книги из ГПНТБ / Субботина, Н. П. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях

сйтельно недавно1 , после Великой Отечественной войны. К настоящему времени еще для многих соединений, встречающихся в виде примесей в контурах ТЭС, отсут­ ствуют экспериментальные данные о растворимости в воде и перегретом паре различных параметров, а так­ же данные о величинах коэффициентов распределения при разных давлениях. Экспериментальные работы, на­ целенные на получение таких данных, являются весьма трудоемкими и дорогостоящими. Разработанный О. И. Мартыновой [Л. 5-2, 5-3] расчетный метод опре­ деления растворимости малолетучих неорганических соединений в Н 2 0 различных параметров позволяет на­ дежно дополнять немногочисленные экспериментальные данные по растворимости веществ в паре, а иногда и воде.

Обобщенное уравнение растворимости, предложенное О. И. Мартыновой (МЭИ), в логарифмической форме записывается следующим образом:

лучены уравнения растворимости для отдельных неор­ ганических соединений. Величины т, АН и В должны быть найдены экспериментально. Поскольку координа­

уравнения растворимости для индивидуальных веществ

1 Первые исследования растворимости некоторых веществ в водя­ ном паре высоких параметров были выполнены в середине прошлого века русскими учеными, работавшими в Петербургском горном ин­ ституте. (Прим. ред.)

140

верхности жидкости возникает кольцевая волна. При взаимодействии отдельных волн образуются всплески, с гребней которых также отделяются брызги.

Второй путь поступления капель в паровое простран­

нические препятствия, расположенные в паровом прост­ ранстве.

Размеры, скорость и направление движения капель влаги в паровом пространстве весьма разнообразны. Капли, обладающие большой кинетической энергией, могут подняться («подпрыгнуть») с зеркала испарения на значительную высоту. Если при этом они достигну! пароотводящих труб, то будут унесены потоком быстро движущегося пара. Если высота подъема таких капель будет меньше и капли не достигнут пароприемиых устройств, то они упадут на зеркало испарения.

Мелкие капли, расходуя значительную часть началь­ ной кинетической энергии на преодоление трения о пар, поднимаются над зеркалом испарения менее высоко, чем более крупные. Будут ли они уноситься потоком пара или выпадут на зеркало испарения, зависит от соотно-

142

капель, диаметр которых меньше 0,1 мм; с увеличением скорости пара эта граница перемещается в область боль-' ших диаметров, и количество «транспортируемых» ка­ пель увеличивается. При ограниченных размерах паро­ вого пространства возрастание скорости пара при рабо­

сепарационных устройств, состава примесей воды. Пока­ затель п является 'постоянным только в определенном интервале изменения нагрузки. Из рис. 5-11, где показа­ на зависимость (5-12) в логарифмических координатах, видны три области постоянных значений п. Для нагру­ зок, при которых влажность изменяется от 0 до 0,03%, величина показателя п меньше 2. Для нагрузок, при ко­

возрастает до 6—10. Обычно влажность пара парогене­ раторов тепловых электростанций составляет 0,01— 0,05%, соответственно характерная область паровых на­ грузок для них находится в конце первого или начале^ второго участка.

143

«подпрыгивающей» и «транспортируемой» влаги. При малых высотах парового пространства до пароотводящих труб долетает много крупных капель, с увеличени­ ем высоты все большая их часть, не достигнув пароотводящих труб, выпадает на зеркало испарения. Количе­ ство мелких капель, транспортируемых паром, при постоянных давлении и нагрузке остается более посто­ янным и с высотой парового пространства изменяется мало. Когда высота парового пространства становится больше высоты подъема наиболее высоко «подпрыгива­

воду, на влажность пара оказывает влияние также со­ став примесей воды. При постоянстве других влияющих факторов, т. е. давления, нагрузки, высоты парового пространства, увеличение концентраций примесей в воде в определенном интервале не сказывается на величине влажности пара. По достижении некоторого предела,

144

з воде в сильно размельченном состоянии, при опреде­ ленных их содержаниях могут образовывать упорядо­ ченные структуры.. Они представляют собой нечто по­ добное сетке, которая способна деформироваться без разрушения. Аналогичные структуры образуются также в присутствии поверхностно-активных органических при­ месей воды.

Итак, когда нет поверхностных слоев с упорядочен­ ной структурой, при выходе парового пузыря в паровое пространство вода с верхней части его оболочки'сбегает вниз без особых затруднений. Однако пар прорывает верхнюю часть оболочки раньше, чем вся она успеет утониться.

Среди образующихся при разрыве пузыря капель получается много капель относительно больших разме­ ров. С повышением концентрации продуктов кор­ розии, когда появляются в поверхностных слоях упоря­ доченные структуры, стекание воды в оболочках паро­ вых пузырей по мере их утонения затрудняется. Время существования каждого пузыря увеличивается. К мо­ менту разрыва пузыря значительная его часть оказыва­ ется покрытой пленкой субмикронной толщины. Такая пленка разрывается сразу в нескольких местах, образуя множество капель малых размеров. Увеличение количе-

ства мелких капель при неизменной нагрузке ведет к возрастанию количества влаги, транспортируемой паром.

Поверхностные слои с упорядоченной структурой препятствуют слиянию отдельных пузырей друг с другом

вания отдельных пузырей на поверхности зеркала испа­ рения получается весьма устойчивый слой пены. В то йремя как верхний слой пены непрерывно разрушается с выходом пара из пузырей в паровое пространство, ниж­

это явление показано на рис. 5-14. Чем больше объем­ ное паросодержание, тем больше набухание уровня, а следовательно, тем меньше действительная высота па­ рового пространства. С уменьшением этой высоты влаж­ ность пара увеличивается.

Очевидно, что физико-химические свойства поверхно­ стных слоев воды, непосредственно контактирующих с паром, связаны с составом, степенью дисперсности и концентрацией примесей в воде. Из-за отсутствия к на­ стоящему времени критериев, определяющих возникно­ вение поверхностных слоев с упорядоченной структурой

146

при разном составе этих примесей, важную для практи­ ки зависимость влажности пара от качества воды для каждого конкретного случая приходится устанавливать экспериментально. Проводя испытания парогенератора при постоянных нагрузке и весовом уровне воды в бара­ бане, выявляют значение общего солесодержания котло­ вой воды, при котором начинается резкое возрастание влажности пара. Это значение общего солесодержания называют к р и т и ч е с к и м . В процессе упаривания кот­ ловой воды одновременно с ростом общего солесодержа­ ния происходит увеличение содержания и продуктов кор­ розии, в том числе гидратированных окислов железа С увеличением давления и нагрузки величина критиче­ ского солесодержания котловой воды уменьшается.

Для обеспечения требуемой чистоты пара необходи­ мо, чтобы парогенераторы работали в области докритических солесодержании котловой воды.

5-4. СЕПАРАЦИЯ ПАРА

Для уменьшения -поступления в пар примесей с ка­ пельным уносом целесообразно добиваться уменьшения влажности насыщенного пара. В парогенераторах бара­ банного типа пар отводится из барабана рядом труб, расположенных по всей его длине у его верхней образу­ ющей.

Такое расположение пароотводящих труб позво­ ляет увеличить высоту парового объема. Пароводяная смесь выбрасывается в барабан через трубы, которые распределены по длине и сечению барабана неравномер­ но; они могут быть выведены как в водяное, так и з- па­ ровое пространство. Все трубы присоединяются таким образом, что выходящие из них пароводяные струи на­ правлены к центру поперечного сечения барабана. Через

ская энергия струй уменьшается, однако не для всех струй одинаково, в результате чего, если не принять специальных мер, на поверхности зеркала испарение будут возникать выбросы, гребни, волны и фонтаны. От их разрушения и столкновения в паровое пространство поступит огромное количество брызг и всплесков.

Так как трубы, подающие пароводяную смесь, при­

в разных его местах. Кроме того, оно переменно во вре­ мени. В связи с этим действительный уровень в б а р б не в различных сечениях получается различным, а зер­ кало испарения представляет собой сложную криволи­ нейную поверхность, изменяющуюся во времени. Выбра­ сываемая в паровой объем влага в этих условиях рас­ пределяется в нем также весьма неравномерно. Там, где паросодержание в водяном объеме меньше и соответст­ венно ниже действительный уровень, больше высота па­ рового пространства и меньше восходящие скорости пара, влаги в паровом объеме меньше. Там, где паросо­ держание в водяном объеме больше, выше дейсгвитедь иый уровень и меньше высота парового пространства, капель и брызг в паровой объем поступает больше Вместе с тем условия для выпадения капель влаги на зеркало испарения здесь менее благоприятно, поскольку скорости местных восходящих потоков пара больше.

Как уже говорилось ранее, потоком пара уносятся капли, скорость витания которых меньше скорости пара. При обратном соотношении этих скоростей силы тяже­ сти преобладают над силами трения, и капли из потока

таким образом, роль осадительного сепаратора. При ьизких параметрах, когда паровые нагрузки барабанов невелики, а различие между плотностями воды и пара значительны, барабаны с этой ролью справлялись удов­ летворительно без применения каких-либо специальных устройств. Рост давления и увеличение нагрузок зер­

Чтобы осадительная сепарация во всем паровом объ­ еме барабана протекала эффективно, необходимо обе­ спечить равномерный выход пара в паровой объем по всей длине и сечению барабана. Это в свою очередь тре­ бует максимального гашения кинетической энергий

148

Струй пароводяной смеси, поступающих в барабан, й отделения из смеси основной массы воды с возвратом ее в циркуляционный контур. Обе эти задачи решаются современными схемами сепарационных устройств.

не. В последнем случае глухим щитом 2 вся пароводяная смесь на­

правляется под уровень воды. В водяном объеме барабана происхо дит гашение кинетической энергии пароводяных струй. Дырчатый щит 3, расположенный ниже наннизшего уровня Сна 50—75 мм)

препятствует подходу отдельных струй к зеркалу испарения и уст­ раняет тем самым их непосредственное воздействие на поверхность граничащую с паровым объемом.

При малой площади живого сечения отверстий (около 10%) дырчатый щит обладает сопротивлением, значительно превышающим

кало испарения, равномерны, действительный уровень пароводяной, смеси над дырчатым щитом также невелик и примерно одинаков по всему сечению. В связи с указанными обстоятельства-ми, а также из-за меньших концентраций примесей в слое воды над щитом

тельно меньшим, а действительная высота парового пространства соответственно большей. Все это способствует улучшению осадительной сепарации в паровом объеме.

Из-за неравномерного размещения пароотводяших труб пути потоков пара с разных участков зеркала испарения до мест выхода

на-