Механизм и закономерности капельного уноса

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 (рис. а,б), образуют двухфазный динамический слой. При этом пузырек пара подвержен воздействию двух сил: внутреннему давлению, вызывающему разрыв водяной пленки, окружающей пузырек пара, и силе поверхностного натяжения этой пленки, тормозящей ее разрыв.

В чистой воде с образовавшегося купола пленки жидкость стекает, и пленка утоняется (рис. в). 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, а с образующейся при этом кольцевой волны отрываются капельки воды, выбрасываемые в паровой объем (рис. г). В образовавшуюся лунку устремляется вода, которая при встрече дает всплески в виде столбика, от которого также отделяются капельки воды (рис. д).

При барботаже пара через слой маломинерализованной воды пленки, окутывающей пузырьки пара перед их выходом в паровой объем, имеют резко различную толщину, и потому они образуют капельки влаги также различных размеров.

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 пароводяных струй. При большой нагрузке, а следовательно, большой скорости входа пароводяных струй в барабан большая кинетическая энергия вызывает сильное дробление влаги и более интенсивный капельный унос. В паровом объеме устанавливается динамическое равновесие между поступающими и оседающими каплями. Наибольшая их концентрация оказывается у поверхности раздела фаз, она падает по мере удаления от этой поверхности. Наиболее крупные капли выбрасываются на высоту до 600-700 мм.

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

Влажность пара определяется нагрузкой D:

.

Значения А и n зависят от конструкции парового объема аппарата, давления, концентрации и ионного состава примесей воды. Показатель степени n резко изменяется с нагрузкой. Зависимость влажности пара от нагрузки в логарифмических координатах аппроксимируется ломаными прямыми участками, которые выражаются степенными функциями. Таких участков три. Для нагрузок, характеризующихся очень малой влажностью пара , , для нагрузок, при которых , и для больших нагрузок, когда , .

Для ТЭС характерна работа барабанных котлов в начале второго участка с . Скорость пара пропорциональна его расходу D. Средний расход пара, отнесенный к 1 зеркала испарения, называется удельной нагрузкой зеркала испарения.

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

Высота парового объема оказывается существенное влияние на влажность выдаваемого пара. Чем меньше высота парового объема, тем при больше крупных капель достигает области высоких скоростей пара у пароотводящих труб, и потому влажность пара выше. С увеличением высоты парового объема уменьшается число крупных капель, попадающих в пароотводящие трубы и уносимых паром, и потому влажность пара уменьшается. Начиная с некоторого значения высоты (~ 0.8 м), которую не достигают даже самые дальнобойные крупные капли, обладающие наибольшей кинетической энергией, дальнейшее увеличение высоты парового объема уже практически не приводит к снижению влажности пара. В этих условиях в уносе содержатся только капли малых размеров, для которых подъемная скорость пара при больше скорости витания капли . Эти капли будут транспортироваться потоком пара независимо от высоты парового объема.

Под скоростью витания понимают относительную скорость капли, при которой возникающая при ее обтекании паром сила сопротивления уравновешивает вес капли. Для этих условий можно записать:

откуда:

,

где - диаметр капли; - коэффициент сопротивления.

С повышением давления увеличивается плотность пара, при этом возрастает сопротивление паровой среды подъему капель. С другой стороны, уменьшение разности плотностей воды и пара усиливает транспортирующую способность пара. Последняя усиливается еще потому, что с ростом давления меньше становится поверхностное натяжение, благодаря чему размер выносимых в паровой объем капель жидкости также уменьшается. В целом влияние транспортирующей способности пара с ростом давления преобладает над сопротивлением, оказываемым движению капель более плотным паром, и потому рост давления приводит к более высокой влажности.

Выше рассматривались закономерности капельного уноса для чистой или слабоминерализованной воды. Эти закономерности имеют место в сравнительно широком диапазоне изменения концентраций. В этом диапазоне при постоянстве других условий влажность пара постоянна.

Начиная с некоторой концентрации, характерной для данного растворенного в воде вещества, размеры пузырьков пара в воде уменьшаются, и, следовательно, снижается скорость их всплытия, увеличивается . Итогом такого процесса являются набухание уровня, выброс в паровой объем большого количества капелек воды высокой концентрации и резкое ухудшение качества пара

Концентрация веществ в воде, при которой наступает резкое набухание уовня и увеличение уноса влаги, называется критической.

Дата добавления: 2014-01-11