КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Факторы, влияющие на скорость образования отложений

В предыдущих разделах были рассмотрены:

А) двухслойная модель отложе­ний (рис. 12.72: 1 — металл трубы, 2 — топотактический (внутренний) слой отложений, 3 — эпитактиче- ский (наружный) слой отложений);

Б) механизм образования отло­жений:

Химическая и электрохимиче­ская коррозии:

— реакции процессов;

— влияние температуры;

— влияние О2, Н2, СО2;

— влияние потенциала;

— кислотная, щелочная и т. д. кор­розии;

Кристаллизация из раствора на стенке:

— влияние Сп, Ссг;

— влияние jDCT, Дк-;

Смыв отложений;

В) изменение массы отложений во времени; динамически равновесная масса отложений; межпромывочный период;

Г) особенности образования отложений в прямоточных котлах СКД и ДКД, в барабанных котлах.

Рассмотрим еще ряд факторов, влияющих на скорость образования отложений.

1) Влияние концентрации примеси

Кристаллизация вещества на стенке происходит при его концентрации у стенки Сст, большей растворимости при температуре стенки. Доставка примеси из ядра потока к стенке трубы зависит от разности концентраций Сп — Сст, где Сп — концентрация (средняя) в потоке воды. С увеличением Сп возрастает скорость роста отложений dg/clr (рис. 12.73) и температуры стенки (рис. 12.74):

Dg_ dr

С7'

Где показатель степени для большинства веществ п — 1. Для оксидов ме­ди h = 1/5,4.

2) Влияние диффузионных процессов

Кроме абсолютного значения концентрации примеси, необходимо знать фракционный состав примеси.

Коэффициент диффузии вещества зависит от индивидуальных свойств примеси, ее размеров (d, — диаметр частицы), вязкости раствора /а, темпе­ратуры

Влияние температуры и поправочного коэффициента Kt, учитывающе­го особенности диффузии в зоне максимальной теплоемкости, мы рассмат­ривали при анализе кристаллизации вещества.

Зависимость диффузии от диаметра частицы показана на рис. 12.75: с увеличением диаметра коэффициент D падает.

На скорость образования отложений влияет и так называемая турбу­лентная диффузия DT. Около поверхности трубы присутствует вязкий под­слой жидкости (рис. 12.76), в котором процессы теплообмена проходят на молекулярном уровне, а массообмена — на уровне микрочастиц и молекул вещества, перемещающихся в этом подслое за счет диффузионных про­цессов. Скорость среды в вязком подслое изменяется линейно от нулевого значения у поверхности стенки. Ближе к центру потока расположен про­межуточный слой, а затем — ядро потока. В промежуточном слое (так же как и в ядре потока) малые объемы раствора (турбулентные моли) участву­
ют в турбулентной пульсации и перемещаются не только по направлению движения потока, но и в поперечном направлении.

При приближении турбулентного моля к границе вязкого подслоя (рис. 12.76) он изменяет направление сво­его движения (внутрь вязкого подслоя он не проникает). Как ведут себя частицы примеси, находящиеся в этом моле рас­твора? Мелкие частицы движутся безы­нерционно и вместе с молем раствора вернутся обратно в ядро потока. Более крупные частицы за счет сил инерции бу­дут продолжать двигаться к стенке тру­бы, часть из них достигнет поверхности стенки и за счет сил притяжения останет­ся в слое отложений. Такой механизм пе­ремещения частиц примеси в вязком под­слое называют турбулентной диффузией.

Коэффициент турбулентной диффу­зии DT увеличивается с ростом диа­метра и, соответственно, массы частицы (рис. 12.75).

Результирующий (эффективный) ко­эффициент переноса примеси в вязком подслое D3({) принимает минимальное значение при диаметре частиц d4, зави­сящем от вещества, концентрации, фазо­вого состава примеси, от скорости потока и других факторов. 3) Влияние плотности теплового потока При увеличении теплового потока q:

— увеличивается температура стенки и жидкости в пристенном слое при той же температуре потока;

— увеличивается коэффициент диффузии;

— уменьшается толщина вязкого подслоя;

— увеличиваются значения градиентов температуры dt/dx и концентра­ции примеси dC/dx, что ведет к росту скорости доставки примеси к стенке трубы.

Все это ведет к увеличению скорости роста отложений (рис. 12.77). В общем случае зависимость скорости роста отложений от теплового потока

A + Bq + Cq2

При q — 0 отложение примеси на стенке происходит за счет адсорбци­онных сил.

Сильная зависимость величины отложений от теплового потока при­водит к тому, что максимум отложений совпадает с максимумом теплового потока (рис. 12.78). Металл при этом находится в тяжелых условиях работы.

По периметру экранных труб тепловой поток распределяется не рав­номерно (рис. 12.79): на лобовой образующей 1 тепловой поток макси­мален, на тыльной 3 — минимален. Растечка теплоты по металлу трубы несколько сглаживает неравномерность теплового потока. Такой характер изменения теплового потока по периметру трубы приводит к значительной неравномерности величины отложений — максимальное количество приме­си расположено на лобовой образующей 1, что существенно сказывается на температуре металла в этой зоне. 4) Влияние скорости потока

Увеличение скорости потока в паровых котлах СКД приводит:

— к усилению турбулизации потоку и увеличению скорости роста отло­жений;

— к увеличению скорости смыва рыхлых отложений и уменьшению мас­сы отложений на стенке.

Следовательно, влияние скорости потока неоднозначно, зависит от кон­кретных условий. Общая тенденция: с увеличением скорости потока сни­жается скорость роста отложений.

При докритическом давлении в прямоточных котлах основная масса примеси выпадает в зоне кризиса кипения 2-го рода (рис. 12.80). В коорди­натах dg/dr = f(p w • х) максимум отложений для всех значений скорости
потока лежит выше точки pw - х — 500 кг/(м2с) — см. рис. 12.81. Сле­довательно, при проектировании паровых котлов необходимо выдерживать соотношение pw • х < 500 кг/(м2с).

Барабанные котлы проектируются таким образом, чтобы в экранных трубах кризисы теплообмена 1 и 2 рода отсутствовали. На выходе из конту­ра циркуляции массовое паросодержание смеси должно быть меньше х^ при котором наступает кризис теплообмена 2-го рода (с запасом). Из этого условия выбирается кратность циркуляции среды в контурах котла (должна быть больше 4).