Водный режим работы барабанных котлов

Вода, поступающая для питания котлов, называется питательной.

Вода, подаваемая для восполнения потерь пара или расходов воды в тепловых сетях, называется подпиточной.

Воду, находящуюся в испарительной системе котла, называют котловой.

Под водно-химическим режимом паровых котлов понимают совокупность мероприятий по получению надлежащего качества питательной воды и пара и предотвращению образования в котлах накипи и отложений (мероприятия: организация станционной водоподготовки, организация коррекционных методов поддержания качества котловой воды, организация безнакипного режима работы поверхностей нагрева, борьба с уносом солей паром, вывод примесей воды).

Влияние качества воды на работу котла: наличие примесей в питательной воде приводит к явлениям, существенно усложняющим работу котельного агрегата. В первую очередь следует выделить накипеобразование, загрязнение пароперегревателей и турбин, внутреннюю коррозию в трубах.

Организация безнакипного режима работы котлов

Чистота пара во многом зависит от чистоты питательной воды и уровня солесодержания котловой воды, отсюда чистота пара будет определяться эффективностью вывода примесей из водопарового цикла котлов такими способами, как:

1) продувкой (периодической и непрерывной), от которой зависит солесодержание котловой воды барабанных котлов;

2) ступенчатым испарением, повышающим во много раз эффективность продувки котла;

3) сепарацией пара от капельной влаги механическим путем;

4) промывкой пара питательной водой.

Продувка

С питательной водой в котел поступают растворенные соли, которые при кипении накапливаются в ней. Если С_к.в>С_к.в.^нак → соли Ca и Mg будут образовывать накипь на поверхности экранных труб (↑t_стенки→ разрыв), поэтому необходимо, чтобы всегда имело место неравенство С_к.в.<С_к.в.^нак, что достигается:

1) непрерывной продувкой (постоянный отвод части котловой воды с солями из системы);

2) периодической продувкой через 10–12 ч. из нижних коллекторов экранов отводится шлам.

Процент продувки составляет и определяется из солевого баланса:

D_п.в.·С_п.в. = С_n·D_n + C_пр·D_пр

D_п.в. = D_n + D_пр.

Недостаток продувки: потери теплоты с продувочной водой
(↓∆η_к≈ 0,5%)

Пути снижения Р: 1) ↓С_п.в. (на химводоочистке); 2) Вывод продувочной воды с максимальным солесодержанием.

Ступенчатое испарение

Улучшить качество пара, не увеличивая количества продувочной воды, выводимой за пределы котла, возможно при использовании метода ступенчатого испарения, разработанного и внедренного в 30-х г. профессором
Э. И. Роммом. Метод ступенчатого испарения (см. рисунок 11.1) заключается в том, что водяной объем барабана делится поперечными перегородками на несколько отсеков, к каждому из которых присоединена своя группа контуров циркуляции (ступени испарения).

Вся питательная вода при этом подается в первый отсек, котловая вода из которого поступает в следующий отсек, далее в последующий и т.д.
Эта система разбивки поверхностей нагрева котла по ступеням позволяет повышать объем продувки последующих ступеней по сравнению с предшествующей на величину ее испарительной паропроизводительности.

 

Схема одноступенчатого испарения

Схема двухступенчатого испарения:

1 – первая ступень испарения (чистый отсек);

2 – вторая ступень испарения (солевой отсек).

 

Схема трёхступенчатого испарения:

 

1 – І - ступень испарения (чистый отсек);

2 – ІІ - ступень испарения (солевой отсек);

3 – ІІІ ступень испарения (выносной циклон).

 

Рисунок 11.1 – Схемы ступенчатого испарения

 

Вследствие последовательных внутренних продувок, в водяном объеме агрегата создается «химический перекос», когда количество примесей в котловой воде каждого последующего отсека устанавливается большим, чем в предыдущем. Отвод воды из котла с непрерывной продувкой осуществляется из последнего по ходу воды отсека.

Весь пар отводится из парового пространства первого отсека агрегата. В паровых котлах ступенчатое испарение выполняют чаще всего по схеме двухступенчатого или трехступенчатого испарения.

Достоинства многоступенчатого испарения: повышается экономичность котла, повышается чистота пара.

Сепарация и промывка пара

В насыщенном водяном паре барабанных котлов могут находиться различные примеси: газы N2, NH3, CO2, H2, соли и кислоты минеральных и органических веществ, оксиды металлов. Загрязняющие примеси поступают в основном из питательной воды.

Минеральные примеси могут отлагаться в трубах пароперегревателя, в арматуре трубопроводов и в проточной части турбины в количестве, недопустимом для нормальной работы.

В барабане котла при разделении пароводяной смеси на пар и воду происходит унос капель котловой воды, имеющих высокое солесодержание.
В паре находятся также соли растворенных в нем веществ.

Для улучшения качества насыщенного пара необходимо уменьшить содержание в нем капельной влаги и растворенных в паре веществ.

Причины перехода солей из котловой воды в пар:

1) Унос паром капельной влаги ω = .

2) Растворимость солей в паре: С_n=0,01·(ω+k_p)·С_к.в, мг/кг, где k_р -коэффициент растворимости.

Избирательный унос солей с паром.

Пар и вода имеют одну химическую природу. Поэтому при высоком давлении пар также хорошо растворяет вещества, как и вода. Коэффициент распределения веществ между паром и водой: , где n зависит от природы химического соединения.

Капельный унос обусловлен разрушением пузырей на поверхности слоя в барабане: E_σ + E_{пов. нат.} = Е_{кап .} Крупные капли возвращаются в слой, а мелкие уносятся паром в пароперегреватель и испаряются внутри змеевиков.
Это приводит к отложению растворённых в них веществ с последующим пережогом труб.

 

Факторы, влияющие на капельный унос:

а) Паропроизводительность котла ω =А*Dⁿ*n = f (D).

б) Давление в барабане. ↑ → ↑ .

в) Высота парового пространства.

г) Солесодержание котловой воды: ↑С_к.в↑σ_пузÞ↑δ_плёнки↑h_пеныÞ↓h_п Þ ω↓.

При низких и средних давлениях решающее значение для уменьшения солесодержания пара имеет сепарация (выделение) капельной влаги от пара.
В котлах высокого и сверхкритического давления солесодержание пара также определяется содержанием в паре растворенных примесей.

Меры борьбы с капельным уносом.

1) Гашение энергии струй пароводяной смеси. Достигается:

а) за счёт равномерного распределения подъёмных труб по длине барабана;

б) установкой дырчатых щитов: d_отв = 5÷10 мм.
2) Отделение капельной влаги. Достигается за счёт:

а) гравитационной сепарации ;

б) инерционной сепарации (см. рисунок 11.2): пароприёмные щиты; жалюзийные сепараторы; отбойные щитки; внутрибарабанные циклоны, выносной циклон.

1 - пароотводящие трубы; 2 - опускные трубы; 3 - пароприемный шит;
4 - жалюзийный сепаратор; 5 - отбойный щит; 6 – распределительный дырчатый утопленный щит; 7 - трубы испарительной поверхности нагрева; 8 – внутрибарабанный циклон; 9 - подвод питательной воды; 10 - барботажный щит; а) - при подводе пароводяной смеси под уровень воды в барабане; б) то же, в паровой объем барабана; в) - при установке внутрибарабанных циклонов; г) - промывка пара.

Рисунок 11.2 - Схемы сепарационных устройств в барабане котла

Лекция