔阻力所造成的压差将水托住。通过粗分离出来的蒸汽，自下而上穿过清洗水层进行清洗，利用蒸汽与给水之间盐分的浓度差，使得从高浓度炉水中出来的蒸汽中的盐分向清洗水中扩散，从而将部分的盐分转移到清洗水中，因此蒸汽的盐分含量大大减少。清洗后的给水溢出挡板，流入锅筒水空间。

蒸汽清洗是一个物质交换过程，其传质量取决于蒸汽与清洗水的浓度差和接触面积，以及物质交换系数。穿层清洗过程中，物质扩散按顺序通过三个区域：①具有最大的浓度差的清洗水层；②清洗水上层中具有最大的接触面积的动力泡沫层；③蒸汽与飞溅的清洗水滴相接触的蒸汽空间。这三个区域中，一般认为蒸汽清洗的主要区域是物质交换最为强烈的第二区域，即动力泡沫层。

穿层清洗装置由于蒸汽与水充分接触，具有最大的接触面积，其清洗效率较高，约为60%～70%，因此得到广泛应用。

平孔板式穿层清洗方式清洗效果的主要影响因素有：①清洗水的品质。除了提高给水品质外，还可采用增加清洗水量及提高清洗水的pH值的方法以提高清洗水的品质。通常在高压锅炉中，为了简化供水系统，方便操作运行，采用全部给水进行清洗。但是在超高压锅炉中，一般采用30%～40%的部分给水清洗，这样一方面可以降低下降管的水温，增加工质密度，防止下降管中发生汽化，保证水循环的可靠性；另一方面由于给水的欠焓很大，全部作为清洗水将使大量蒸汽凝结，则需要增加锅炉的实际蒸发量，不利于汽水分离，蒸汽品质反而可能恶化。清洗水pH值的提高使硅酸的分配系数减小，因而蒸汽品质可以提高。②清洗水层厚度。清洗水层厚度不宜很厚，一般为30～50mm，因为泡沫层是主要传质区域；③通过清洗水层的蒸汽流速。流速过小将因蒸汽与清洗水的接触面积减少而降低清洗效率，流速过大将使清洗后的蒸汽带水量增加，一般蒸汽流速不得小于0.5～0.7m/s。平孔板穿层式清洗装置的孔板厚度约2～3mm，开孔直径为5～6mm，蒸汽的穿孔速度为1.3～1.6m/s；④清洗前蒸汽品质。清洗前的蒸汽品质愈越差，清洗后的蒸汽品质也越差，应当严格控制炉水浓度并提高汽水分离装置的效果；⑤清洗水的溢水挡板。溢水挡板应没入正常水位下至少150mm，以形成良好水封，否则蒸汽可能经溢水挡板直接短路进入清洗装置的上方。溢水速度应小于0.1m/s，否则溢水可能带汽。此外，必须保证清洗孔板不出现干孔板区，即全部孔板均有清洗水流过，而且还应在50%额定负荷下校核。

图15.19　穿层式清洗装罩示意图

（a）钟罩式；（b）平孔板式；（c）清洗原理

钟罩式穿层清洗方式，清洗装置结构复杂，有效清洗面积比平孔式小两倍，阻力大一倍，一般已不采用。

蒸汽清洗方式还有喷水式、雨淋式、水膜式和自凝式等^［4］。喷水式是用给水喷淋清洗从旋风分离器出来的蒸汽。雨淋式是用给水喷淋清洗由旋风分离器出来后，又经过下孔板、钢丝网及上孔板出来的蒸汽，为三级逆流清洗。水膜式是给水送入旋风分离器顶部的倾斜百叶窗，蒸汽穿过时与板壁面的水膜接触进行清洗。自凝式是给水进入布置在蒸汽空间的几排冷凝管圈，蒸汽通过管圈时冷凝下来的部分凝结水起到清洗作用。这些清洗方式的效果不如穿层清洗方式。

大型锅炉的给水品质及汽水分离装置较好，可以取消蒸汽清洗装置，以简化锅内装置结构。有时为了防备凝汽器泄漏、新投产锅炉初期可能引起的水质恶化，高压及超高压锅炉仍可能需要采用清洗装置。亚临界压力时，由于蒸汽溶解硅酸的能力增大，使清洗装置的效率降低，蒸汽品质主要依靠提高给水品质来保证。

2.分段蒸发

给水带入的盐分在蒸发浓缩过程中大部分被留在炉水中。为了保证蒸汽品质，通常采用排污的方式不断排走一部分盐分浓度较大的炉水，以保持炉水浓度在允许范围内。但过多的排污量会降低锅炉的热经济性。分段蒸发的原理就是将浓度大的炉水排走，而利用浓度小的炉水来产生蒸汽，则既能减小排污量，又能提高蒸汽品质。

锅内两段蒸发原理如图15.20所示。锅筒内，由隔板分隔成两段的水容积各自都有自己的独立的循环回路，给水全部送入第一段（净段），蒸发后的净段炉水作为第二段（盐段）的给水，再蒸发后的炉水作为锅炉排污。图中S_gs为给水含盐量；ρ_pw为排污率，%；S_ls，j及S_ls，y分别为净段及与盐段的炉水含盐量；n_j及n_y分别为净段及盐段的蒸发量占锅炉总蒸发量的质量分数，%；S_q，j及S_q，y分别为净段及盐段的饱和蒸汽含盐量；排污水浓度S_pw＝S_ls，y。锅筒中总盐分平衡、净段盐分平衡及盐段盐分平衡的方程式分别为

图15.20　分段蒸发原理

由此可得则盐段与净段炉水的浓缩倍率A，即

式中：k_y为盐段蒸汽的携带系数，%。由于k_y/1001，如果忽略，则炉水浓缩倍率A＝1＋n_y/ρ_pw1，即盐段排污水浓度远高于净段炉水浓度。如取n_y＝20%，ρ_pw＝2%，则A＝11，即采用分段蒸发后，净段炉水浓度不到盐段炉水浓度的10%。分段蒸发产生的蒸汽含盐总量S_q为

式中：k_j为净段蒸汽的携带系数，%。

不采用分段蒸发时的排污水含盐量（即炉水含盐量）与分段蒸发的盐段炉水含盐量相同，则其蒸汽含盐量S′_q＝kS_ls，y/100，如果蒸汽携带系数k＝k_j＝k_y，可得分段蒸发装置效率为

由于浓缩倍率A＞1，则η＜1，即排污水含盐量相同时，采用分段蒸发后的蒸汽含盐量总是减小，可以显著提高蒸汽品质。上述例子的η＝0.27，即采用分段蒸发使蒸汽品质提高了2.7倍。如要求相同的蒸汽品质，采用分段蒸发后可以在更高的炉水浓度下工作，因此可以使用品质较差的给水或减少炉水排污量。

减少两段蒸发中盐段的蒸发量或增加分段的数目，可以增强分段蒸发的效果，但结构更为复杂。因此实际应用一般仅采用两段或三段蒸发，第三段通常采用锅外旋风分离器，如图15.21所示。图中去掉锅外旋风分离器即为锅内两段蒸发系统，如去掉两块隔板则成为锅外两段蒸发系统。两段蒸发系统中，锅内盐段仅需在锅筒内安装两块隔板，两端为盐段，结构简单，但盐段炉水容易回流，影响分段蒸发的效果。锅外盐段则可以避免炉水回流，装置效果较好，同时使汽水分离完善，因此可以提高排污水浓度，减少排污量，但增加了投资费用和连接系统的复杂性。三段蒸发系统通常在给水品质很差时才采用。

锅内盐段的蒸发量一般占锅炉总蒸发量的15%～20%，设计的关键是要减少盐段炉水的回流率量。隔板至少超过盐段水位200～300mm，以保证足够的高度。通过隔板上部蒸汽通道的蒸汽流速，高压时应小于1m/s，中压时应小于2.5m/s，避免增加流动阻力。隔板中靠近锅筒底部的连通管长度一般应大于800mm，管内水速为0.2～0.5m/s。

盐段水位由于水连通管及蒸汽通道的阻力而低于净段，其间水位差ΔH为

式中：Δp为水连通管与蒸汽通道的阻力之和，Pa。

图15.21　三段蒸发系统

一般ΔH保持30～50mm。为了避免影响水循环安全性及盐段炉水回流到净段，通常水连通管的阻力应保持在200～300Pa。

中压以上的电站锅炉由于给水品质大为改善，炉水含盐量基本能控制在允许值以内，一般可不采用分段蒸发系统。对于给水品质较差的工业锅炉、热电站锅炉（补水率很大）及已投产锅炉，仍可采用分段蒸发改善蒸汽品质和降低排污率。对中压锅炉常用锅内两段，对高压锅炉盐段采用外置式分离器。对凝汽式电站一般不推荐采用分段蒸发^［5］。