Особенности отложения примеси в прямоточном котле докритического давления

Особенностью отложения примеси в прямоточном котле докритического давления является полное упаривание воды в испарительных поверхностях нагрева и, соответственно, повышение концентрации примеси в жидкой фазе.

Представим прямоточный котел ДКД в виде трубы, на вход которой подается питательная вода, а на выходе — перегретый пар (рис. 1.13). По ходу рабочей среды имеются экономайзерный (эк), испарительный (исп) и перегревательный (пе) участки.

Рис. 1.13. Принципиальная схема прямоточного котла докритического давления

На испарительном участке происходит испарение воды, при этом часть примеси переходит в паровую фазу, а основное количество примеси остается в жидкой фазе двухфазного потока.

Напишем баланс примеси в пароводяной смеси.

(1.24).

где — концентрация примеси в жидкой и паровой фазах;

— массовое паросодержание.

Преобразуем формулу (1.24):

(1.25).

где — коэффициент распределения примеси.

Из (1.25) определим относительное изменение концентрации примеси в жидкой фазе:

(1.26).

Для паровой фазы аналогично:

(1.27).

Для сильных электролитов, тогда.

(1.28).

В этом случае при концентрация бесконечно растет (рис. 1.14).

У слабых электролитов составляет сотые и десятые доли, что существенно снижает концентрацию примеси в жидкой фазе и увеличивает в паровой (рис. 1.14). При, вся примесь из воды, в принципе может перейти в пар. Это условие отвечает критическому давлению.

Из рис. 1.14 видно, что даже при концентрация примеси в жидкой фазе при в 5 раз больше концентрации в питательной воде.

Рис. 1.14. Зависимость относительного увеличения концентрации примеси в жидкой фазе от массового паросодержания.

Растворимость примеси в пароводяной смеси уменьшается от растворимости в воде на линии насыщения до растворимости в паре :

(1.29).

На рис. 1.15 показано изменение растворимости по длине обогреваемой трубы. Возьмем концентрацию примеси в питательной воде меньше, чем минимум растворимости в паре (если больше — рассуждаем аналогично). По мере испарения воды увеличивается и в каком-то сечении будет, т. е. начнется отложение примеси на стенке трубы. Отложение примеси будет происходить до сечения, где находится .

На рис. 1.15 показаны две кривые для. Для кривой 1 диапазон отложений мал, но величина их большая (рис. 1.15, б).

У второй кривой диапазон отложений больше, а максимальная величина меньше. Характер отложений зависит от давления, концентрации примеси, коэффициента распределения и других факторов.

При малых тепловых нагрузках (паровые котлы малой мощности на низкое давление), когда кризис кипения происходит при больших значениях, характер отложений аналогичен кривым 1 на рис. 1.15.

В этом случае имеет смысл зону интенсивных отложений вынести из топки в конвективную шахту, где тепловой поток ниже в несколько раз.

Такую поверхность нагрева называют переходной зоной.

В ней происходит доиспарение воды и частичный перегрев пара.

Назначение переходной зоны состоит в накапливании отложений на внутренней поверхности труб до величин, предельно допустимых для температурного режима труб. В переходной зоне на единицу поверхности можно допустить отложений больше во столько раз, во сколько в ней меньше тепловой поток (по сравнению с топочными экранами, при одинаковых марках стали) (индексы: кш — конвективная шахта, т — топка):

; ;

; .

При высоких тепловых потоках и высоком давлении среды диапазон отложений сильно расширяется и организовать переходную зону практически не удается. К тому же основная масса примеси выпадает на стенку в зоне кризиса теплопередачи 2-го рода, т. е. при относительно низких значениях массового паросодержания.