Вопрос № 233 Механизм и закономерности образования влаги в насыщенном паре барабанного котла. Удельная нагрузка зеркала испарения и парового объема.

В зависимости от схемы подвода пара в барабан механизм образования капель в паровом объеме имеет различную природу.

При подводе водяных струй под уровень воды в барабане отдельные пузыри пара, всплывая к поверхности раздела фаз образуют двухфазный динамический слой.

При этом пузырек подвержен воздействию двух сил: внутреннему давлению вызывающему разрыв водяной пленки, окружающей пузырек пара и силе поверхностного натяжения этой пленки, тормозящей ее разрыв с образовавшегося купола пленки жидкость стекает и пленка утоняется, образуется отверстие в верхней части купола которое под действием сил поверхностного натяжения расширяется, пленка втягивается в основную массу воды, пузырек пара выходит в паровой объем. В образовавшуюся лунку устремляется вода, которая при встрече дает всплески в виде столбика от которого так же отделяются капельки воды.

При подаче пара выше зеркала испарения капельки в паровом объеме образуются в результате дробления влаги поступающей с паром в барабан из парообразующих труб. Степень дробления зависит от кинетической энергии пароводяной струи. При большой нагрузке, а следовательно большой скорости входа пароводяных струй в барабан большая кинетическая энергия вызывает сильное дроблений влаги о более интенсивный капельный унос.

При малой подъёмной скорости пара с ним увлекаются только капли очень малых размеров. С увеличением расхода пара в унос включаются капельки всё больших размеров. Поэтому чем выше нагрузка, тем больше влажность выдаваемого пара.

Средний расход пара, отнесенный к 1 м² зеркала испарения, называется удельной нагрузкой зеркала испарения:

.

Средняя скорость пара, отнесенная к 1 м³ парового объема, называется удельной нагрузкой парового объема:

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.

Вопрос № 234 Основные преимущества ступенчатой схемы испарения.

Более совершенным является водный ре­жим, организованный по схеме ступенчатого испарения. Барабан делят перегородкой на два отсека (рис. 15.13). К каждому из отсеков присоединяют свою группу контуров циркуляции, не имеющих связи по воде. Лишь отверстие в разделяю­щей барабан перегородке соединяет водяной объем обоих отсеков. Питательную воду по­дают в первый (большой) отсек, продувку осуществляют через второй (малый) отсек. Котловая вода из первого отсека через отвер­стие в перегородке поступает во второй отсек, и уровень воды в нем устанавливается ниже, чем в первом. Весь пар из барабана отводят через первый отсек.

Отсек, где солесодержание воды невелико, называют чистым, а второй, в котором находится вода высокого солесодержания, — солевым отсеком. Отношение (Скв –концентрация примесей в котловой воде) называют кратностью концентрации. Приняв для примера, что 80% всего количества пара образуется из воды с низким солесодержанием, и поэтому основная масса пара получается более высокого качества, чем в схеме одноступенчатого испарения, и лишь 20% пара образуется из такой же воды, как в простой схеме. Следовательно, качество па­ра, полученного при двухступенчатой схеме, оказывается значительно выше, чем при одно­ступенчатой. Перетекание воды из чистого отсека в со­левой является внутренней продувкой чистого отсека. В отличие от внешней внутренняя про­дувка не сопровождается потерей ни теплоты, ни рабочей среды, и поэтому ее значение вы­бирают только из соображения максимально возможного улучшения качества пара. В свою очередь значение этой продувки определяет производительность солевого отсека. В связи с этим возникает вопрос о выборе оптималь­ной производительности солевого отсека, ко­торая устанавливается расчетом.

При внутрибарабанном ступенчатом испа­рении ввиду ограниченности высот водяного и парового объемов разность уровней невелика, и это может вызвать обратные перетоки воды. Увеличение разности за счет повышения уров­ня воды в чистом отсеке связано с уменьше­нием высоты парового объема и, следователь­но, с ростом капельного уноса, а снижение его в солевом отсеке может вызвать нарушение циркуляции.

При использовании выносных циклонов в качестве сепарационного объема и звена, за­мыкающего контур циркуляции солевого от­сека, разность уровней в отсеках может быть выбрана достаточной по условиям предотвра­щения обратного перетока воды. Поэтому схемы с выносными циклонами предпочтитель­ны, особенно при небольшой производительно­сти солевого отсека.

Эффективность ступенчатого испарения возрастает с увеличением числа ступеней ис­парения, однако это нарастание с ростом чис­ла ступеней затухает. Наибольшее распро­странение получили двух- и трехступенчатые схемы. При этом вторая ступень испарения может быть организована либо внутри бара­бана, как показано на рис. 15.13, либо вне его — в выносных циклонах (рис. 15.15). В трехступенчатой схеме обычно первую и вто­рую ступени выполняют в барабане, а третью — в выносном циклоне (рис. 15.16).

В выносных циклонах можно выполнять любой высоты паровой и водяной объемы. Это обеспечивает хорошую осушку пара (за счет большой высоты парового объема) и надеж­ную работу циркуляционных контуров (за счет большой высоты водяного объема), а также предотвращает вынос воды из соле­вого в чистый отсек.

Ступенчатое испарение позволяет повы­сить чистоту пара при заданном качестве пи­тательной воды и данном значении продувки. Оно позволяет также получить удовлетворительную чистоту пара при воде более низкого качества, что упрощает и удешевляет водоподготовку. Ступенчатое испарение позволяет также повысить экономичность паротурбинной установки вследствие уменьшения продувки без заметного снижения качества пара.