1.3. Особенности отложения примесей в прямоточных котлах скд
Особенности отложения примесей по тракту котла СКД связаны с изменением характеристик тепло- и массообмена в зоне большой теплоемкости (ЗБТ). В ЗБТ существенно снижаются значения коэффициента диффузии (рис. 1.3), при этом замедляются все процессы, связанные с диффузией примеси.
На рис. 1.10. представлены профили скорости, температуры и концентрации примеси по сечению обогреваемой трубы.
Рис.
1.10. Изменение скорости
,
температуры
и концентрации примеси
по сечению потока.
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
(случай «а» на рис. 1.10). 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. 1.11,а
изображены графики изменения средней
энтальпии потока
,
средней температуры потока
и температуры на внутренней поверхности
стенки
.
В отличие от энтальпии потока, температура
потока изменяется по длине трубы
нелинейно в зоне, где температура потока
близка к температуре максимальной
теплоемкости
,
скорость роста температуры по длине
трубы при этом значительно снижается.
В сечении
(см.
рис. 1.11, а) температура стенки достигает
значения
и может наступить режим ухудшенного
теплообмена, температура стенки при
этом резко возрастает. При подходе к
сечению
,
где
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.
Рис. 1.11. Распределение по длине трубы температуры потока (а), концентрации (б), и массы отложений (в).
Растворимость
веществ в ЗБТ уменьшается с ростом
температуры, а затем растворимость
может расти. Характер изменения
растворимости вещества в двух сечениях
трубы (
)
по длине трубы показан на рис. 1.11, б
- по температуре стенки
и
температуре потока
.
Здесь же показано изменение средней
концентрации примеси в потоке
(при
)
и
вблизи стенки
(как уже отмечалось
).
Величина
характеризует минимум растворимости
по длине трубы. Возможны случаи: 1)
;
2)
.
В первом случае примесь должна была бы
пройти через паровой котел транзитом,
однако, как уже отмечалось для
легкорастворимых веществ, за счет
адсорбционных процессов
и
часть примеси все же осаждается на
поверхности нагрева. Для продуктов
коррозии железа характерен второй
случай, который и представлен на рис.
1.11,б.
В
сечении
и начинается процесс кристаллизации
вещества на стенке, масса отложений
увеличивается
(рис. 1.11, в).
При
увеличении концентрационного напора
скорость роста отложений
возрастает.
При приближении
к температуре максимальной теплоемкости
скорость диффузии в поверхностном слое
жидкости резко падает, что приводит к
торможению собственно процесса
кристаллизации, величина
и
снижается (рис. 1.11, в, сечение
).
При
этом в пристенном слое жидкости создается
избыток примеси и может начаться
кристаллизация в объеме слоя на имеющихся
там частицах примеси.
Когда
,
кристаллизация на стенке ускоряется и
масса отложений растет. Кристаллы из
объема пристенного слоя частично
осаждаются на наружном (эпитактическом)
слое отложений. Достигнув максимума,
скорость роста отложений падает. Это
снижение величины
обусловлено достижением ЗБТ ядра потока
,
когда
массообменные
процессы в потоке теплоносителя
замедляются (скорость диффузии падает)
и уменьшается доставка примеси из ядра
в пристенный слой. Второй минимум
находится в области сечения
(рис.
1.11). При дальнейшем прогреве ядра потока
массообменные процессы улучшаются,
величина
и
снова
растет, достигая третьего максимума.
Последующее снижение скорости роста
отложений связано с уменьшением
концентрации в потоке
,
на стенке
и концентрационного напора
.
Таким
образом, при СКД весь диапазон отложений
можно разделить на три участка:
;
;
.
В пределах каждого из участков скорость
роста отложений достигает максимального
значения
.
Зависимость
от теплового потока, массовой скорости
и других параметров на разных участках
различна.