余热锅炉汽水分离元件故障对机组蒸汽品质的影响分析

余热锅炉汽水分离元件故障对机组蒸汽品质的影响分析

曾洋波

（广东惠州天然气发电有限公司广东惠州516000）

摘要：随着电力行业环保力度的加强，国内大型燃气蒸汽联合循环机组不断增多。其中9F机组采用的余热锅炉普遍是三压、再热、无补燃型余热锅炉。由于余热锅炉包采用的汽水分离装置均较为简单，本文通过对其结构进行分析，探讨了余热锅炉水汽分离元件对蒸汽品质的影响。

关键词：余热锅炉；水汽分离元件；蒸汽品质

前言

某公司余热锅炉为杭州锅炉厂为三菱9F机组配套的余热锅炉，形式为：三压、再热、卧式、无补燃自然循环余热锅炉。采用3个不同压力等级的汽包为汽轮机供汽。三个汽包内部采用同样的汽水分离元件，均为惯性分离挡板+钢丝网分离，相对传统燃煤汽包锅炉来说简单很多。该公司2016年8月就因为高压汽包惯性分离挡板裂缝导致了过热蒸汽被污染事件，分离元件产生缺陷对机组蒸汽品质影响如何，这是一个值得探讨的课题。

一、汽水分离的目的

汽包锅炉需要通过组织内部结构以确保蒸发量，以及把过程中的内部沉积和蒸发受热面的金属腐蚀产物限制在最小值。这样的设计是必要的，因为在汽包锅炉中，蒸发受热面和过热器之间存在固定的分界面；由于化合物在传热介质水相和蒸汽相的溶解度不同（蒸汽相中化合物溶解度低于水相），化合物富集于锅水中。依据成分平衡，其中不包括携带到蒸汽中的盐份，锅水中化合物的平均浓度由：

确定，其中Cfw和Cbw分别代表给水的给水和锅水的杂质浓度，p代表排污率，即，排污量）与蒸发量之比。从表达式中可知，汽包排污水中可溶性杂质浓度，当排污率为1%时，它近似等于给水的100倍。因此，为了防止蒸发受热面管子的金属被腐蚀，炉水中应该添加特殊的试剂以使管子的内表面水垢沉积变的最小，这是炉内水处理的来由，我公司的炉内水处理药剂为磷酸三钠。

汽水分离装置设置的目的是为了获得高品质纯净的蒸汽。一旦蒸汽受到污染，其含盐量过多将会严重影响锅炉及汽轮机等热力设备的安全运行。

二、某公司余热锅炉与传统电厂燃煤锅炉汽水分离元件的区别

杭锅专门为9F燃机配套的余热锅炉汽包采用了新型的汽水分离装置，其本质还上是采用了挡板进行初步的惯性分离，加上钢丝网分离，形式是十分简单的。而传统的燃煤机组汽包采用的汽水分离元件则复杂的多，包括了挡板惯性分离、旋风分离、百叶窗分离、波形板分离、钢丝网分离、多孔板分离的组合使用，同时还要配有洗汽装置。

上图为余热锅炉的汽包内部结构，汽包底部褐色的是挡板惯性分离器，顶部为钢丝网分离器，右图放大部分还有支撑钢丝网的波纹板，也有分离作用。

上图为传统的燃煤电厂汽包锅炉的汽水分离配置，采用分离效果最好的旋风分离器为主，组合其他汽水分离元件，加上蒸汽清洗装置形成一套系统的蒸汽净化系统。

三、影响蒸汽品质的因素

炉水不管如何进行处理，总是存在各种杂质的，具体见本文第一部分。蒸发受热面不断产生蒸汽，在产汽的过程中会使蒸汽携带各种化学杂质如氯化物、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物等。蒸汽气的杂质是从两方面带来的，一是机械携带（也叫蒸汽带水）；二是溶解携带。溶解携带跟锅炉的参数有关，当锅炉参数确定以后，溶解携带的影响因素基本已经确定，变化比较小。那么机械携带便是影响蒸汽品质的变数。

锅炉运行时，汽包内实际工况复杂，机械携带的水滴形成有两种情况。一是蒸汽泡破裂形成的水滴，其过程如下：

二是机械运动撞击而形成水滴，汽水混合物在汽包内汽流相互冲击或撞击汽包壁或其他内部装置，都会形成很多水滴。

影响饱和蒸汽带水的因素很多，包括锅炉负荷、工作压力、蒸汽空间高度、炉水含盐量等。锅炉压力、负荷、炉水含盐量属于运行控制的问题，这里着重分析一下蒸汽空间高度的影响。汽包内汽空间的高度在一定的范围内对蒸汽带水量的影响比较大，主要是因为在水滴形成的过程中，水滴由蒸发面飞出，受惯性的影响上升至一定高度。汽包内汽空间的高度对水滴由蒸汽中分离有影响，其规律如图所示。

四、某厂分离元件发生缺陷对蒸汽品质的影响分析

该公司2016年8月高压汽包惯性分离挡板产生裂缝，低压汽包的惯性分离挡板因水汽冲刷，窥视孔堵头及其周边被冲破。同样是惯性分离器故障，低压汽包的挡板破裂程度要比高压汽包严重的多，但是对蒸汽品质的影响却比高压汽包低的多，除了压力低外，汽包汽空间高度是主要原因。

从上图可以看出低压压汽包分离器挡板破损非常严重，而高压汽包分离器挡板只有一条小缝隙，长度1.5米左右。根据水汽监测结果显示，低压汽包发生分离器挡板破损，饱和蒸汽的电导率只由原来的0.3-0.4us/cm左右上升到了0.6-0.7us/cm，而过热蒸汽的品质并没有明显变化。而高压汽包在分离器挡板有裂缝时，饱和蒸汽电导率由0.2us/cm上至5us/cm；钠离子含量一度达到500ppb，过热蒸汽钠也严重超标，必须停炉进行消缺。原因是两者的汽空间高度不同，从蒸汽湿度与蒸汽空间高度关系曲线可以看出，当蒸汽空间高度从500mm降低到250mm时，蒸汽空间高度与蒸汽带水成正比，当空间高度大于500mm时，空间高度对蒸汽带水的影响已经很小了。

高压汽包低压汽包

从上图可以看出，我厂高压汽包与低压汽包半径差异很大。高压汽包正常水位距离钢丝网分离器入口为670mm；低压汽包正常水位距离钢丝网分离器入口距离高达1028mm。所以同样是汽水分离挡板故障，甚至低压更加严重，但是水汽冲击后飞溅的水滴，在高压汽包就会被大量携带进了再热器，而低压汽包则不会。

结论

通过理论分析与实际运行经验验证，我厂余热锅炉采用的汽水分离元件在设备正常运行的时候，汽水分离效果能满足热力系统对蒸汽品质的要求，可是一旦出现破损，高压蒸汽则很容易受到污染。因此高压气汽水挡板的质量在维护检修需要特别加以关注，避免出现故障而影响到机组的安全运行。

参考文献：

［1］肖作善热力设备水汽理化过程水利电力出版社，1993