СТУПЕНЧАТОЕ ИСПАРЕНИЕ

В третьей области показатель степени равен 8 - 10, а влажность отпускаемого пара более 0,2 %. В этой области процесс носит кризисный характер и действительный уровень воды в барабане приближается к пароотборным трубам.

Точка перехода из 2-й области в 3-ю называется критической и работа сепарационных устройств в этой области недопустима. Работа котла в 3-й области сильно зависит от нагрузки, при этом влажность отпускаемого пара составляет 0,2 - 1,0 % и более. Ленточные солемеры показывают резкое увеличение солесодержания пара (броски).

С паровой нагрузкой котла D связаны следующие характеристики сепарационных устройств:

массовая нагрузка зеркала испарения

осевая подъемная скорость пара

удельная паровая безразмерная нагрузка k [9[

где F_з.и. - площадь зеркала испарения (или площадь пароприемного потолка).

Следующий параметр, который существенно влияет на величину влажности пара, а значит и на величину критических нагрузок, это высота активного сепарационного объема. Связь между влажностью пара, паропроизводительностью и высотой парового объема h_п можно представить следующей формулой [5]

(4)

где М- размерный коэффициент, определяемый физическими свойствами воды и пара.

Как видно из этой формулы, существует обратно пропорциональная зависимость между влажностью пара и высотой парового объема. Экспериментально было показано, что при увеличении высоты парового объема более 1000 мм, влажность пара уже практически мало зависит от дальнейшего ее увеличения [4] - [7].

На работу сепарационных устройств котлов существенное влияние оказывает солесодержание котловой воды (S_KB). Проявляется это следующим образом. При работе котла при постоянной паропроизводительности при увеличении солесодержания котловой воды происходит очень плавное увеличение солесодержания пара, при достижении определенного значения солесодержания котловой воды происходит резкое увеличение влажности пара котла (солесодержания), регистрирующие солемеры отмечают резкое увеличение солесодержания пара (бросок). Объяснить это можно следующим образом: по мере увеличения концентрации веществ в котловой воде и прежде всего коллоидных частиц оксидов железа, шлама и др. веществ, поверхностный слой приобретает структурную вязкость. Длительность существования паровых пузырей до их разрушения увеличивается (набухание), пленки паровых пузырей успевают утониться и при разрыве их образуется большое количество мелких капель (трудно сепарируемых), вода приобретает способность к вспениванию. Значение солесодержания котловой воды, при котором происходит резкое увеличение влажности пара, называется критическим (). Величина критического солесодержания зависит от давления пара в котле, конструкции сепарационных устройств, солевого состава воды («букета»), паровой нагрузки сепарационных устройств и т.д. Наиболее точно критическое солесодержание котловой воды можно определить только на основании теплохимических испытаний конкретного котла. Ориентировочно для котлов низкого давления величина критического солесодержания составляет около 3000 мг/кг, для котлов среднего давления - 1300 - 1500 мг/кг, а для котлов высокого давления - 300 - 500 мг/кг.

Одним из вариантов приспособления работы котлов на воде закритического солесодержания при умеренных значениях непрерывной продувки является применение ступенчатого испарения котловой воды. Его сущность состоит в том, что водяной объем барабана и парообразующие циркуляционные контуры разбиваются на два или три независимых отсека с подачей всей питательной воды только в 1-й отсек и отводом воды в продувку из последнего отсека. При такой схеме питания резко возрастает «внутренняя» продувка первого (чистого) отсека, которая будет равна (n_п + Р) % (при выполнении котла, например по двухступенчатой схеме испарения), а увеличение продувки будет составлять в  раза, по сравнению с котлом без ступенчатого испарения. В связи с этим концентрация солей в котловой воде 1-й ступени резко уменьшается и соответственно улучшается качество пара. Для 2-й ступени испарения концентрация солей продувочной воды будет практически такой же, как и у котла без ступенчатого испарения (при одинаковых значениях непрерывных продувок Р = const для обеих схем). Если принять, что коэффициенты выноса (или влажность пара) до и после перевода котла на ступенчатое испарение были одинаковыми, то качество пара (солесодержание) котла при переводе на ступенчатое испарение будет выше, чем у котла с одноступенчатой схемой испарения. Если же качество пара (солесодержание) котла со ступенчатым испарением принять одинаковым, как и у котла без ступеней испарения, то тогда котел со ступенчатым испарением будет работать с меньшей величиной непрерывной продувки (чем котел без ступеней испарения). В отечественном котлостроении в качестве сепараторов пара последних ступеней испарения применяют, как правило, выносные циклоны. Выносные циклоны - это устройства, которые лучше всего приспособлены для работы на воде повышенного солесодержания. (За счет развития соответствующей паровой высоты и использования центробежных сил для подавления вспенивания).

В котлах высокого давления наряду с капельным уносом имеет место значительный избирательный унос различных солей и прежде всего кремнекислоты (SiO₂), за счет непосредственного физико-химического растворения солей в паре. Избирательный вынос кремнекислоты (при рН = 9,0 - 12,0) для котлов с давлением 115 кгс/см² составляет 2,0 - 1,0 %, а для котлов с давлением 155 кгс/см² - 4,0 - 2,5 % [9].

Для снижения кремнесодержания в паре котлов высокого давления в сепарационной схеме предусматривается паропромывочное устройство. Наличие этого устройства приводит к некоторым особенностям работы всей сепарационной схемы котлов высокого давления, по сравнению с котлами среднего давления.

В котлах высокого давления эффективность паропромывочного устройства характеризуется коэффициентом промывки

                                                          (5)

где SiO_2н.п. - кремнесодержание пара на выходе из барабана;

SiO_2н.п. - кремнесодержание питательной воды.

Коэффициент уноса с паропромывочного устройства К_промопределяется по формуле

                                                          (6)

где SiO_2пром - кремнесодержание воды на паропромывочном устройстве.

Для котлов высокого давления по данным испытаний К_пром составляет 8 - 10 %.

Кремнесодержание промывочной воды определяется по формуле

                                                (7)

где SiO_2сл - кремнесодержание воды на сливе с паропромывочного устройства.

Степень очистки пара на паропромывочном устройстве определяется по формуле

                                                            (8)

где SiO_{2н.п.(до)} - кремнесодержание насыщенного пара до паропромывочного устройства.

Кремнесодержание пара до паропромывочного устройства определяется из следующей формулы

SiO_{2н.п.(до)} = К · SiO_2к.в,                                                    (9)

где SiO_2к.в. - кремнесодержание котловой воды;

К - коэффициент уноса кремниевой кислоты из котловой воды в пар до промывки.

Из приведенных формул следует, что кремнесодержание пара после промывки (пар котла SiO_2н.п.) зависит как от кремнесодержания питательной воды, так и от кремнесодержания пара до промывки.

В конечном итоге чем ниже будет кремнесодержание промывочной воды (SiO_2пром), тем чище будет пар котла. Концентрация кремнекислоты в промывочном слое зависит, как от качества питательной воды, так и от количества кремнекислоты, поступающей из парового объема до промывки. При неналаженной работе сепарационных устройств до промывки, наряду с избирательным уносом [формула (9)] возможен вынос значительного количества капель котловой воды, где кремнесодержание в 5 - 8 раз выше, чем в питательной воде. Попадание капель котловой воды на промывку (капельный унос) приводит к увеличению кремнесодержания промывочной воды и, как следует из формулы (6), приводит к увеличению кремнесодержания пара котла.

Качество пара котла зависит от следующих основных факторов:

Источник: СО 34.26.729: Рекомендации по наладке внутрикотловых сепарационных устройств барабанных котлов