Влажность пара

Паровой поток периодически или непрерывно подхватывает пену и уносит ее в виде хлопьев или брызг, получающихся в результате разрушения пены. В отличие от остаточной сепарируемая влага распределена в потоке пара неравномерно и обладает склонностью к образованию водяной пленки, ползущей по внутренним стенкам паропроводов. Содержание сепарируемой влаги в паре по времени имеет весьма неустойчивый характер.

Должно быть также отмечено, что кратковременное увеличение содержания сепарируемой влаги в паре может иметь место и при нагрузках котла ниже критической. Такие явления в практике принято называть «бросками»; они возникают:

    · а) при концентрированном выводе пароводяной эмульсии из экранов в барабаны, где отсутствуют либо неудачно выполнены сепарирующие устройства; · б) при наличии в барабане чрезмерно высокого уровня воды, способствующего бурлению котловой воды с забрасыванием последней в паровой объем барабана; · в) при колебаниях давления;, возникающих вследствие резких изменений нагрузки.

В момент падения давления происходит дополнительное парообразование вследствие перегрева воды. Образующиеся во всей толще котловой воды паровые пузыри устремляются сквозь слои последней к зеркалу испарения, что приводит к сильному волнению уровня и подбрасыванию воды вверх. В случае склонности котловой воды к пенообразованию при этом возникает мощный слой пены, увлекаемой с паром в пароперегреватель. При сбросах давления удельный вес смеси, занимающей водяной объем котла, резко падает, объем ее увеличивается и уровень в котле столь резко повышается, что может привести к броску.

Факторы, вызывающие загрязнение пара, можно разбить на физические, определяемые конструкцией котла, и физико-химические, определяемые качеством котловой воды. К физическим факторам относятся количество пузырей пара и скорость потока пароводяной смеси; они связаны с мгновенным значением производительности котла, средней его нагрузкой и положением уровня воды в барабане.

Физико-химические факторы, способствующие загрязнению пара

К физико-химическим факторам, влияющим на качество пара, в первую очередь относится склонность котловой воды к вспениванию. Установлено, что вспенивание котловой воды резко уменьшает критическую нагрузку котла. Величина критической нагрузки зависит от:

    · а) конструктивных особенностей данного котельного агрегата: места подвода и скорости ввода пароводяной смеси, высоты парового пространства, эффективности сепарационных устройств и т. д.; · б) характера его эксплуатации, а именно: колебаний давления, наличия тепловых и химических перекосов, расхождения уровней воды в многобарабанных котлах и т. д.; · в) склонности котловой воды к пенообразованию.

Улучшение сепарации в котле за счет рационализации конструкции его сепарирующих устройств, оборудования котла устройствами ступенчатого испарения и размыва пены дает возможность поднять величину критической нагрузки. Того же можно достигнуть улучшением качества котловой воды, поддержанием должного уровня воды в барабане и устранением резких колебаний нагрузки.

Для обеспечения надежной работы паросиловой установки необходимо, чтобы рост влажности пара начинался лишь у верхнего предела эксплуатационных нагрузок, т. е. чтобы критическая нагрузка превышала максимально длительную нагрузку котла.

Величина уноса у, характеризующая качество насыщенного пара, выражается отношением

Неоднородность поверхностного слоя и всей толщи котловой воды является следствием следующих факторов. Ввиду более высокой концентрации молекул в жидкости сила притяжения со стороны последней значительно больше силы притяжения со стороны газообразной фазы. Равнодействующая этих двух сил стремится втянуть молекулу с поверхности внутрь жидкости, и для перемещения молекулы в поверхностный слой нужно затратить известную работу.

Улучшение сепарации

Эта работа затрачивается на создание избыточной поверхностной энергии. Имеющийся на поверхности фазы избыток свободной энергии, отнесенный к единице поверхности, называют поверхностным натяжением.

Величина поверхностного натяжения пропорциональна силе, с которой молекулы жидкости, находящиеся на ее поверхности втягиваются внутрь. Вещества, способные понижать поверхностное натяжение и накапливающиеся в поверхностном слое, называются поверхности активными веществами. Вещества же, не обладающие этим свойством и диффундирующие из поверхностного слоя в толщу раствора, называются поверхностен веществами. К числу поверхностно-активных веществ принадлежат органические соединения, а к поверхностно-инактивным – неорганические соединения (соли и основания).

Изменение концентрации раствора ведет к изменению его поверхностного натяжения. Если растворенное вещество понижает поверхностное натяжение раствора, то оно будет стремиться сосредоточиться на поверхности. Если же оно повышает поверхностное натяжение раствора, то происходит обратное явление, а именно вещество диффундирует с поверхности в толщу жидкости. В результате концентрация в поверхностном слое становится больше или меньше, чем в толще жидкости, в зависимости от физико-химических свойств растворенного вещества,

Поверхностный слой котловой воды при этих условиях может образовать своеобразную дисперсную систему – пену, представляющую собой пузырьки пара, оболочка которых состоит из микроскопически тонкой пленки жидкости. Состав жидкой фазы пены благодаря преобладанию в ней поверхностных слоев должен отличаться от состава массы котловой воды.

Влияние пены на химический состав уноса может иметь значение при значительном ее слое. Последний возникает в случае, когда скорость роста пены больше скорости ее разрушения. При этом на поверхности зеркала испарения в единицу времени образуется больше пузырьков пены, чем их лопается сверху, и слой пены возрастает настолько, что может даже заполнить собой паровое пространство и проникнуть в пароперегреватель.