КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Переход примесей из воды в насыщенный пар

С питательной водой в паровой котел по­ступают различного рода примеси. В барабан­ных и прямоточных котлах до критического давления происходит испарение воды, пар перегревается и направляется в турбину. Какое количество приме­си переходит в пар? Аналогично — в деаэраторе происходит кипение воды, имеются области жидкой и паровой фаз.

Переход примесей из воды в насыщенный пар

Рис. 12.29. Схема системы «вода — пар» на линии насы­щения.

Рассмотрим систему (рис. 12.29), включающую жидкую (вода) и паро­вую фазы, находящиеся в тепловом равновесии: температура Т и давление р
фаз одинаковы; подвода и отвода теплоты нет. Соотношение Тир отвечает линии кипения для воды.

Обозначения: верхний штрих показывает, что данная величина от­носится к жидкой фазе; два верхних штриха — к паровой фазе.

В жидкой и паровой фазах при­сутствуют примеси (г — 1 - N), мольная доля их Хі. Принимаем, что растворы идеальные, наличие дру­гих примесей не оказывает влияние на поведение г-ой примеси.

Электрохимический потенциал г-ой примеси в жидкой фазе

О/ ,

/4 = T) + RTnx, l~(ae^,i1

Переход примесей из воды в насыщенный пар

Рис. 12.30. Изменение химических потен­циалов примеси в'жидкой /4 и паро­вой р" фазах в зависимости от мольной

ДОЛИ Хі.

(12.47)

Где pf (р, Т) — стандартное значе­ние химического потенциала г-ой

Примеси в жидкой фазе.

(12.48)

Электрохимический потенциал в паровой фазе

/х5' = /х?"(р, Т) - f RTlnx" - (aetp)".

При равновесии системы р[ — р'(.

Т) + RT 1п.< Отсюда

К1

На рис. 12.30 показано изменение химических потенциалов примеси в жидкой и паровой фазах. Из рис. 12.30 видно, что при их равенстве мольные доли г-ro вещества в жидкой и паровой фазах х и х" различаются. Приравняем (12.47) и (12.48):

(а е ф)Ч = (р, Т) + RT In х - (а е

ВТInQ) = -0uf'ip, Г) - ,І°'(Р, Г)) - ((аеірУї - (ае. ір)"). (12.49) Введем обозначение

(12.50)

Величина Кр показывает отношение концентрации примеси в паро­вой фазе к концентрации в жидкой фазе. Называется она коэффициентом распределения примеси между жидкой и паровой фазами.

Коэффициент распределения может рассчитываться не только через мольные доли вещества, но и через концентрации, выраженные в других единицах (г/кг, мкг/кг, см3/г и т. д.). В общем виде

К - —

Р~ С.'

Где Сп, Св — концентрация примеси в паровой и жидкой фазах.

Из соотношения (12.49) получим зависимость для расчета коэффици­ента распределения

КР = ехр(--------- ш---------- ) .ехр(------------------------------------- ш ). (12.51)

Коэффициент распределения является функцией температуры (давле­ния), свойств растворенного вещества, степени его диссоциации, состава раствора.

Рассмотрим случай, когда растворенное вещество находится в моле­кулярной форме (степень диссоциации а = 0) в жидкой и паровой фазах. Коэффициент распределения обозначим KpJ. Он будет определяться из вы­ражения

< = (12.52)

Обозначим

Ад°сп(Г) = СР. Т) - (Р, П (12.53)

Где Дд{}сп(Т) — изменение стандартных химических потенциалов при ис­парении или конденсации вещества. Тогда

А/4п

Или 0

= (1254)

Изменение стандартных химических потенциалов выразим через раз­ность энтальпии h" и энтропии б*-; s":

АЛ^ = Л<'- Л{; As'cri = s" - s[ Д^сп = ДЛ'СП - TAslllcn. (12.55)

Обратите внимание, что величины /г", 1г[, Ahlucп, s", sДз?1СП, Д/^сп относятся к растворенному веществу при данной температуре системы Т, а не к водному теплоносителю.

Переход примесей из воды в насыщенный пар

Рис. 12.31. Зависимости Т = д(р) на линии кипения (испарения) для разных ве­ществ.

Давлению рассматриваемой системы р отвечает температура кипения растворенного г-го вещества Т*сп, отличающаяся от температуры систе­мы Т, которая принимается, как было указано выше, по кривой испарения для воды (рис. 12.31).

При Т*сп Д/4п = о и Д4СП = AhijT^ Тогда

Исп

Молекулярный коэффициент распределения

Проведем анализ полученной зависимости (12.56).

Процесс испарения жидкости всегда происходит с подводом теплоты, т. е. д/4„>о.

Для неорганических веществ при данном давлении системы р темпе­ратура кипения Ткг||П больше температуры кипения воды Т, при этом, как видно из (12.56), In К^1 < 0. Для газов, наоборот, ТК|П < Т, а 1 пК*1 > 0.

Уравнение (12.5о) получено для идеальных растворов в воде и паро­вой фазе без учета влияния свойств растворителя. Однако с повышением

Таблица 12.1. Параметры воды на линии насыщения

Р, МПа

0,1

, 1

5

10

15

20

22,12

T, °С

99,6

180

264

311

342

365,7

374,12

Р'/р"

1655

175,8

31,4

12,8

6,5

3,1

1

Давления (температуры) двухфазной системы плотность воды снижается, а пара — увеличивается, паровая и жидкая фазы воды по своим характе­ристикам сближаются, в критической точке различие между ними исчезает (табл. 12.1).

Следовательно, коэффициент распределения в критической точке си­стемы для всех веществ равен 1 (In К^ = 0). С учетом этого на рис. 12.32 показан ход зависимости коэффициента распределения для неорганических и газообразных веществ.

Переход примесей из воды в насыщенный пар

Рис. 12.32. Зависимость коэффициента распределения Кр от температуры для неор­ганических веществ и газов.

Факт, что коэффициент распределения для газообразных веществ боль­ше 1, используется в деаэраторе для удаления из воды значительной части растворенных газов.

Влияние степени диссоциации вещества на коэффициент распределе­ния примеси между водой и паром видно из формулы (12.51):

— ((а е фУі — (а е ■

Т' Г/л/ ( - - У*ЄЧ>)і Кр = Л/ ехр^---------- ^ ) =

= Крех р( RT (12.57)

При увеличении степени диссоциации вещества в жидкой фазе а • коэф­фициент распределения уменьшается, а в паровой фазе а" — увеличивается. При а[ — 1 и а" = 1 из (12.57) получим значение для ионного коэффи­циента распределения Поскольку в паровой фазе степень диссоциации существенно меньше, чем в жидкой, ионный коэффициент распределения меньше молекулярного.

Таким образом, использование физико-химического метода анализа двухфазных систем дает возможность выявить основные закономерности процесса перехода примесей из воды в насыщенный пар.

Переход примесей из воды в насыщенный пар

Переход примесей из воды в насыщенный пар

Для практических целей в теплоэнергетике используют зависимость коэффициента распределения не от температуры насыщения, а от отноше­ния плотностей воды р' и р" на линии насыщения:

(12.58)

Это соотношение впервые предложил академик Стырикович М. А. Ис­пользование формулы (12.58) удобно тем, что в определенном диапазоне параметров показатель степени можно принимать постоянным. Тогда в ло­гарифмических координатах эта зависимость будет линейной:

(12.59)

Где коэффициент п соответствует углу наклона прямой линии.

Физически коэффициент п можно трактовать как координационное число растворенного в воде вещества, показывающее, сколько молекул во­ды находится в ближайшем окружении молекулы или иона растворенного вещества. Это число зависит от индивидуальных свойств вещества: чем сильнее электрически заряжена молекула (ион), тем больше координацион­ное число.

Из (12.59) видно, что все прямые (лучи) сходятся в критической точке,

Где р'/р" = 1, Щ = 1.

На рис. 12.33 показана лучевая диаграмма для ряда веществ.

Неорганические соединения по способности растворяться в насыщен­ном паре можно условно разделить на три группы:

1 - весьма слабые электролиты (п < 1); они в водных растворах почти недиссоциированы; коэффициент распределения при р — 11 МПа и вы­ше составляет десятки процентов (типа гидратированных оксидов железа, алюминия и т. д.);

2 — слабые электролиты (n = 1 - 3), коэффициент распределения при тех же параметрах — проценты (типа кремнекислоты);

3 — сильные электролиты (п > 3); практически полностью диссоци­ированы; коэффициент распределения — десятые, сотые и меньше доли процента (силикаты, сульфаты, фосфаты натрия, кальция).

Переход примесей из воды в насыщенный пар

Рис. 12.33. Зависимость коэффициен - Рис. 12.34. Видимые коэффициенты рас - та распределения веществ от отноше - пределения гидратированных оксидов же - ния р'Iр" водного теплоносителя. леза, алюминия, меди и кремния при р =

— 18 МПа в зависимости от рНо.

Кр

Fe30,

ЧА1(ОН)<

/

CuO

У

SiO,

Г-----

10 рН0

6

Ионные формы растворенных веществ более гидратированы, коорди­национное число у них больше, а коэффициент распределения — меньше, чем у молекулярной формы. Видимый (интегральный) коэффициент рас­пределения Кр зависит от К™, и доли диссоциированных молекул.

Для слабых электролитов доля молекулярной формы в общей концен­трации растворенного вещества обозначается через /3, а 1 — /3 — доля ионной формы. Видимый коэффициент распределения будет равен

Кр = к;/з + к;(1-/з). (пщ

Величина /3 зависит не только от давления, но и от величины рН. Поэтому при одном и том же давлении величина Кр будет различной в за­висимости от значения рН (рис. 12.34). Видно, что Кр для РезО, Si02, CuO в широком диапазоне рН (в рабочем диапазоне для паровых котлов) постоянен, не зависит от рН. Объясняется это тем, что для весьма слабых электролитов (3 « 1,1 - (3 « 0, т. е. Кр — К™.

Для сильных электролитов (соли сильных оснований и кислот) опре­деляется степень диссоциации о (доля ионной формы вещества), которая

Переход примесей из воды в насыщенный пар

Рис. 12.35. Зависимость видимого ко - Рис. 12.36. Зависимость коэффициента эффициента распределения NaCl от распределения NaCl от степени диссоци- концентрации. ации в воде: 1 — ав = 1; 2 — ав — 0.

Зависит от концентрации электролита и давления (плотности), но не зави­сит от величины рН. Коэффициент распределения (видимый) выражается через степень диссоциации в воде ав и средние коэффициенты активности в воде /в и паре /п:

Яр - 1 - ав) 4 М^0'5. (12.61)

Из (12.61) видно, что Кр изменяется от значения при ав = 1

До Кр при ав = 0 (рис. 12.35). Соответствующие лучи для (А^1)0,5 и Кр представлены на рис. 12.36. При 0 < ав < 1 зависимости для Кр ложатся между этими лучами. Значения (А„)0,5 и Кр при pf jр" = 10 (р = 12 Мпа) отличаются на 2 порядка (в 100 раз).

Коэффициент распределения летучих веществ между водой и паром больше 1 (рис. 12.37), т. е. при кипении воды летучие вещества переходят в пар. С одной стороны, на этом процессе основывается деаэрация воды, но, с другой стороны, это затрудняет поддержание в воде на необходимом уровне величины рН, т. к. аммиак и летучие амины переходят в пар.

Для правильного выбора вод- но-химического режима парово - Ю го котла и внутрибарабанных устройство надо знать соотношение меж­ду коэффициентом распределения и влажностью насыщенного пара и. На рис. 12.38 показаны значения Кр для разных давлений в зависимости от «силы» электролита — показате­ля координационного числа п. Там же приведены обычные для бара­банных котлов значения влажности пара и = 0,02-0,05% (в долях и = - 0,0002-0,0005).

При низком давлении в барабане (р = 4 МПа) коэффициент рас­пределения выше влажности при п < 2 (рис. 12.38), т. е. для весь­ма слабых и некоторых слабых электролитов. К ним относятся РезС>4, АІ2О3, CuO, В2О3, Si02. Продукты коррозии (Рез04, А120з и др.) име­ют малую растворимость в воде, поэтому даже при высоком значе­нии Кр концентрация их в паре мала. Особое значение имеет крем - некислота H2Si03 — в воде ее заметное количество и в паре она хо­рошо растворяется. Сильные электролиты имеют Кр <С о;, и их кон­центрация в воде особого влияния на качество пара не оказывает, ес­ли предусмотреть достаточно эффективную сепарацию пара в барабане. По содержанию Si02 в воде устанавливается предельно допустимое значение.

При среднем давлении (р = 11 Мпа) весьма слабые и слабые электро­литы (п < 3) имеют Кр > со, причем для Рез04, АІ2О3 это превышение составляет примерно три порядка, для Si02 — два порядка. Сильные элек­тролиты имеют еще Кр < из. При этом давлении становится актуальным для получения чистого пара снижение концентрации слабых электролитов в воде, улучшение сепарации и промывки пара (от кремнекислоты, продук­тов коррозии).

Переход примесей из воды в насыщенный пар

10 р'/р"

22.4 20 15 10

1 0.5 0,2

Р. МПа

Рис. 12.37. Лучевая диаграмма для газов.

При высоком давлении в барабане (р = 15,5 МПа) только очень силь­ные электролиты (77, > 5) имеют коэффициент распределения Кр ниже, чем влажность пара, т. е. в насыщенный пар основное количество при­месей поступает не с влажностью пара, а путем их растворения. От­сюда возникает задача обязательной промывки пара водой более чистой, чем котловая. Но при этом не следует принижать роль сепарации — в котловой воде часто содержатся не только растворенные примеси, но и взвеси, шлам с концентацией С™. Эта часть примеси уносится вме­сте с каплями воды, и суммарное количество примеси в насыщенном па-

0 1 Весьма

2

Слабые

3 An

Сильные

Из полученного выражения видно, что при наличии в котловой воде взвешенных примесей роль сепарации влаги от пара возрастает.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Требования к котельной (топочной) на твердом топливе: основные нюансы от специалистов компании Статус 24

Проектирование и сборка составляющих для системы обогрева должна быть четко согласовано со строительными стандартами к отопительным помещениям.

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Подбор мощности твердотопливного котла.

Наиболее важным параметром, от которого зависит удобство и комфорт использования котла, является его мощность. Неправильно подобранная мощность грозит Вам целым рядом проблем и неудобств. Самой распространенной ошибкой является недостаточная мощность

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.