2. Влияние различных факторов на влажность пара.

Загрязнение пара в паровых котлах н парогенераторах с ЕЦ происходит главным образом за счет капельного уноса. При этом унос происходит одинаково для всех загрязняющих веществ. Содержание загрязняющих веществ в паре при наличии только капельного уноса зависит от содержания их в котловой воде и от влажности пара:

Т_п, С_Р, С_Ш - концентрация загрязняющих веществ в паре, растворенных в котловой воде и содержащихся в виде взвесей (шлама); х-степень сухости пара.

Таким образом, для повышения чистоты пара необходимо снижать концентрацию загрязняющих веществ в котловой воде и уменьшать влажность отбираемого пара (увеличивать степень сухости).

Содержание влаги в паре зависит от многих факторов. Основными из них являются:

- высота парового объема. Чем меньше высота парового пространства над зеркалом испарения и чем меньше диаметр капли жидкости, тем меньшую скорость должна иметь капля воды, чтобы преодолеть высоту парового объема и быть унесенной в пароперегреватель с потоком пара. Как правило, наиболее мелкие капли, если на их пути нет сепарационных устройств, уносятся потоком пара, а крупные капли возвращаются под действием силы тяжести в водяной объем.

В современных паровых котлах с ЕЦ пароводяная смесь поступает под уровень воды. В местах входа в паровой коллектор подъемных труб возникает так называемый сосредоточенный подвод пароводяной смеси, вызывающий набухание уровня воды. В результате сосредоточенного подвода с поверхности жидкости срываются отдельные капли и уменьшается высота парового пространства.

На высоту парового пространства влияют также такие факторы как: состояние моря, определяющее бортовую и килевую качку судна; режимы нагрузки котла и скорости перехода между режимами.

- давление пара в котле является основным фактором, влияющим на влажность пара. С увеличением давления разница между удельными весами пара и жидкости уменьшается, что затрудняет разделение жидкой и газообразной фаз. При критическом давлении 225 кгс/см² сепарация влаги становится невозможна. Поэтому при высоких давлениях существует возможность уноса мелких капель с паром независимо от высоты парового пространства.

- солесодержание котловой воды. Как показали опыты, загрязнение пара при капельном уносе существенно зависит от солесодержания котловой воды. При достижении некоторого значения содержания солей С_в в воде влажность пара резко увеличивается. Это значение

солесодержания называют критическим С?. Судовые котлы и парогенераторы должны работать при солесодержании котловой воды ниже критического. Это достигается проведением определенного водного режима работы котла. Кроме того, при повышении солесодержания котловой воды выше критического происходит резкое «набухание» уровня воды и уменьшается высота парового пространства.

3. Сепарационные устройства паровых котлов и парогенераторов.

Для получения чистого пара необходима его осушка, которая осуществляется в различных сепарационных устройствах. При нормальной эксплуатации судовых паровых котлов влажность пара на выходе из парового коллектора должна быть не более 0,5 %. Для парогенераторов атомных установок эти требования еще выше - от 0,001 до 0,01 %, так как наличие в паре примесей может привести к уносу радиоактивных веществ с большими периодами полураспада в машинные отделения.

Процесс сепарации пара основывается на различии удельных весов насыщенного пара и капель воды.

Сепарация пара в осадительном объеме

Этот способ сепарации является наиболее простым. Капля влаги находится под действием силы подъемного движения пара и силы тяжести. Соотношение этих сил приводит либо к уносу капли влаги с паром либо к выпадению ее из парового потока. В старых конструкциях котлов, имевших большие объемы парового пространства, применялись простейшие сепарационные устройства: сухопарники и отбойные щитки.

Капли влаги вместе с потоком пара по пароотводящим трубам поступают в сухопарник, осаждаются на его стенках и стекают в водяной объем парового коллектора через дренажную трубу. Дополнительной преградой для уноса влаги является пароотбойный щиток, на котором осаждается значительная часть влаги.

1 - паровой коллектор; 2 - дренажная труба; 3 - сухопарник; 4 - пароотводящие трубы; 5 - отбойный щиток

Как показывает опыт эксплуатации котлов, сухопарник не дает улучшения качества пара и его роль лишь сводится к ликвидации последствий нарушений нормального режима работы - например забросов воды в пароперегреватель.

Схема сепарации пара с дырчатыми щитами

Основным способом устранения отрицательного воздействия от сосредоточенного подвода пароводяной смеси в коллекторе котла является равномерное распределение паровой нагрузки по всей площади зеркала испарения. С этой целью в паровых коллекторах котлов устанавли-ваются дырчатые щиты, расположенные на 50 ÷ 150лш ниже минимального уровня воды.

Основным назначением погруженного дырчатого щита является создание на пути движения пара дополнительного сопротивления, одинакового по всему сечению коллектора. В щите расположены отверстия диаметром 5 ÷ 20 мм. Живое сечение щита составляет обычно 10 ÷ 15 % от сечения коллектора. Причем над подъемными трубами живое сечение отверстий меньше и составляет 5 ÷ 6 % от общей площади зеркала испарения, а над опускными трубами больше - 9 ÷ 10 %. Довольно часто отверстия в погружном щите располагают равномерно. В результате дополнительного сопротивления, под щитом образуется устойчивая паровая подушка, обеспечивающая равномерное распределение пара по площади зеркала испарения.

Применение погружного дырчатого щита является обязательным но недостаточным условием получения чистого пара. Обычно пар из коллектора отбирается через один-два патрубка. Большая часть пара направляется к патрубкам кратчайшим путем. В результате скорости движения пара в паровом пространстве оказываются различными. Из-за повышенной скорости пара в районе пароотводящих труб его влажность может превышать допустимые значения.

Для выравнивания скоростей пара в верхней части парового объема устанавливают потолочные дырчатые щиты. Отверстия в них расположены неравномерно - реже у места отбора пара и чаще на

периферии - в результате чего его сопротивление возрастает от периферии к месту отбора пара. Потолочный дырчатый щит является также дополнительным препятствием, на котором оседают капли влаги, содержащейся в паре.

В современных паровых котлах часто устанавливается также средний дырчатый щит, расположенный выше верхнего уровня воды на 50 ÷ 80мм. Его назначением является выравнивание неравномерности уровня воды от сосредоточенного подвода пара и успокоение колебаний уровня при качке судна.

Недостатками схемы сепарации с дырчатыми щитами являются:

• чувствительность к изменению нагрузки котла (при уменьшении нагрузки котла возникает большое сопротивление для прохода пара);

• возможность нарушения работы опускных труб при захвате в них пара;

• способствие ценообразованию при большом солесодержании котловой воды.

Жалюзийные сепараторы

Эффективным средством для осушки пара являются жалюзийные сепараторы. Отличительной особенностью их является высокая эффективность при сравнительно небольших гидравлических сопротивлениях. Жалюзийные сепараторы компонуются как в горизонтальном, так и в вертикальном исполнении.

Принцип действия жалюзийных сепараторов основан на разделении фаз при изменении движения пароводяного потока в криволинейных каналах за счет центробежного эффекта. Пароводяная смесь со скоростью W поступает в криволинейные каналы. Влага выпадает на пластинку

жалюзи и водяной пленкой стекает вниз со скоростью w, а осушенный пар направляется в паропровод со скоростью w". Стекающая пленка влаги отрывается от нижних кромок жалюзи и в виде отдельных струй и капель выпадает в водяной объем коллектора.

При определенных расходах пароводяной смеси на пластинках жалюзи может осесть столько влаги, что она полностью перекроет все сечение канала. Этот режим называется режимом захлебывания жалюзи.

Для вертикальных жалюзи режим захлебывания наступает при больших расходах пароводяной смеси. Это объясняется условиями дренажа, которые в вертикальных жалюзи более благоприятные. Поэтому при прочих равных условиях эффективность вертикальных жалюзи выше, чем горизонтальных.

Горизонтальные или вертикальные жалюзи могут устанавливаться в коллекторе вместо потолочного дырчатого щита либо в отдельных корпусах - в таких случаях они называются выносными сепараторами.

Внутриколлекторные циклоны

Внутриколлекторные циклоны являются очень эффективными сепарационными устройствами.

Диаметр циклона обычно равен 300 мм. При бóльших диаметрах усложняется их монтаж внутри коллектора; уменьшение диаметра циклона ведет к увеличению их числа внутри коллектора и усложняет равномерность подвода пароводяной смеси к каждому из циклонов.

В циклоне осуществляется двухступенчатая сепарация пара. В первой ступени происходит грубое разделение пара и воды вследствие центробежной раскрутки при тангенциальном подводе пароводяной смеси в корпус циклона. Вода под действием центробежных прижимается к стенке корпуса и стекает вниз, а пар поднимается вверх. В верхней части циклона обычно устанавливается дырчатый щит либо жалюзийный сепаратор, в котором происходит окончательная тонкая осушка пара.

Внутриколлекторные циклоны обеспечивают равномерную подачу пара в паровой объем коллектора по его длине, не чувствительны к повышенному солесодержанию воды и работают устойчиво при резких изменениях нагрузки.

Недостатками внутриколлекторных циклонов являются:

• большие гидравлические сопротивления движению пароводяной смеси, что в котлах и ПГ с ЕЦ может повлиять на устойчивость циркуляции;

• небольшие производительности (0,6 ÷ 2,0 кг/с на один циклон);

• загромождение парового коллектора и сложность в установке.

Сепараторы с осевым подводом потока

Сепараторы с осевым подводом потока аналогичны внутриколлекторным циклонам. Они имеют различные конструкции. Основой таких сепараторов является лопаточный заверитель смеси. Поток, поступая вдоль оси сепаратора, закручивается лопатками и разделяется на паровой вихрь, движущийся по оси потока, и водяной вращающийся поток, движущийся вдоль стенок внутреннего цилиндра. Основная масса жидкости переливается через верхний край корпуса циклона и по стенкам стакана стекает вниз. Дальнейшее осушение пара осуществляется с помощью жалюзийного сепаратора или дырчатого перфорированного листа.

Сепараторы с осевым подводом пароводяной смеси широко применяются в парогенераторах ядерных энергетических установок.

Выносные пленочные сепараторы

При движении влажного пара по трубам основное количество влаги оседает на внутренней поверхности труб в виде пленки и лишь небольшая ее часть остается во взвешенном состоянии. Таким образом, любая труба, по которой движется пар, является своеобразным пленочным сепаратором. Осуществив отвод влаги, можно получить пар довольно высокого качества.

Наиболее распространена следующая конструкция пленочного сепаратора: подвод влажного пара происходит сверху. При повороте направления пара его основная часть оседает на стенках трубы и стекает вниз, откуда удаляется через дренажную трубу. Пар отбирается из центральной части сепаратора.

Производительности пленочных сепараторов невелики, а влажность пара составляет ~ 1 %, что является довольно высоким значением для современных установок. Поэтому широкого распространения такие устройства не получили.

Выносные центробежные сепараторы

В центробежных сепараторах подвод смеси может осуществляться как радиально, так и в осевом направлении. Закручивание потока осуществляется с помощью специальных лопаток. Отсепарированная влага стекает вниз по кольцевому пространству между стенкой цилиндра и перфорированным листом, а пар поступает в верхнюю часть объема и

через перфорированный лист с влажность 0,5-1,0 % уходит в трубопровод насыщенного пара. В нижней части сепаратора может быть установлен успокоитель для гашения вращательного движения жидкости. Вода из сепаратора отводится через патрубок в нижней части. Объем воды в сепараторе составляет 1/7-1/10 от часовой паропроизводи-тельноси котла или парогенератора для обеспечения явления гидравлического затвора и исключения возможности проскока пара на всасывание циркуляционного насоса.