Один из наиболее эффективных методов снижения потерь тепла котловой воды с непрерывной продувкой и получения более чистого пара является ступенчатое испарение.
Рисунок 2.21 – Ступенчатое испарение
Оно заключается в том, что в водном объеме барабана котла создаются зоны с различным содержанием солей в котловой воде. Это достигается разделением водяного объема барабана котла с его поверхностями нагрева на отдельные отсеки. Непрерывная продувка производится из отсека с наиболее высоким солесодержанием, а отбор пара с наименьшим. Верхний барабан разделен перегородкой с отверстием (переливной трубой) на два отсека – чистый и солевой. Питательная вода поступает в чистый отсек, а солевой питается из чистого отсека через переливную трубу. В чистом отсеке образуется примерно 80% пара, в солевом 20%. Следовательно, из чистого в солевой отсек поступает 20% котловой воды, которая для чистого отсека является продувочной. Поэтому продувка чистого отсека происходит без тепловых потерь, обеспечивая низкое солесодержание котловой воды в нем.
Существенным недостатком является возможность обратного перетока воды в чистый отсек при «вялой» циркуляции. Для устранения этого недостатка применяют ступенчатое испарение с выносными циклонами, которые являются солевыми отсеками (ДКВР-20). При использовании выносных циклонов в качестве сепарационного объема разность уровней в отсеках может быть выбрана достаточной по условиям предотвращения обратного перетока воды. Поэтому схемы с выносными циклонами предпочтительны, особенно при небольшой производительности солевого отсека.
Питательная вода поступает в барабан который служит чистым отсеком. Продувочная вода из барабана поступает в циклоны, для которых эта вода является питательной. Циклон имеет отдельный контур циркуляции и выдает пар в барабан котла. Пар проходит через сепарационное устройство чистого отсека и дополнительно очищается. Непрерывная продувка осуществляется только из циклона, если он есть. При ступенчатом испарении уменьшаются потери тепла с продувкой и повышается качество пара.
Эффективность ступенчатого испарения возрастает с увеличением числа ступеней испарения, однако это нарастание с ростом числа ступеней затухает. Наибольшее распространение получили двух- и трехступенчатые схемы. При этом вторая ступень испарения может быть организована либо внутри барабана, либо вне его - в выносных циклонах. В трехступенчатой схеме обычно первую и вторую ступени выполняют в барабане, а третью - в выносном циклоне.
Ступенчатое испарение позволяет повысить чистоту пара при заданном качестве питательной воды и данном значении продувки. Оно позволяет также получить удовлетворительную чистоту пара при воде более низкого качества, что упрощает и удешевляет водоподготовку. Ступенчатое испарение позволяет также повысить экономичность паротурбинной установки вследствие уменьшения продувки без заметного снижения качества пара.
Рисунок 2.22 – Схема трехступенчатого испарение с выносной третьей ступенью:
1 – барабан котла; 2 – нижний коллектор; 3 – опускная труба; 4 – подъемная труба; 5 – подвод питательной воды; 6 – вывод (продувка) части воды из контура циркуляции; 7 – отвод насыщенного пара; 8 – выносной циклон; 9, 10 – опускные и парообразующие трубы контура солевого отсека; 11 – отвод пароводяной смеси в циклон; 12, 13 – водо- и пароперепускные трубы; 14 – периодическая продувка.
2.2.9 Влияние внутренних отложений на экономичность и надежность работы котельной установки
Надежная и экономичная работа котла зависит от качества воды, применяемой для питания котлов.
Источниками водоснабжения котлов могут служить пруды, реки, озера, грунтовые воды или городской водопровод. Природные воды содержат примеси в виде растворенных солей и механические примеси, поэтому непригодны для питания паровых котлов без предварительной очистки.
Качество воды характеризуется следующими показателями:
1. Сухой остаток содержит общее количество растворенных в воде веществ (кальция, магния, натрия, железа, алюминия и т.д.), которые остаются после выпаривания воды и высушивания остатка при 110 о С. Сухой остаток выражают в миллиграммах (примесей) на килограмм (воды).
2. Жесткость воды характеризуется суммарным содержанием в воде солей кальция и магния, которые являются накипеобразователями. Различают общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Жесткость воды выражается в миллиграмм-эквивалент на 1 кг раствора (мг-экв/кг).
3. Щелочность воды характеризуется содержанием в ней щелочных соединений (гидраты, например едкий натр NaOH, карбонаты Na 2 CO 3 – кальцинированная сода, бикарбонаты). Различают гидратную, карбонатную и бикарбонатную щелочность.
4. Окисляемость характеризуется наличием в воде кислорода и двуокиси углерода, выраженных в миллиграммах на килограмм.
В питательной воде, поступающей в котел, всегда остается какая-то часть примесей.
В процессе получения пара и отвода его из котла, а также поступления в котел новых порций питательной воды в котловой воде увеличивается количество солей, так как сухой пар не растворяет их.
При увеличении солесодержания выше нормы начинается выпадение их в осадок и образование накипи на поверхности нагрева и шлама в толще воды, появится пенообразование и усилится унос паром котловой воды с растворенными в ней солями. Это приведет к заносу паропровода солями.
Для получения пара нужного качества котловая вода обрабатывается специальными реагентами, которые заставляют накипеобразующие соли выпадать в котле в виде шлама, который легко удаляется продувкой.
Кроме этого на надежность работы котельной установки влияет коррозия металла. Разъедание стенок котла может происходить от воздействия на них растворенных в питательной воде кислорода, двуокиси углерода, водорода и т.д.
Эффективны методом повышения качество пара и сокращения непрерывной продувки в большинстве промышленных и энергетических котлов является ступенчатое испарение.
Сущность данного метода состоит в разделении испарительной системы котла на ряд отсеков или ступеней по воде и соединенных по пару. Питание первой ступени осуществляется питательной водой. Подпитка последующих ступеней или отсеков осуществляется котловой водой (продувкой) предыдущих ступеней (ступенчатая продувка). Непрерывная продувка всего котла осуществляется из последней ступени.
Первая ступень – чистый отсек (ч.о.), так как в ней минимальное солесодержание котловой воды; последний отсек – солевой отсек (с.о).
Для схемы трёхступенчатого испарения
С ПВ < С КВ I < С КВ II < С КВ III → С П I < С П II < С П III
Основное количество пара вырабатывается в чистом отсеке (n I =70-90%), а остальное в последующих ступенях (n II +n III =30-10%).
Схемы двухступенчатого испарения
Применяются два вида схем двухступенчатого испарения:
а) схема двухступенчатого испарения с солевыми отсеками в торцах барабана (разделение отсеков осуществляется перегородками с переливной трубой).
б) схема двухступенчатого испарения с солевыми отсеками в выносных циклонах (чистый отсек–барабан; солевой отсек питается из выносного циклона).
где:
- паропроизводительность чистого отсека,
%;
-
паропроизводительность солёвого отсека,
% (
+
=100%).
Переток котловой воды из предыдущего отсека в последующий происходит за счет разницы уровней.
В
качестве примера, примем: Р = 1%;
,
;
=
=0 - условно пренебрегаем растворимостью
солей в паре.
Уравнения материального солевого баланса:
для первой ступени -
. 
для второй ступени -
В результате получили, что при принятых допущениях, солесодержание продувочной воды не зависит от числа ступеней испарения, а определяется только величиной продувки (Р). Общее солесодержание пара определяется как средневзвешенное, а пара полученного в первой и второй ступенях – по уравнению Стыриковича.
Схема трехступенчатого испарения
Эффективность ступенчатого испарения возрастает с увеличением числа ступеней. Однако, это нарастание с ростом числа ступеней затухает; на практике более трех ступеней испарения не применяется. При трехступенчатой схеме чистый и второй отсеки организуются в барабане, а третья ступень или солевой отсек в выносных циклонах.
Паропроизводительность котла
Уравнение баланса солей по ступеням:
1-ступень:
2-ступень:
3-ступень:
Водный режим прямоточных котлов.
В прямоточном котле отсутствует возможность вывода солей из тракта котла. Поэтому предъявляются более жесткие требования к качеству питательной воды. Растворенные примеси улавливаются в блочной обессоливающей установке (БОУ). Оставшиеся примеси выделяются в виде накипи в тракте котла или выносятся паром в турбину.
Емкость котла по накоплению отложений значительно выше, чем емкость турбины. Удаление отложений из пароводяного тракта котла осуществляется путем водной холодной и горячей отмывки тракта при каждом пуске котла. И путем кислотной отмывки нерастворимых в воде соединений во время плановых ремонтов.
Для прямоточных котлов основной задачей водного режима является снижение коррозии металла элементов пароводяного тракта и повышение теплопроводности отложений.
Применяются следующие водные режимы.
Кислородо-нейтральный
.
После БОУ имеем практически нейтральную
воду с pH=7;
в данной воде воздействие кислорода на
металл зависит от его концентрации. При
малых концентрациях кислорода он
усиливает коррозию. При повышенных
концентрациях ведет к образованию на
поверхности металла защитной пленки
из магнетита (
)
и гематита (
)
железа.Пленка
препятствуют дальнейшему протеканию
коррозии.
Для повышения концентрации кислорода
в воду дозируется кислород или перекись
водорода (
)
в количестве до
.
Оптимальная концентрация кислорода в
воде составляет
.
При больших концентрациях образуется
в основном окисная пленка из магнетита
железа (
),
которая отшелушивается от поверхности
металла и и не защищает его от протекания
коррозии.
Нейтральный водный режим требует:
Полного
отсутствия в котельной воде
;
Отсутствия в тракте элементов из меди и ее сплавов.
Достоинства:
Значительно сокращаются затраты на реагенты;
Увеличивается межрегенерационный период фильтров БОУ.
Комплексонный водный режим .
Сущность
данного способа состоит в повышении
теплопроводности железоокисных отложений
путем добавки комплексонов.
В качестве комплексона используется
этилендиаминтетрауксусная кислота
(ЭТДК), которую дозируют в питательную
воду, предварительно обработанную
и
,
при температуре 100-200°С. При этом продукты
коррозии переходят в комплексонаты
железа. Хорошо растворимые в воде
комплексонаты железа далее по ходу
среды под действием высокой температуры
разлагаются с образованием выпадающего
на внутренней стенке труб плотного слоя
магнетита. Последний обладает высокой
теплопроводностью, что способствует
замедленному росту температуры стенки
металла и защищает металл от коррозии.
Дозировка комплексонов ведется автоматически в питательную воду после деаэратора и существенно улучшает режим работы теплонапряженного НРЧ, увеличивает межпромывочный период до плутора лет.
Образующиеся в процессе термического разложения комплексонов газообразные продукты вместе с паром из котла транзитом проходят турбину и удаляются из цикла отсосом из конденсатора.
Недостатки данного метода, также как и гидразинно – аммиачного большие затраты на реагенты и сокращение межрегенерационного периода работы фильтров БОУ.
ЛЕКЦИЯ №27
Процессы на внешней стороне поверхностей нагрева
Образование внешних отложений.
Абразивный износ.
Коррозия.
Механизм образования отложений .
Минеральная часть топлива в процессе сжигания превращается в шлак и золовые частицы. Поведение золовых частиц в газоходе и топке зависит от химического состава и физических свойств топлива (температура плавления, вязкость, коэффициент теплопроводности, и т.д.).
Легкоплавкие
компоненты
золы имеют температуру плавления
.
К ним относятся хлориды (
),
сульфаты (
).
В зоне высоких температур данные
компоненты находятся в парообразном
состоянии. При снижении температуры
газов они могут конденсироваться на
поверхности труб.
Среднеплавкие
компоненты
имеют температуру плавления 900-1100°С; к
ним относятся
(пирит),
,
.
Данные компоненты образуют первичный
липкий слой на экранах и ширмах, если
их касается факел.
Тугоплавкие компоненты имеют температуру плавления 1600-2800°С.
К ним относятся окислы кремния,. Эти компоненты проходят зону горения без изменения своего агрегатного состояния. Ввиду малых размеров частиц данных компонентов они, в основном, уносятся с золой.
В зоне температуры газов 700-800°С на поверхности труб конденсируются легкоплавкие соединения, образуя первичный липкий слой. На него налипают твердые частицы из среднеплавких и тугоплавких компонентов. Смесь затвердевает и образуется плотный первичный слой отложений, крепко сцепленный с поверхностью труб. Температура наружной поверхности слоя повышается, при этом конденсация прекращается. Далее на шероховатую наружную поверхность данного слоя попадают мелкие частицы тугоплавкой золы, образуя внешний сыпучий слой отложений.
В топочной камере в зоне контакта высокотемпературных газов с экранированными трубами могут появляться быстро нарастающие отложения из частиц золы и шлака, находящихся в размягченном или полужидком состоянии, которые затем охлаждаются и прочно схватываются с поверхностью труб. Имеет место процесс шлакования. Шлаковые наросты могут достигать веса нескольких тонн.
Особое внимание следует обратить на соединение окислов кальция в минеральной части топлива. При содержании CaO>40% (Березовские Б2) возникают неблагоприятные условия по загрязнению труб: (гипс). Гипс является связующим и ведут к образованию плотных отложений, крепко связанных с поверхностью труб. Спекшиеся отложения могут перекрывать межтрубные промежутки величиной до 400мм. Горизонтальные и слабонаклонные трубы загрязняются сильнее, чем вертикальные.
При организации топочного режима Березовских углей необходимо иметь температуру газов в поворотной камере не выше 800-850°С.
Для ограничения температуры газов в поворотной камере блоки 300МВт с котлами П-59 Рязанской ГРЭС, которые были рассчитаны на сжигание подмосковного угля марки Б2 и переведены на сжигание канско-ачинских углей данного месторождения, перемаркированы на пониженную нагрузку - 260 МВт. В 2001-2002 годах выполнена модернизация их топок на вихревое низкоэмиссионное сжигание, позволившая понизить уровень ядра факела и температуру газов за топкой. В результате были сняты ограничения по максимальной бесшлаковочной нагрузке на Березовских углях.
В
зоне температур газов
(конвективная шахта котла) наиболее
распространены сыпучие отложения.
Плотный подслой здесь отсутствует
(конденсация паров щелочных металлов
завершилась).
Сыпучие отложения образуются, в основном, на тыльной стороне труб по отношению к направлению движения потока газов. На лобовой части только при w <= 5 м/с и наличии в потоке тонкой летучей золы
На процесс образования сыпучих отложений оказывает влияние размер золовых частиц. По размеру частицы классифицируются на 3 группы:
1).
.
Данные частицы обладают минимальной
инерцией, движутся по линиям тока.
Следовательно, вероятность их осаждения
невелика.
2).
.
Эти частицы обладают большой кинетической
энергией, и при контакте с отложениями
разрушает их.
3).
.
Данные частицы образуют основную часть
сыпучих отложений.
Величина слоя отложений зависит от скорости оседания фракции третьей группы и скорости разрушения слоя крупными частицами второй группы.
Сыпучие отложения на поверхности труб ухудшают теплообмен, что учитывается коэффициентом загрязнения.
Величина
сыпучих отложений определяется также
расположением труб в пространстве
(шахматное или коридорное -
в 1,7 – 3,5 раза) и практически не зависит
от концентрации золовых частиц.
Разрушающее
воздействие крупных частиц на слой
пропорционально скорости потока в 3-й
степени. При
загрязнение резко усиливается, поэтому
при проектировании котлов
выбирается 5-6 м/с приD
=0,5D
.
При
сжигании мазутов и особенно высокосернистых
мазутов на поверхности нагрева при
образуются липкие отложения из
и сульфитов. Плотные отложения
стекловидного характера имеют состав.
Отложения имеют тенденцию к быстрому
росту; снижению теплообмена; увеличению
сопротивления газового тракта. В
результате снижается КПД котла и
снижается продолжительность работы
котла между очистками. СоединенияV
и S
имеют, кислую основу, поэтому добавки
к мазуту щелочных соединений приведут
к образованию более рыхлых отложений.
Аналогичный эффект имеем при приближении
коэффициента избытка воздуха в топке
-
.
Метод ступенчатого испарения, сущность которого сводится к созданию в парогенераторе контуров парообразования с различной концентрацией примесей при их последовательном питании водой, был предложен в 1936 г. Э.И.Роммом. Для этого контур циркуляции искусственно разделяют на две или три части, называемые отсеками или ступенями испарения.
Более трех ступеней испарения не применяют, т. к. это существенно усложняет конструкцию парогенератора, а получаемый выигрыш в чистоте пара по мере возрастания числа ступеней падает. Для энергетических котлов число ступеней испарения, как правило, два.
В первый отсек выделяется основная группа контуров циркуляции, которая присоединяется к части или ко всему барабану. Во второй отсек выделяется небольшая группа контуров циркуляции, которая присоединяется либо к части барабана, либо к выносным циклонам. Парообразующие поверхности отдельных отсеков между собой не сообщаются. Питательная вода поступает в первый (чистый) отсек. Питание второго (солевого) отсека происходит котловой водой первого отсека. Продувка парогенератора всегда организуется из последнего отсека. Поступление воды из одного отсека в другой происходит по специальным водоперепускным трубам. Такой режим называют режимом с внутренней продувкой. Переток воды по водоперепускным трубам в нужном направлении обеспечивается разностью уровней воды по обеим сторонам перегородки в барабане.
Общая паропроизводительность парогенератора со ступенчатым испарением складывается из паропроизводительности всех отсеков.
На рисунке ниже приведена схема двухступенчатого испарения без выносных циклонов.
Водяной объем барабана разделен на два отсека несколько выступающей над уровнем воды перегородкой. В нижней части перегородки находится короткая водоперепускная труба. Контуры циркуляции, подсоединенные к чистому и солевому отсекам разделены между собой глухой перегородкой в нижнем коллекторе.
Производительность солевого отсека зависит от конструктивных особенностей котла и в еще большей степени от качества питательной воды. Для барабанных котлов среднего давления подпиточная вода готовится по схемам умягчения и чистый отсек включает порядка 65 % объема барабана и все боковые экраны. Если же подпитка пароводяного контура производится обессоленной водой и питательная вода имеет очень низкое солесодержание, производительность солевого отсека не превышает 3-5%.
В связи с повышенной концентрацией солей в котловой воде солевых отсеков в контур циркуляции этих отсеков выделяются экранные поверхности с относительно низким тепловым напряжением (как правило, это трубы боковых экранов).
Кратность концентрации солей между отсеками (величина характеризующая эффективность ступенчатого испарения) должна быть не более 10. При более высоких значениях кратности создаются условия для накипеобразования в экранных трубах солевого отсека.
Сопротивление перепускной трубы из чистого отсека в солевой должно быть небольшим, чтобы уровни в них мало отличались. Но малое сопротивление этой трубы способствует периодическим толчкам воды в обратном направлении. Этот так называемый переброс воды из солевого отсека в чистый повышает солесодержание воды чистого отсека, что в свою очередь ведет к ухудшению качества пара, со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.
Для котлов высоких и сверхвысоких давлений подпиточная вода готовится по схемам обессоливания, что позволило повысить качество котловой воды и перейти на организацию солевых отсеков в выносных циклонах.
Современные системы отопления и горячего водоснабжения для предприятий требуют немалых инвестиций. Поэтому в наше время нужно выбирать поставщика оборудования, у которого цены на котельные будут ниже, чем у других.
Когда последняя ступень испарения выполняется с выносными циклонами, переброс ликвидируется практически полностью. Возможность иметь большую разность уровней в барабане и циклоне позволяет делать водоперепускную трубу с большим сопротивлением.
Применение схемы (б) позволяет получить пар более высокого качества за счет промывки пара солевого отсека водой чистого отсека.
Идея ступенчатого испарения, сыгравшая положительную роль для барабанных котлов среднего давления, исчерпала себя еще в 60-ые годы прошлого века в период освоения котлов высокого, а затем сверхвысокого давления.
Дело в том, что вначале оно применялось лишь в тех случаях, когда не удавалось обеспечить солесодержание котловой воды ниже критического за счет разумной величины продувки. Ступенчатое испарение рассматривалось при этом как способ сокращения продувки (внутренняя продувка). Однако вскоре оно стало выполнять свою основную функцию – повышение качества пара, но это было эффективным лишь для котлов среднего и повышенного давления.
С продувочной водой. Увеличение продувки котлов, вызванное невозвратом конденсата, зависит в первую очередь от количества добавляемой химически очищенной воды, а также от давления в котлах, типа водоподготовки, наличия ступенчатого испарения.
Нормируемый показатель без ступенчатого со ступенчатым испарением более 8 до 40 бар ДО 8 бар
Установки с барабанными парогенераторами давлением пара бар (в барабане) при регулировании температуры перегретого пара с использованием воды из общей питательной магистрали собственного конденсата парогенератора 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 4 5 6 7 8 9 7 8 9 7 8 9 Перечисленные схемы обессоливания воды применяют, когда при учете всего комплекса вопросов , связанных с подготовкой добавочной воды и водным режимом, использование магнезиального обескремнивания и Ма-катиони-рования (или Н-Ыа-катиони-рования) в сочетании со ступенчатым испарением оказывается неприемлемым
Отсутствие ступенчатого испарения
В ряде случаев тот же эффект уменьшения работы разделения может быть достигнут путем ступенчатой конденсации например, в узле деметанизации установок получения этилена) или ступенчатого испарения сырья (например, на установках первичной перегонки нефти) и ввода его в колонну в нескольких точках.
Отмечается также заметное влияние третьих элементов, особенно натрия и калия при их содержании, превосходящем на порядок и более содержание определяемых. элементов. Наиболее существенное уменьшение интенсивности линий в присутствии Ма и К испытывают легколетучие примеси, испаряющиеся одновременно с ними для других примесей иногда удается заметно уменьшить это влияние при ступенчатом испарении путем отгонки влияющих элементов.
Для котлов, питающихся водой с малым содержанием кремнекислоты, можно ограничиться применением промывки пара питательной водой , не прибегая одновременно к ступенчатому испарению.
Следует отметить, что питание этих котлов химически очищенной водой вызывает дополнительные трудности , связанные с наличием избирательного уноса кремниевой кислоты . Однако и эти трудности в настоящее время устраняются путем частичного обескремнивания добавочной воды , а ступенчатого испарения и промывки пара.
На одной ТЭЦ котлы ТП-230 (давление пара 110 ama) со ступенчатым испарением питались с добавкой химически очищенной воды (табл. 1). На этой электростанции наблюдалось прогрессирующее снижение мощности турбин высокого давления , при этом обычные промывки проточной
НЫМ паром из котлов ТП-230 со ступенчатым испарением. Отбор проб пара производился из середины основного барабана (чистый отсек) и из правой и левой его сторон на границе выхода пара соленых отсеков из промежуточных камер в чистый отсек. Данные фиг. 6 показывают, что концентрация кремниевой кислоты в паре соленых отсеков несколько выше, чем в паре чистых отсеков.
На тех электростанциях высокого давления , где добавкой к питательной воде служит дистиллат испарителей, целесообразно оборудовать котлы устройствами ступенчатого испарения с солеными отсеками в виде выносных циклонов . Пар этих циклонов целесообразно промывать котловой водой чистых отсеков
Устройства отбора проб котловой воды устанавливают на линиях непрерывной продувки, а при наличии в котле ступенчатого испарения также и в чистом отсеке. При наличии в котлах с внутрибарабанными устройствами ступенчатого испарения низкой кратности концентрации солей
Если во время опытов броски отсутствовали, но солесодержание пара оказалось выше допустимых норм , то чистоту пара определяют вновь при более низком солесодержании котловой воды . При этом может потребоваться проведение нескольких длительных опытов со снижением солесодержания котловой воды в каждом опыте ступенями на 60-.70 жг/кг в чистых отсеках котлов со ступенчатым испарением.
Пример 3. Определить потери тепла с невозвращенным конденсатом в процентах тепла пара , расходуемого на теплопотребляющие агрегаты, для следующих условий насыщенный пар поступает из отопительно-производственной котельной , оборудованной котлами давлением в кгс1см без ступенчатого испарения тепло продувочной воды котлов используется в сепарато-ре и теплообменнике (i np=40 ккал1кг).
Последуюш ее успешное применение паронромывочных устройств в однобарабанных котлах высокого давления типа ПК-19 и ПК-20 опровергло эти предположения. Котел ПК-19 снабжен барабаном внутренним диаметром 1500 мм и оборудован устройствами для ступенчатого испарения с выносными циклонами . Суммарная производительность соленых отсеков равна 20% (II ступень 12%, III ступень 8%). Весь вырабатываемый пар пропускается через паропромывочные устройства , расположенные в чистом отсеке барабана (см. фиг. 8).
Применение на котле ТП-230 3-ступенчатого испарения и размыва пены (производительность соленых отсеков 17%) с
Пар, выходящий из барабанов котлоагрегатов, не должен содержать значительного количества влаги, солей, шлама, так как часть поверхности пароперегревателя будет местом испарения и выпадения содержащихся в воде солей, и металл труб может быть поврежден. Могут иметь место нарушения плотности соединений, а при бросках влаги - гидравлические удары и даже разрушения паропроводов.
В паре могут содержаться нелетучие и летучие вещества. Нелетучие вещества обычно попадают в пар из котловой воды, в которой они находятся в растворенном виде или взвешенном состоянии. Растворимость их в паре низкого давления мала. Летучие вещества - аммиак МН3, двуокись углерода С02, азот N2 и водород Н2 - содержатся в виде газов и не дают отложений. Двуокись углерода, соединяясь с кальцием, может давать отложения. Аммиак, попадая в теплообменники с латунными трубками, вызывает их обесцинкование и разрушение; кроме того, аммиак токсичен. Двуокись углерода может вызвать коррозию; окислы железа дают шлам и отложения на обогреваемых поверхностях нагрева.
В связи с этим к пару предъявляются определенные требования по общему содержанию солей, пересчитанному на натрий: при давлении до 1,4 МПа (14 кгс/см2) - 1,0 мг/кг; до 2,2 МПа (22 кгс/см2) - 0,5 мг/кг и до 4,5 МПа (45 кгс/см2) -0,3 мг/кг. Следовательно, с ростом давления ужесточаются требования к качеству пара.
Загрязнение пара веществами происходит главным образом за счет выноса примесей, содержащихся в питательной и котловой воде. Для получения пара необходимого качества питательную воду очищают различными способами и отделяют влагу от пара путем сепарации. Увеличению влажности пара способствует неправильный режим подачи воды в барабан - его перепитка, резкие колебания давления пара, несоблюдение требований, предъявляемых к качеству питательной воды. В частностей повышение ее щелочности, например, приводит к образованию и уносу пены из-за уменьшения объема парового пространства. Если пар попадает под уровень воды, то пузырьки пара, выходя на поверхность воды - зеркало испарения, разрывают оболочку и образуют крупные и мелкие капельки, выносимые в паровое пространство.
При поступлении пароводяной смеси из труб в паровое пространство, кроме образования капель за счет разрыва оболочек пузырей пара, происходят удары струй воды о поверхность уровня, стенки барабана и расположенные в объеме детали.
Увеличение солесодержания котловой воды повышает ее поверхностное натяжение, что приводит к явлению набухания воды пузырями пара и росту его влажности. Повышение давления в барабане ухудшает
Осаждение мелких капель. Большой дйаметр барабана, низкое расположение уровня воды в нем позволяют иметь большую высоту парового пространства. Капли влаги, вынесенные в паровое пространство, потеряв начальную скорость и объединившись на пути с другими каплями в большом объеме, будут выпадать быстрее. Чем больше действительная высота парового пространства, тем лучше при прочих равных условиях будет происходить естественная сепарация. Наилучшая сепарация для обычных нагрузок зеркала испарения в котельных агрегатах низкого и среднего давлений достигается на высоте 0,6-1,0 м, вследствие чего внутренний диаметр барабана обычно составляет 1,2-1,6 м. В прежних конструкциях котлов низкого давления влажность пара составляла 3-6%; теперь же она не превышает 0,5% и снижается с ростом давления до 0,1-0,2%.
Увеличение содержания солей в котловой воде не только приводит к набуханию, но и по достижении определенной величины (критической) вызывает резкий рост уноса влаги. До этого содержания солей унос влаги примерно пропорционален содержанию солей в котловой воде. Загрязнение пара летучими веществами при низких и средних давлениях пара незначительно из-за малой растворимости солей в паре.
Для осуществления естественной сепарации пара, уменьшения уноса капель и получения сухого и чистого пара важно равномерное распределение выхода пара из экранных и кипятильных труб по длине барабана, предупреждение ударов струй воды о стенки и устройства
А - труба с отверстиями; б - отбойные щитки; в <- отбойные щитки, жалюзийный сепаратор и дырчатый лист; г -утопленные листы, жалюзийный сепаратор с дырчатым листом; д - щитки, утопленный лист и жалюзийный сепаратор с дырчатым листом; е - внутрибарабанные циклоны, жалюзийный сепаратор и дырчатый лист (иногда циклоны размещены вие барабана - выносные
Циклоны).
В барабане, о зеркало испарения и равномерная загрузка барабана. Необходимо также обеспечение равномерного отбора пара по длине барабана для получения низких скоростей пара в паровом пространстве барабана, где происходит первичное отделение влаги. Однако естественной сепарации влаги для получения сухого пара недостаточно. Дальнейшее улавливание влаги осуществляют механической сепарацией в устройствах, в которых используются силы инерции, центробежные силы, смачивание и поверхностное натяжение слоя жидкости. Такие устройства позволяют уловить капельки воды, вынесенные из парового пространства.
Принципиальные схемы сепарирующих устройств в барабанах кот - лоагрегатов низкого и среднего давлений показаны на рис. 4-6.
Простейшей из них является труба в паровом пространстве барабана с отверстиями разного диаметра на боковых образующих, распределенными неравномерно по длине для лучшей сепарации в объеме (схема рис. 4-6,а). Скорость пара в трубе (конечную) принимают 30- 40 м/с, скорость в отверстиях принимают большей скорости в трубе. Вместо установки трубы можно отделить часть парового пространства листом и выполнить в нем отверстия по тому же принципу, что и в трубе. При надлежащей высоте парового пространства, равномерном подводе пароводяной смеси и отборе пара по длине барабана иногда достаточной является установка отбойных щитков (схема рис. 4-6,6).
Для получения лучших результатов сепарации пара можно сочетать установку отбойных щитков с установкой перфорированных листов перед трубами, отводящими пар. Часто перед этим листом устанавливают жалюзи, в которых пар, изменяя несколько раз направление движения, заставляет воду по инерции осаждаться на стенках листов жалюзи, Такая схема изображена на рис. 4-6,в.
Если пароводяная смесь входит в барабан под уровень воды, то равномерного распределения пара можно достигнуть, установив под уровнем воды лист с отверстиями, а для очистки пара подать на этот лист питательную воду.
В верхней части барабана, как это видно из схемы рис. 4-6,г, устройства могут быть сохранены такими же, как и на предыдущей схеме. При вводе пароводяной смеси под и над уровнем целесообразно схему рис. 4-6,г дополнить отбойными щитками, - схема рис. 4-6,д) против труб, по которым пароводяная смесь поступает в барабан.
При больших нагрузках внутри барабана для получения пара высокого качества на вводе пароводяной смеси устанавливают циклоны, в которых при закручивании потока отделившаяся вода по стенкам стекает вниз, а пар через жалюзи на крышке циклона выходит в паровое пространство; под циклоном выполняют поддон, предупреждающий проход пара вниз. Перед пароотводящими трубами из барабана, как это видно из схемы рис. 4-6,е, ус"^анавливают лист с отверстиями и жалюзи.
Так как качество пара, выходящего из барабана, зависит от солесо - держания котловой воды, то значение величины солесодержания ограничивают, удаляя накапливающиеся соли вместе с горячей водой, осуществляя продувку.
Если удаление воды с солями выполняется постоянно, продувку называют непрерывной. В нижних элементах котлоагрегата - нижних коллекторах экранов, в нижнем барабане - при работе и особенно при малых нагрузках и при останове может скапливаться шлам. Для его удаления при растопках и пониженных нагрузках из нижних точек
проводят продувку, которую называет периодической или шламовой.
Поскольку при продувке теряется не только вода, но и теплота, величину продувки ограничивают.
Способ, дающий возможность получать пар высокого качества при небольших размерах продувки, названный ступенчатым испарением, был предложен в СССР проф. Э. И. Роммом в 1937 г. и получил широкое распространение. Сущность этого способа состоит в разделении поверхностей нагрева, коллекторов и барабанов на части, в которых происходит постепенное упаривание воды. Питательную воду подают в первую часть, называемую чистым отсеком, который производит 80-85% пара; в нем поддерживают определенное и невысокое солесодержание котловой воды за счет увеличенной продувки во ВТО* рую часть - соленый отсек. Пар из чистого отсека будет удовлетворительного качества, а котловая вода в соленом отсеке будет иметь повышенное солесодержание, что и уменьшит размер продувки. Пар же из соленого отсека будет невысокого качества и потребует хорошей очистки, но его будет немного-15-20%; поэтому общее качество п^ра, выдаваемого котлоагрегатом, будет удовлетворительным. Обычно ступенчатое испарение осуществляют в двух, реже - трех ступенях [Л. 15].
На принципиальной схеме, показанной на рис. 4-7, изображено трехступенчатое испарение котловой воды в котлоагрегате, имеющем котельный пучок (I ступень испарения); фестон и задний экран (II ступень) и боковые экраны (III ступень испарения), пар из которых поступает в вынесенный из барабана циклон-сепаратор, а из последнего идет в барабан. Производительность I ступени п-70%, II ступени - п2- =20% и III ступени пз=10% общей производительности котлоагрегата.
Уравнение баланса солей для котлоагрегата с трехступенчатым испарением при солесодержании питательной воды 5П. В, воды в чистом отсеке 5ь соленом отсеке 52 И циклоне 5пр при величине продувки р будет иметь вид:
(100 Р) 5П. в = (пг + п2 4- р) 51 = (п3 -|~ р) (4-20)
Из этого уравнения можно найти процент продувки и солесодержание котловой воды в каждом из отсеков.
Продувка котлоагрегата р, %, составит:
О ___ ^П. В (100 р)
1 пь + пг + р %
Во II ступени испарения аналогично
В III ступени и в продувке
О _____ ^п. в (100 Ч~ /О
Наличие трех ступеней испарения при продувке в 5% даже при со - лесодержании питательной воды в 500 мг/кг позволяет иметь со л есо держание в продувке
Зщ, = 500 (1^° + 5)- = 10 500 мг/кг.
Из схемы на рис. 4-7 и формулы (4-20) видна эффективность при* менения ступенчатого испарения, особенно при повышенном содержании солей в питательной воде.
Из-за возможного образования отложений на поверхностях нагрева больше трех ступеней испарения не делают. В СССР все котельные заводы изготавливают котлоагрегаты со ступенчатым испарением.