КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Особенности отложения примесей в прямоточных котлах СКД

Особенности отложения примесей по тракту данного котла связаны с изменением характеристик тепло - и масообмена в зоне большой теплоем­кости (ЗБТ). В ЗБТ существенно снижаются значения коэффициента диф­фузии (рис. 12.52), при этом замедляются все процессы, связанные с диф­фузией примеси.

На рис. 12.60 представлены профили скорости, температуры и концен­трации примеси по сечению обогреваемой трубы.

Рассмотрим профиль концентрации примеси. Как правило, примеси, находящиеся в водном теплоносителе, имеют сходство с веществами, вхо­дящими в металл труб. За счет ван-дер-ваальсовых сил притяжения, Элек­тростатических сил и других концентрация примеси у поверхности металла существенно больше, чем средняя величина концентрации в потоке С„ (слу­чай «а» на рис. 12.60). При кристаллизации вещества на поверхности трубы концентрация примеси непосредственно у поверхности трубы снижается (случай «б»).

С учетом этих замечаний рассмотрим изменение температуры водного теплоносителя и концентрации примеси по ходу среды в прямоточном котле сверхкритического давления.

На рис. 12.61, а изображены графики изменения средней энтальпии потока Ап, средней температуры потока tn и температуры на внутрен­ней поверхности стенки tcl. В отличие от энтальпии потока, температу­ра потока изменяется по длине трубы нелинейно в зоне, где темпера­тура потока близка к температуре максимальной теплоемкости tm, ско­рость роста температуры по длине трубы при этом значительно сни­жается. В сечении zCT (см. рис. 12.61, а) температура стенки дости­гает значения tm и может наступить режим ухудшенного теплообме­на, температура стенки при этом резко возрастает. При подходе к се­чению z„, где tn « tMT9 существенно увеличивается удельный объ­ем водного теплоносителя, что приводит к росту линейной скорости потока и улучшению теплообмена между стенкой трубы и ядром по­тока. В этой зоне наблюдается снижение температуры стенки тру­бы.

Растворимость веществ в ЗБТ уменьшается* с ростом температуры, а затем растворимость может расти. Характер изменения растворимости вещества в двух сечениях трубы (Сс°р С,?) по длине трубы показан на рис. 12.61, б по температуре стенки и температуре потока С?. Здесь же

Показано изменение средней концентрации примеси в потоке Сп (при г — 0 Сп == Свх) и вблизи стенки Сст (как уже отмечалось, ССГ > Сп).

Величина С*)ин характеризует минимум растворимости по длине тру­бы. Возможны случаи: 1) Свх < С^мн; 2) Свх > С„ин. В первом случае примесь должна была бы пройти через паровой котел транзитом, однако,
как уже отмечалось для легко - м, г/м растворимых веществ, за счет ад­сорбционных процессов Сст > Сп и часть примеси все же осаждается на поверхности нагрева. Для про­дуктов коррозии железа характерен второй случай, который и представ­лен на рис. 12.61,6.

В сечении zm4 Сст > Cg и на­чинается процесс кристаллизации вещества на стенке, масса отложе­ний д увеличивается (рис. 12.61, в). При увеличении концентрационно­го напора (Сст - С„) скорость роста отложений dg/dr возраста­ет. При приближении tCT к тем­пературе максимальной теплоемко­сти скорость диффузии в поверх­ностном слое жидкости резко па­дает, что приводит к торможению собственно процесса кристаллиза­ции, величина dg/dr и д снижает­ся (рис. 12.61, в, сечение zCT). При этом в пристенном слое жидкости создается избыток примеси и может начаться кристаллизация в объеме слоя на имеющихся там частицах примеси.

Когда tCT > tMT, кристаллиза­ция на стенке ускоряется и масса от­ложений растет. Кристаллы из объ­ема пристенного слоя частично оса­ждаются на наружном (эпитактиче - ском) слое отложений. Достигнув максимума, скорость роста отложе­ний падает. Это снижение величи­ны dg/dr обусловлено достижени­ем ЗБТ ядра потока (tu —* tMr), когда

Массообменные процессы в потоке теплоносителя замедляются (скорость диффузии падает) и уменьшается доставка примеси из ядра в пристенный слой. Второй минимум dg/dr находится в области сечения zn (рис. 12.61). При дальнейшем прогреве ядра потока массообменные процессы улуч-

ГЛАВА 12

Шаются, величина dcj/dr и д снова растет, достигая третьего максимума. Последующее снижение скорости роста отложений связано с уменьшени­ем концентрации в потоке Сп, на стенке Сст и концентрационного напо­ра (Сст - О

Таким образом, при СКД весь диапазон отложений можно разделить на три участка: г < zcr {tCT < tMт); zCT < z < zn (tCT > tm > tn) zn < z (tn > tMT). В пределах каждого из участков скорость роста отложений дости­гает максимального значения (dg/dr)M2iKс. Зависимость (dg/dr)MaKC от теп­лового потока, массовой скорости и других параметров на разных участках различна.

На котлах блоков 300 МВт проводились исследования отложений в экранах топочной камеры при гидразинном водном режиме. Определя­лась общая масса отложений М0бщ, г/м, масса наружного Мнар, внутрен­него Мвн слоев, а также масса коррозионного подслоя Мкорр. На рис. 12.62 показано распределение этих величин по ходу среды (от температуры сре­ды tcp). На этих графиках видны все три диапазона отложений, наибольшее количество отложений выявлено во втором диапазоне. Качественно про­мышленные данные соответствуют кривым рис. 12.61.