Котельные установки

Влияние объема парового пространства и качества котловой воды на качество пара

Примеси попадают в пар двумя путями:

С унесенной паром влагой;

Растворением в паре различных веществ.

Механический унос влаги с паром приводит к загрязнению пара вещест­вами, содержащимися в котловой воде.

Размер и количество образующихся капель котловой воды зависит глав­ным образом от скорости движения пара. При барботаже пара через воду, по­вышение скорости движения паровых пузырьков через зеркало испарения приводит к увеличению количества образующихся капель влаги и к возраста­нию количества крупных капель. Увеличение скорости подвода пароводяной смеси в паровое пространство также повышает количество капель в паре. Часть капель оседает, а часть уносится с паром.

Влажность пара выражается обычно отношением веса влаги, содержав­шейся в паре, к суммарному весу влажного пара.

3 2

Средняя скорость пара на выходе в паровое пространство (м7м" • ч) рав­на численному значению нагрузки зеркала испарения, которая выражается в виде отношения часового объемного расхода пара к площади зеркала испаре­ния;

R =DV

F

Где D - расход пара, кг/ч; v - удельный объем насыщенного пара, м3/кг;

Г? 2

Г - площадь зеркала испарения, м

Нагрузка зеркала испарения (т/м" ч) может быть выражена и в весовых единицах

R: = Dv

S F • 103

Работа барабана котла может характеризоваться также и напряжением парового объема, т. е. отношением часового расхода пара к объему парового

3 3

Пространства (м7м" ч):

R V = --- 5

V

ИЛИ,

R'„= Dv

V v io"

Где V - объем парового пространства, м3.

Влажность пара (%) зависит от нагрузки зеркала испарения (либо на­грузки парового пространства). Аналитически эта зависимость может быть приближенно представлена в виде степенной функции

W = A D11,

Где W - влажность пара; D - паропроизводительность котла.

Коэффициент А и показатель степени и зависят от конструкции сепара - ционных устройств, давления и солесодержания котловой воды (и изменяется также с влажностью пара).

При влажности пара до 0,03 % и = 1-3, при влажности 0,03-0,2 % и = 2,5-4; при влажности и > 0,2 % и = 8-10.

На рис. 19.1 приведена зависимость влажности пара от напряжения парового объема при прочих постоянных условиях (пло­щади зеркала испарения, высоте па­рового пространства, давлении и солесодержании котловой воды). На­грузка, при которой влажность пара увеличивается выше 0,03 %, называется критической. Рекоменду­ется работа в докритической области при W = 0-0,03 %.

Величина критической нагрузки зависит от следующих факторов:

1) солесодержания котловой воды;

2) давления пара в котле;

3) высоты парового объема;

4) конструкции котла;

5) конструкции сепарирующих устройств.

Величина D - критическая, устанавливается при проведении технологи­ческих испытаний котла. С ростом давления разность удельных весов пара и воды уменьшается и транспортирующая способность пара возрастает. Кроме того, при высоких давлениях уменьшается поверхностное натяжение и вода легче дробится на мелкие капли. Поэтому с ростом давления та же влажность достигается при меньших скоростях пара.

Снизить солесодержание пара в действующем котле можно путем сни­жения солесодержания котловой воды, поскольку эти величины взаимосвяза-

Отношение содержания вещества в паре к содержанию его в котловой воде, выраженное в процентах, называется коэффициентом выноса.

І NaCl

•100% ИТ. д.,

І NaCl

Где S^aC1 - содержание соли NaCl в паре, мг/кг;

- содержание той же соли в котловой воде, мг/кг.

При среднем давлении пара растворимость солей в паре невелика. По­этому при низких и средних давлениях содержание веществ в паре определя­ется только уносом капелек влаги. В этом случае коэффициент выноса веществ может быть принят равным влажности пара К = W.

При переходе к высоким давлениям начинает сказываться способность пара растворять отдельные примеси. Поэтому приведенное равенство в котлах высокого давления не будет иметь места.

Коэффициент выноса того или иного вещества с паром (К) в общем слу­чае выразится формулой К = Wa %, где W - влажность пара, характеризую­щая содержание в паре за счет механического уноса капель котловой воды; а - коэффициент распределения данного вещества между насыщенным паром и котловой водой. Он определяется отношением содержания растворенного в паре вещества (S„) к содержанию этого вещества в котловой воде:

СР

А = —їз - • 100 %.

SKB

При низких и средних давлениях а = 0 уже при Р = 70-100 бар может растворяться больше кремнекислоты и хлористого натрия, чем допустимая их концентрация в паре, что заставляет снижать их допустимую концентрацию в питательной воде.

Исходя из критической влажности пара (а следовательно, критического солесодержания пара при определенном солесодержании котловой воды) ус­танавливают допустимую нагрузку зеркала испарения и допустимую нагрузку парового пространства.

Допустимой нагрузкой парового объема называется такая нагрузка, при которой общее солесодержание пара не превышает допустимой величины. Аналогично определяется и допустимая нагрузка зеркала испарения.

Величина допустимой нагрузки зеркала испарения зависит от давления, высоты парового пространства и солесодержания котловой воды. Допустимая объемная нагрузка зеркала испарения с повышением давления неуклонно снижается. Допустимая весовая нагрузка зеркала испарения имеет наиболь­шую величину при давлениях 130-150 бар.

При увеличении солесодержания и особенно щелочности котловой воды выше определенного предела средняя скорость подъема паровых пузырьков падает. При этом происходит так называемое "набухание" водяного объема с уменьшением парового пространства. Кроме того, происходит увеличение вы­носа мелких брызг. И за счет первого и за счет второго явления происходит увеличение коэффициента выноса солей.

На рис. 19.2 представлена зависимость солесодержания пара от солесо­держания котловой воды.

Критическое солесодержание может быть установлено только теплотех­ническими испытаниями котельной установки. Оно зависит от следующих факторов:

1) состава примесей в котловой воде;

Рис. 19.2. Зависимость солесодержания пара от солесодержания котловой воды:

1 - при среднем давлении;

2 - при высоком давлении

Следовательно, при низких и средних давлениях, когда растворимость твердых веществ в паре несоизмеримо меньше выноса их с каплями влаги, ре­шающее значение для уменьшения загрязнения пара играет сепарация влаги от пара.

При высоких давлениях содержание в паре всех нелетучих примесей, за исключением кремниевой кислоты, определяется уносом капелек котловой во­ды, а содержание кремниевой кислоты в паре обуславливается в основном ее растворимостью в паре. Так, например, при 110 бар коэффициент выноса кремнекисло ты равен 1,0 %, в то время, как коэффициент выноса других неле­тучих примесей составляет 0,01-0,03 %.

При сверхвысоких давлениях повышенные коэффициенты выноса на­блюдаются также и для NaCl и ее гидроокиси.

Отсюда следует сделать вывод, что при высоких и особенно при сверх­высоких параметрах мероприятия, уменьшающие содержание растворенных веществ в паре, имеют большее значение, чем меры, примененные для умень­шения механического уноса капелек влаги.

Снижение уноса капелек влаги насыщенным паром достигается путем установки специальных сепарационных устройств.

Снижение содержания в паре соединений, переходящих в него за счет растворимости, может быть достигнуто снижением концентрации этих соеди­нений в воде, из которой получается пар.

Содержание примесей в котловой воде может быть уменьшено путем повышения чистоты питательной воды или увеличением процента продувки. Повысить качество пара можно также путем применения ступенчатого испа­рения и промывки пара. Далее подробно остановимся на всех этих методах.