超超临界机组的水汽品质控制.doc

超超临界机组的水汽品质控制
汪德良1 李志刚1 柯于进1 陈 戎2 刘金生2 沈宝中2
（ 陕西省 西安市 710032;
北京市 100088）
摘 要：本文比较了不同参数下杂质在水汽的溶解特性，研究了超超临界条件下蒸汽的高温氧化特性，在总结我国超临界机组多年来的有关运行经验和国外近年来超超临界机组的水汽品质控制技术基础上，提出了我国超超临界机组发展过程中应该采用的水汽品质控制方式、控制指标要求、运行中盐类、腐蚀产物控制以及水蒸汽高温氧化监控方面的建议。
关键词：超超临界；水处理；水汽品质；高温氧化
1 引言
超临界和超超临界机组与常规亚临界机组相比，不仅具有更高的热效率，而且具有良好的运行灵活性和负荷适应性，显示出显著节能和改善环境的双重功效，作为世界上先进的洁净煤发电技术主导着电力的发展方向。
超临界火电技术已经历几十年的发展，多个先进国家的运行经验证明，解决好材料和化学二个专业方面的问题，是保证超超临界机组设计和运行成功的关键。
水的理论临界状态为：℃。当水的状态到达这一临界点后，水汽共为一体，不再有汽水两相共存区，二者参数也不再有任何差别。但是随着温度压力参数的提高，水汽的溶解与沉积特性也发生了显著变化，对机组设备运行的影响也随之改变。因此，研究超超临界条件下的水质控制技术，对于保证设备的安全经济运行至关重要。
2 超超临界机组水汽特点
超临界条件下蒸汽的物理特性
在超临界参数下，水汽工质在管子内壁面附近的流体粘度、比热、导温系数和比容等参数发生了显著变化，可能导致水冷壁管内发生类膜态沸腾，水中的盐类等杂质在受热面浓缩。图1为水和蒸汽的物理性质与温度的关系[1]。
工质的粘度、密度、导热系数等物理参数随压力和温度而变化，但受压力的影响较小，而受温度的影响较大。在250℃～550℃的范围内，工质密度和动力粘度随温度变化最大。当工质温度在300℃～400℃范围内时，管内壁面处的工质粘度约为管中心工质粘度的1/3左右，由此产生粘度梯度，引起流体边界层的层流化；在边界层中的流体密度降低，产生浮力，促使紊流传热层流化；边界层中的流体导热系数也随着降低，又使导热性差的流体与管壁接触，当进口温度较低时，壁面处的流体速度远小于管中心的流体速度，这又促使流动层流化。因此，在管子热负荷较大时就可能导致传热恶化，同时由于盐类等杂质的浓缩，受热面结垢，进一步加剧传热恶化。
当超临界参数锅炉的工作参数进一步提高，过热器出口的压力达到31MPa或更高时，水冷壁中工质压力可达到37MPa或更高。根据超临界压力下工质的物理特性可知，水冷壁中工质大比热特性将随压力升高而减弱，对应压力的大比热值减小，但仍需注意防止类膜态沸腾引起的传热恶化。

图1 水和蒸汽的物理性质与温度的关系[1]

在超临界条件下，蒸汽已具备和水一样的溶解特性。各种盐、酸、碱和金属腐蚀产物等物质在蒸汽中的溶解度随蒸汽压力不同（见图2、图3），可以从微克变化到毫克升级。图4中的竖线表示最常见的可溶解携带的物质及其浓度范围。压力越高，蒸汽的溶解携带能力越强。从图2、图3可见，这些常见物质在过热蒸汽