КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Изменение массы отложившейся на стенке примеси во времени

Рассмотрим процессы на границе водный раствор-стенка трубы (рис. 12.55). На поверхность стенки за счет кристаллизации вещества по­ступает дп примеси за счет адсорбции #адс. Часть продуктов коррозии дк остается на поверхности стенки. Так как наружный слой отложений, как правило, рыхлый, неустойчивый, то часть отложений дш смывается и уно­сится потоком теплоносителя. В результате этих (и некоторых других) про­цессов на поверхности стенки образуется слой отложений д, мг/м. Так как в общем случае адсорбция мала, то в дальнейшем выводе мы ее не будем рассматривать.

Изменение массы отложившейся на стенке примеси во времени, в об­щем случае, определяется соотношением количества поступившей примеси и уносом (смывом) примеси со стенки. Количество поступившей примеси за время dt, с, на единицу поверхности стенки дп, мг/м2, за счет ее кристал­лизации равно

9и = JKpdt = Ккр(Сп - Сс°т) dt. (12.87)

Смыв отложений дш, мг/м2 за время dt пропорционален величине от­ложений д, мг/м2, и касательному напряжению г на границе слоя отложений

9cM = KCMrgdt. (12.88)

В паровых котлах местное уменьшение величины отложений может происходить не только путем их смыва, но и за счет механического разру­шения защитной пленки при изменении температурного режима труб (пуск, останов, переменный режим), так как коэффициенты линейного расшире­ния магнетита (8,46 • 10~6 1/°С) и стали (12 • Ю7"6 1/°С) существенно различаются. Это необходимо учитывать при анализе промышленных дан­ных и определении по ним коэффициента Кш.

Количество отложений увеличивается путем коррозии металла. Ско­рость коррозии зависит от температуры. В частности, при температуре ме­талла свыше 572°С процесс пароводяной коррозии интенсифицируется, при этом ускоряется рост отложений и температуры металла. Температура вну­тренней поверхности трубы зависит от толщины слоя отложений до™:

T - f 4- ^

И - Гср + о 9 +

^01 л

Следовательно, величина отложений влияет на скорость коррозионных процессов. Исходя из этого, запишем, что количество продуктов коррозии, поступивших в слой отложений за время dt, дк пропорционально величине отложений:

GK = k'gdt. (12.89)

Суммарная скорость роста отложений dg/dt определится из (12.87), (12.88), (12.89):

^ = Ккр(Сп - Сс°т) + к'д - Кшт д =

- Ккр(Сп - Сс°т) - (Кшт - k')g = а-Ьд, (12.90)

Где

А - Ккр(Сп - Сс°т); Ъ - Кшт - к(12.91)

Начальные условия:

При £ — 0 = (12.92)

Наиболее простой вид формула (12.90) принимает при Ьд = 0:

Dj-t = Ккр(Сп - Сс°т) = а. (12.93)

Это уравнение соответствует следующим условиям:

1. величина отложений определяется процессом кристаллизации (ад­сорбции);

2. величина д пренебрежимо мала, что возможно в начальный период образования отложений;

3. Кш равно нулю — нет смыва отложений; за счет кристаллизации образуются мелкие кристаллы, которые к тому же уплотняются адсорбиру­ющимися молекулами; kf равно нулю — нет коррозии металла;

4. Кш и к' не равны нулю, но Кшт - к1 — 0, т. е. Кшт — к' может иметь место при определенном сочетании параметров.

Решение уравнения (12.93) дает формулу прямой линии:

Д - Ккр(Сп - C%)t = at (12.94)

На рис. 12.56 эта прямая линия обозначена условие^ Кшт = к'.

Приведем решение полного уравнения (12.90): dg, d(a - Ьд)

1---- r~=dt; 1---------- rr = ~bdt'

(,а - Ьд) (а - Ьд)

Dn(a-bg) — - b dt n(a-bg)=-bt+lnC; при t=0; д—0;С=а; а — Ьд — аехр(—bt)

(12.95)

Если к' < Кшт, то при t —> оо система приходит в динамическое равновесие:

О,

Д = —77---------- 77— = const - gmH. (12.96)

Кшт - kf

В этих условиях интенсивность смыва отложений равна интенсивности поступления примеси из потока воды и коррозии металла. Минимальная ве­личина gmmі соответствует к/ = 0 (рис. 12.56). При к' > 0 установление равновесия затягивается во времени, а величина gmHi увеличивается. Вли­яние других факторов: а) Ккр f дЛ1Ш Т ; б) Сп Т дДШ f; в) Кш Т дтш При kf > Ксмт формула принимает вид:

Exp((fc' - tfCMr)*) - 1).

В этом случае динамическое равновесие не устанавливается, а при увеличении времени масса отложений растет с убыстряющейся скоростью (рис. 12.56). Такой характер зависимости устанавливается при температу­ре стенки выше 572°С, когда интенсифицируется пароводяная коррозия. В начальный период роста отложений скорость коррозии мала (кривая 2, рис. 12.57) и величина д изменяется по кривой 1 (рис. 12.57). В момент времени tK0рр температура стенки достигает значения 572°С, кривая корро­зии 2 резко возрастает и суммарная кривая 3 так же растет. Такой характер зависимости зафиксирован в НРЧ котла ПК-41 при q = 520-580 кВт/м (рис. 12.58).

В обогреваемых трубах по условиям обеспечения надежного тем­пературного режима определяется предельно допустимая масса отложе­ний gROl г/м2. Полученные зависимости дают возможность определить вре­мя работы поверхностей нагрева, за которое произойдет накопление дяоп, после чего необходимо производить химическую промывку поверхностей парового котла. Межпромывочный период tMn зависит от качества воды, водно-химического режима, теплового потока и т. п.

На рис. 12.59 показано изменение во времени t массы отложений на стенке д и температуры наружной поверхности стенки £"т. Максимально допустимой температуре стенки по окалинообразованию [t"T соответствует допустимая величина отложений даоп. По этой величине определяют время
промывки поверхностей нагрева от образовавшихся отложений, т. е. меж­промывочный период.

Из формулы (12.95) получаем

Exp{-bt) = 1 - $ (12.98)

Или

Отсюда для д — дД0П определяем межпромывочный период

= (12.99)

Раскрывая b и а, получаем

І __(_______ 1_____ Wi эаоУ<™т - У)) (12100)

Выражение (12.100) дает возможность определить влияние различных факторов на межпромывочный период.