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
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.
Рис. 19.1. Зависимость влажности пара от напряжения парового объема |
М3/м3-ч |
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
К |
NaCl |
•100% ИТ. д.,
І NaCl
Где S^aC1 - содержание соли NaCl в паре, мг/кг;
.NaCl |
- 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.
2) давления и нагрузки котла; 3) высоты парового объема; 4) конструкции котла и сепарирующих устройств. |
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.