9. Загрязнение пара и способы борьбы с ним

Качество вырабатываемого пара, капельный и избирательный унос, явление набухания воды, солевой баланс котлоагрегата.

Методы получения чистого пара: сепарация, продувка, ступенчатое испарение воды.

9.1 Качество вырабатываемого пара

Пар загрязняется веществами, находящимися в растворенном и во взвешенном состоянии в воде. Известны два пути перехода веществ из котловой воды в пар: унос паром капельной влаги, а вместе с ней растворенных и взвешенных веществ и переход веществ из воды в пар вследствие растворяющей способности пара. В общем случае частоту пара определяют коэффициентом выноса К_в, %:

К_в = +k_р=100С_п/С

где  - влажность пара, %; k_р – коэффициент распределения веществ между насыщенным паром и кипящей водой, %; С_п, С_в – концентрация веществ в паре и воде, мкг/кг.

Влажность пара  определяется как отношение массы капель влаги, поступающей в насыщенный пар, к расходу пара из барабана. В прямоточном котле капли влаги уносятся с паром в завершающей стадии испарения – режиме влажного пара. Вместе с каплями влаги в пар переходят находящиеся в воде примеси.

Однако ощутимое загрязнение пара примесями за счет поступления с влагой имеет место только в барабанных котлах, где солесодержание котловой воды в десятки раз выше, чем питательной. В прямоточных котлах особенно при СКД, содержание примесей в питательной воде близко к нормам для пара.

Кроме того, водяной пар обладает способностью растворять в себе неорганические соединения, находящиеся в растворенном состоянии в кипящей воде, с которой пар контактирует, что определяется коэффициентом распределения, зависящим от соотношения плотности /.

При низком давлении растворяющая способность пара ничтожна, в связи с чем К_в. По мере повышения давления и увеличения плотности пара растворимость веществ в паре возрастает, и при высоком давлении содержание отдельных веществ в паре становится значительно выше по сравнению с загрязнениями, обусловленными веществ каплями влаги. В этих условиях К_в  k_р.

9.2 Механизм уноса капельной влаги паром

Возможны два пути образования капельной влаги в паровом объеме барабана. При подводе парообразующих труб под уровень воды в барабане пузырьки пара, всплывающие к поверхности раздела фаз вода – пар (называемой зеркалом испарения), поверхностную пленку и образуют при этом много мелких капель.

При вводе пароводяной смеси в барабан выше уровня воды (скорость выхода потока 10-20 м/с) без принятия мер для гашения кинетической энергии струи происходит сильное разбрызгивание поверхностного слоя воды с выбросом в паровой объем большого количества мелких и крупных капель.

В зависимости от кинетической энергии выбрасываемых капель они поднимаются на разную высоту в паровом объеме. Однако при высоте более 70 мм даже наиболее крупные капли не достигают пароотводящих труб и возвращаются на зеркало испарения. Капли малых размеров, попавшие в паровой объем, могут быть подхвачены потоком пара к выходу в пароотводящие трубы, причем с подъемом вверх продольное сечение барабана уменьшается и скорость пара возрастает.

С увеличением нагрузки котла (расхода насыщенного пара из барабана) паром уносятся капли все больших размеров. Решающую роль в этом процессе играют два показателя – удельная нагрузка зеркала испарения:

R_F=D/F_исп,

определяющая интенсивность выброса капель влаги в паровое пространство, и удельная нагрузка парового объема:

R_V=D/V_пар,

характеризующая транспортирующую способность потока пара в отношении капель влаги. В формулах R_F – удельная нагрузка зеркала испарения, кг/(м²_*с); R_V – удельная нагрузка парового объема, кг/(м³_*с); D – расход пара, кг/с; F_исп – площадь зеркала испарения, м²; V_пар – паровой объем барабана, м³.

Удельные нагрузки парового объема и зеркала испарения оказывают сильное влияние на размеры барабана и качество выдаваемого им пара. Чем выше эти нагрузки, тем меньше размеры барабана, тем ниже его стоимость, но одновременно растет вынос влаги с насыщенным паром из барабана. Для заданных размеров барабана влажность пара определяется по формуле

 = ADⁿ.

Коэффициенты А и n зависят от профиля парового объема, давления, концентрата и ионного состава примесей воды. Показатель степени n изменяется с нагрузкой.

При прочих равных условиях влажность пара зависит от давления. Чем выше давление, тем дольше  и тем труднее условия отделения капелек влаги от пара.

Для достижения одинаковой влажности пара в установках высокого давления по сравнению с низким давлением удельные допустимые нагрузки уменьшают.

На влажность пара оказывает влияние высота парового объема, с увеличением которой влажность сначала резко уменьшается, а затем, начиная с некоторого значения (около 700 мм), остается почти постоянной, определяемой способностью пара транспортировать мелкие капли влаги.

Существенное влияние на влажность пара оказывают концентрация и состав растворенных и взвешенных в воде веществ. Чем выше солесодержание воды, тем больше ее поверхностное натяжение, и под уровнем воды образуется слой пены (явление набухания уровня), который уменьшает высоту парового пространства, что ведет к значительному росту влажности пара.

Унесенные насыщенным паром капельки кипящей воды испаряются в пароперегревателе. Растворенные в каплях воды вещества кристаллизуются, при этом часть веществ в виде крупиц уносится потоком пара в турбину, а часть остается на внутренней поверхности труб пароперегревателя в виде отложений (как правило, на начальном этапе перегрева).