КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Образование отложений в барабанных паровых котлах

А) Концентрирование примеси в котловой воде

Особенность образования отложений в барабанных паровых котлах за­ключается в том, что по мере испарения воды в подъемных трубах конту­ров циркуляции в котловой воде (вода в барабане и контурах циркуляции) происходит накапливание примесей. Когда концентрация примесей в кот­ловой воде Скв будет больше растворимости ее С®в, начнется непрерывный рост отложений примеси в трубах контура циркуляции, в первую очередь — в обогреваемых испарительных трубах. Чтобы не допустить этого или, по крайней мере, ограничить рост отложений в приемлемых размерах, в ба­рабанных котлах организуется непрерывная продувка — удаление из котла небольшого количества продувочной воды Dnp с большой концентрацией примеси Спр. При этом расход питательной воды увеличивается:

(12.107)

Где D — паропроизводительность котла.

Количество продувочной воды выражают в %, р, от паропроизводи - тельности:

Составим схему потоков воды и пара с указанием соответствующих концентраций (рис. 12.66). В барабан с питательной водой за 1 час вносится примеси в количестве DnBCnBi а уходит: с паром £>СП, с продувочной водой DnpCnp. Часть примеси образует отложения в трубах DnBAC0TJ]. С учетом этих потоков примеси составим солевой баланс барабана:

(12.108)

Принимаем, что внутренние загрязнения недопустимы (АС0Тл = 0). С учетом материального баланса (12.107) запишем солевой баланс в отно­сительных единицах (разделим на D):

(100 + р)Спв = ЮОСп 4-рСг

Определим величину продувки:

(12.110)

Величина продувки увеличивается при ухудшении качества питатель­ной воды (больше Спв), при повышении требований к качеству пара (Сп уменьшается). С увеличением концентрации примеси в продувочной воде величина продувки уменьшается.

Концентрация примеси в паре Сп зависит от выноса влаги и, %, и ко­эффициента распределения Кр, %:

Сп = 0,01 (и + Кр)Скв = 0,01KRCKB, (12.111)

Где Кв — суммарный коэффициент выноса примеси, %.

Из рис. 12.66 видно, что для рассматриваемой схемы Смр = Скв. Под­ставляя выражения для С„ и Спр в (12.109), получим

(100 + р)Спв = КвСт +рСt

Отсюда

(100 + р)

Скв-Спв^ ,, (12.112)

(АГВ + р)

Т. е. Скв = /(Спв, Р, Ав).

Относительное повышение концентрации примеси В КОТЛОВОЙ воде 7кв за счет испарения воды определим по формуле

Спв (Кв + р)

Расчеты по этой формуле представлены на рис. 12.67. Из этих данных видно, что при Кв & 0 (сильные электролиты) эффективность продувки очень высока: при р — 1% степень концентрирования примеси уменьшилась от бесконечности до 101, а при р = 5% — до 21. Для продуктов коррозии и слабых электролитов (Кр — единицы и десятки процентов) эффективность продувки падает.

Снижать Скв можно и за счет улучшения подготовки питательной во­ды Спв (рис. 12.68). Допустимая

Величина Скв определяется из следующих условии:

— при снижении Скв уменьшается величина загрязнений поверхностей нагрева, улучшается температурный режим труб, увеличивается срок работы до очередной промывки поверхности для удаления с нее отло­жений;

— уменьшение Спв требует дополнительных затрат на подготовку воды, уплотнение конденсаторов, подогревателей сетевой воды, всех трубо­проводов (чтобы не было утечек воды и пара);

— увеличение продувки р приводит к частичным потерям теплоты и во­ды, что снижает экономичность котла: для восполнения потерь воды необходимо готовить добавочную воду высокой чистоты.

В результате принимают следующие величины продувки: на ГРЭС и отопительных ТЭЦ, где общее количество добавочной воды невелико и ее можно готовить по методу химического обессоливания, р = 0,3-1%; при восполнении химически очищенной водой р — 1-3%; на производственных ТЭЦ с большими потерями воды (по технологии производства на заводах) добавочная вода готовится по упрощенной схеме и продувка может быть до 5%.

Таким образом, увеличение доли продувки приводит к уменьшению примеси в котловой воде (12.112) и в насыщенном паре (12.111), но увели­чивает потери теплоты и воды с продувочной водой, б) Системы ступенчатого испарения

Улучшить качество котловой воды и пара без увеличения общей про­дувки котла можно путем организации внутренней продувки — ступенча­того испарения. Существуют различные способы организации ступенча­того испарения, в частности, внутри барабана устанавливают перегородку (рис. 12.69) с отверстием. Питательная вода поступает в отсек 2, в который включены некоторые контуры циркуляции. Часть воды испаряется в них, при этом образуется пар в количестве D (доля его п — D/D). Остав­шаяся вода через отверстие в перегородке перетекает в отсек 1. В конту­рах циркуляции, включенных в этот отсек, вода испаряется с образованием пара £>2 (^2 = D2/D). Продувка котла производится из второго отсека, причем Спр = СКв2 •

ГЛАВА 12

Определим Скві и Скв2-

Для первого отсека по (12.112):

Ы +рі)

Скві — Спі

(кт + Pi)'

Ка П2 и продувке котла р: Pi = П2 + р.

(12.115)

Если принять при двухступенчатой схеме п2 = 20%, щ = 80%, ЛГв! = 0, р = 1%, то получим степень концентрирования 7i примеси в отсеке 1:

Следовательно, в первом отсеке котловая вода стала чище примерно в 20 раз (101: 4,8) по сравнению с одноступенчатой схемой.

Для второго отсека питательной водой является котловая вода первого отсека с концентрацией примеси Скві'

(■П2+Р)

Кві "

(Кв2+р)

Отношение 72 при Кв2 = 0 и р = 1%:

Скв2 (20+1)

= 21.

1

72 = г По отношению к Спв:

(Скв2/Скві)

72 =

(Скві /Спв)

Концентрация примеси в котловой воде 2 ступени значительно выше, чем в первой, и соответствует концентрации в одноступенчатой схеме. По­этому 1 отсек называют «чистым», а 2 — «солевым». Выигрыш ступенчатого испарения заключается в том, что 80% (в нашем примере) котловой воды и, следовательно, пара получается значительно чище (в 20 раз); только 20%

Котловой воды и пара имеют такую же концентрацию, что и в одноступен­чатой схеме.

При Кв = 0,01%:

71 = =4 8* - « 21

71 21,01 72 "1,01 ~Zi'

Концентрация примеси в паре для тех же условий:

1) одноступенчатая схема:

Сп = 0,01КвСкв = Спр • 0,01КШ№ + Р1 =

(Кв +р)

= Спв • о,01 • 0,0lg74 - 10~4 .100СПВ;

2) двухступенчатая схема:

А) в первом отсеке

Сп1 =0,01- 0, ОіСкві = 0,01 • 0,017іСпв = Ю"4 • 4,8СПВ;

Б) во втором отсеке

Сп2 = 10"4CKb2 - 10~472Спв = 10~4 • 101СПВ;

В) после смешения потоков

Сп = 0, 8Сп1 + 0, 2Сп2 - Ю~4(0,8-4,8 + 0,2- 101)СПВ - Ю-4 • 24СПВ.

Результаты расчета показывают, что в двухступенчатой схеме количе­ство примесей в паре в 4 раза меньше, чем в одноступенчатой (в нашем примере). Для других исходных данных соотношения будут изменяться.

При увеличении числа ступеней качество котловой воды и пара будут улучшаться. Практически делают 2-3 ступени испарения, причем в каче­стве второй или третьей ступени во многих случаях используют выносные циклоны (рис. 12.70).

В) Особенности образования отложений в барабанных котлах

На рис. 12.71 показано изменение растворимости примеси по длине испарительных труб (до hUBC — энтальпии пароводяной смеси на выходе из испарительной трубы) и труб пароперегревателя (от h" до hUQ). График имеет вид, аналогичный для прямоточного котла докритического давления, только диапазон энтальпии от /г„вс до h" в барабанном котле не реализуется.

Допустим, что Спв < (Сп) мин - За счет упаривания концентрация примеси в котловой воде увеличивается в 7 раз. Возможны три случая (рис. 12.71) соотношения Скв в ступени испарения и растворимости С0:

А) Скв < С„вс; отложение примеси возможно в небольших (относитель­но) количествах за счет адсорбции на стенке и местного концентрирования примеси в поверхностной пленке жидкости;

Б) Спвс < Скв < С^; интенсивное отложение примеси в конце участка;

В) Скв > С£; интенсивное отложение примеси по всей длине трубы.

Чтобы рост отложений в испарительных трубах был минимальным,

Необходимо выдержать соотношение

Спв< (12.120)

В насыщенном паре при уносе влаги и = 0 концентрация примеси составит: в случае «а» Сп < С„; в случаях «б» и «в» Сп = С„. Отложе­ние примеси будет происходить, в основном, в начале пароперегревателя (до (С°)м„„). Если и > 0, то Сп резко увеличится, что приведет к росту величины отложений в трубах.

Учитывая, что концентрация и интенсивность отложения примеси в контурах циркуляции второй и третьей ступени испарения выше, для сни­жения температуры стенки их располагают в топочной камере на участках с минимальными тепловыми потоками (боковые стенки, угловые секции).