12.4. Сепарація і промивка пари

Вимоги до пари. У насиченій водяній парі можуть знаходитися різні домішки: гази N₂, NH₃ CО₂, H₂, солі і кислоти мінеральних і органічних речовин, оксиди металів, зважені чи розчинені в парі.

Мінеральні домішки можуть відкладатися в трубах пароперегрівника, в арматурі паропроводів і в проточній частині турбіни в кількості, неприпустимій їх нормальній роботи. До якості насиченої пари барабанних котлів пред’являються жорсткі вимоги, встановлені на основі досвіду експлуатації устаткування і даних теплохімічних випробувань. Граничні норми якості пари для барабанних котлів приведені в табл. 12.2.

Таблиця 12.2.

Граничні норми якості пари для барабанних котлів

Засіб	Тиск, МПа
	до 4	4-10	вище 10
З’єднання Na в перерахунку на Na, мкг/кг	60	15	10
Кремнієва кислота в перерахунку на SiO2, мкг/кг	-	15	15
Діоксид вуглецю СО2, мкг/кг	-	15-10	-

Примітка: при тиску вище 7 МПа нормується також вміст кремнієвих сполук: вміст SiO₂ допускається не більше 15 мкг/кг; при значній добавці до конденсату хімічноочищеної води допускаються кількості примусів, більше вказаних.

Забруднюючі домішки поступають в насичену пару в основному з живильної води. Вміст продуктів корозії за нормальних умов незначний. У прямоточних котлах високого і надвисокого тиску визначальне значення в забрудненні пари мають розчинені в ньому мінеральні неорганічні домішки, в основному SО₂, оксиди Fe і Сu, а також з'єднання натрію.

В прямоточних котлах якість насиченої пари визначається тільки характеристикою живильної води. У котлах з природною і багатократною примусовою циркуляцією відділення пари від води відбувається в барабані. У котлах низького і середнього тиску забруднення насиченої пари відбувається переважно внаслідок винесення разом з парою крапель води, які містять мінеральні домішки. При високому тиску пари і його незначної вологості виносяться розчинені в ньому домішки, в основному з'єднання кремнію та гідроксиди металів.

У барабанних котлах для поліпшення якості насиченої пари необхідно зменшити вміст в ньому краплинної вологи і розчинених в парі речовин. При низькому і середньому тиску вирішальне значення для зменшення солевмісту пари має сепарація краплинної вологи від пари. У котлах високого і надкритичного тиску солевміст пари визначається також вмістом в парі розчинених домішок. Зменшення вмісту в парі краплинної вологи досягається в барабані котла рівномірним розподілом по довжині і по діаметру барабана пароводяного і парового навантаження, а також відділенням крапель вологи від пари за допомогою пристроїв сепарації. У сучасних барабанних котлах застосовуються окремо або в різних поєднаннях різні сепараційні пристрої, схеми яких показана на рис. 12.4. Ці пристрої повинні погасити кінетичну енергію потряпляючої в барабан пароводяної суміші з мінімальним утворенням дрібнодисперсних крапель вологи, забезпечити рівномірний розподіл парового навантаження за площею дзеркала випаровування і потоку пари в об'ємі барабана, здійснити виділення з потоку пари крапель вологи.

У сепараційних пристроях, використовуються наступні принципи сепарації крапель вологи з пари.

Гравітаційна сепарація. Відділяння крапель вологи від пари здійснюється при горизонтальному і вертикальному підйомному русі пари із стабілізованою малою швидкістю. Ефективність гравітаційної сепарації пропорційна різниці густин води і пари, тобто залежить від тиску, а також розмірів крапель води, швидкості потоку пари і довжини його шляху до виходу з барабана.

Гасіння кінетичної енергії струменя пароводяної суміші і рівномірний розподіл пари відбуваються у водяному об'ємі. Відділення крапельок вологи від пари здійснюється в паровому просторі. Гравітаційна сепарація має місце практично в тій чи іншій мірі при всіх конструкціях внутрішньобарабанних пристроїв.

Інерційна сепарація. Відділення крупніших крапель води від пари може бути здійснено при різкому прискоренні горизонтального або вертикального потоку пари і подальшому зменшенні його швидкості, а також за рахунок відцентрових сил, що діють на краплю при зміні напряму руху або напряму закручування по струму вологої пари. Інерційний принцип сепарації використовується в різних конструкціях сепараційних пристроїв, основні з яких, показані на рис. 12.4.

Простим інерційним сепаратором є глухі або дірчасті металеві листи, розміщені вертикально або похило, які одночасно використовуються для гасіння кінетичної енергії пароводяної суміші і відділення основної маси води від пари (схема рис. 12.4, б). Швидкість пароводяної суміші на вході під відбійний щит не повинна перевищувати 2—2,5 м/с. Швидкість пари на виході з-під щита в барабан приймається звичайно 0,7—1 м/с.

В жалюзійному сепараторі для інерційного відділення крапель води використовується зміна прискорення потоку в сепараторі і на виході з нього, а також багатократну зміну його напрямку, що підвищує ефективність сепарації.

Відцентровий сепаратор циклонного типу, у якому здійснюється інтенсивне закручування потоку вологої пари, показаний на рис. 12.4 г.

Плівкова сепарація заснована на використанні здатності налипання дрібних крапель води, які не мають інерційних властивостей, на зволожену розвинену поверхню при дотиканні до неї вологої пари. При ударі потоку вологої пари в таку поверхню в результаті злиття дрібних крапель на ній утворюється суцільна водяна плівка, яка достатньо міцна і не зривається парою, але в той же час неперервно дренується у водяний простір барабану. Плівкова сепарація використовується в циклонних, а так само в швелерових сепараторах. У них плівкова сепарація поєднується з інерційною за рахунок відкидання крупніших крапель води при проходженні вологої пари по каналах між швелерами з чотирикратним поворотом на 90°. Така конструкція достатньо ефективно відділяє дрібні краплі води від пари. Швидкість пари, що допускається, в швелерових сепараторах при тиску в барабані 11 МПа 0,2 м/с.

Рис. 12.4. Схеми сепараційних пристроїв, в барабані котла

а) – при підводі пароводяної суміші під рівень води в барабані; б) – при підводі пароводяної суміші в паровий об’єм барабана; в) – при установці в середині барабанних циклонів. 1 – розподільчий дірчастий, втоплений щит; 2 – відбійний щит; 3 – паро приймальний щит; 4 – жалюзійний сепаратор; 5 – внутрішньо-барабанний циклон; 6 – труби випарної поверхні нагріву; 7 – опускні труби; 8 – паровідвідні труби.

Промивка пари. Механічні способи сепарації дозволяють видалити з пари відносно крупні частинки. Від речовин, що знаходяться в парі високого тиску у вигляді молекулярних і колоїдних розчинів, пара може бути очищена промивкою його чистою водою. Практично промивка пари здійснюється пропуском її через шар води.

У паровому просторі барабана розміщується щит, на який подається живильна вода, що стікає потім у водяний простір барабана. Щит виконується у вигляді системи корит або з перфорованими по його площі отворами.

Пара, проходячи крізь шар води в коритах або через отвори в щиті, частково очищується від солей, насищаючи ними воду. Основною метою промивки пари при високому тиску є зниження віднесення кремнієвої кислоти. В усталеному стані кремневміст пари стає пропорційним кремневмісту води, контактуючої з парою.

При промивці пари внаслідок недосконалості його контакту з водою домішки віддаляються неповністю; кінцевий солевміст пари визначається за формулою

,

(12.3)

де — коефіцієнт проскакування — частка пари, що пройшла через промивальний пристрій, але не очистилась; S_пром , і S_пр — солевміст промитої і непромитої частин пари.

У прямоточному котлі з промивочно-сепараційним пристроєм, промивка пари здійснюється шляхом уприскування води в злегка перегріту пару з доведенням його вологості до 2%. При цьому домішки, що містяться в парі, розчиняються у воді. Далі волога відділяється від пари у відцентровому сепараторі і після використання частини її тепла виводиться в дренаж.

Питання для самоперевірки

1. Описати механізм утворення накипу і вказати вимоги до живильної води.

2. Описати схеми підготовки живильної води.

3. Для чого використовується продування котла.

4. Навести та пояснити схеми сепарації пари у котлі.