Поведение примесей пара в котельном агрегате и турбине
Насыщенный пар среднего давления на выходе из барабана котла содержит летучие примеси: кислород, азот, углекислоту, аммиак и капельки котловой воды. В насыщенном паре высокого давления содержится также растворенная кремнекислота, а при сверхвысоком давлении заметных величин достигает, кроме того, и содержание растворенных гидроокиси натрия и хлористого натрия. Кислород, азот и аммиак проходят с паром перегреватель и турбину, не принимая участия в образовании солевых отложений в них. Углекислый газ реагирует с гидроокисью натрия, образуя карбонат натрия.
Капельки котловой воды содержат растворенные и взвешенные твердые вещества. Во взвешенном состоянии в них могут находиться частички шлама, и продукты коррозии стали (в основном — окислы железа). В пароперегревателе температура пара повышается. Так как концентрации веществ, растворенных в котловой воде, очень далеки от насыщения, то по мере роста температуры пара, капли влаги испаряются, и концентрации веществ в них увеличиваются. Когда концентрация каких-либо веществ в капельках достигает состояния насыщения, то они начинают выпадать из раствора в виде твердой фазы. Температура, при которой начинается выпадение из раствора твердой фазы вещества, зависит от свойств данного вещества и свойств и концентраций присутствующих в данном растворе других веществ. Так как в каплях влаги, уносимых насыщенным паром, в зависимости от состава котловых вод примеси содержатся в самых различных соотношениях, то температуры, при которых начинается выпадение твердых фаз, и порядок выпадения их определить однозначно не представляется возможным.
Выпадение твердой фазы веществ происходит главным образом на поверхностях нагрева пароперегревателя котельного агрегата и в небольшом количестве в потоке пара. Поэтому наряду с образованием солевых отложений некоторая часть твердых примесей в виде сухой взвеси может остаться в паре и уноситься в турбину. Этому в значительной мере способствует поведение гидроокиси натрия, содержащейся в капельках котловой воды. При упаривании капель влаги в паре образуются жидкие капельки расплавленного едкого натра, к которым могут прилипать твердые частицы взвешенных в потоке примесей. Кроме того, взаимодействуя с углекислым газом, находящимся в паре, NaOH переходит в карбонат натрия №2СОз. Таким образом, на поверхностях нагрева пароперегревателя котла и в проточной части турбины отлагаются карбонат натрия или сложные соединения гидроокиси натрия с другими веществами.
При средних параметрах почти все нелетучие примеси насыщенного пара барабанных котлов осаждаются в пароперегревателе (90—95%). При высоких и сверхвысоких давлениях вследствие растворимости веществ в паре роль пароперегревателей как «ловушек» солей резко снижается. При упаривании капелек котловой воды, механически увлеченных насыщенным паром высокого давления в перегреватель, концентрация растворенных веществ в них будет повышаться, что приведет к усиленному переходу этих веществ в пар за счет растворимости. Если содержание данного соединения в насыщенном паре (включая капли) меньше величины, которая соответствует равновесию пара с насыщенным водным раствором, то при упаривании капель концентрация этого соединения в них не дойдет до насыщения. В этом случае данное вещество полностью переходит в пар, не образуя отложений. Если же средняя концентрация данного соединения в насыщенном паре (включая капельки) выше указанного предела, то при упаривании капель концентрация в них дойдет до насыщения и остаток вещества выпадет из водного раствора в твердом виде. Поэтому количество отложений будет тем меньше, чем выше растворяющая способность пара (т. е. его давление) и чем меньше степень загрязненности пара, поступающего в перегреватель. При этом в солевых отложениях пароперегревателей остаются преимущественно плохо растворимые вещества в паре (например, сернокислый натрий, соединения кальция и магния).
Аналогичным является поведение примесей питательной воды в прямоточных котлах. При среднем давлении большая часть нелетучих примесей ее осаждается в переходной зоне. С ростом давления количество растворенных веществ в паре увеличивается. При этом на поверхности нагрева котла отлагается лишь избыточное количество вещества, находящееся в питательной воде. Для примера может быть представлено распределение содержащегося в питательной воде хлористого натрия между паром и отложениями в прямоточном котле. Так как при постоянных параметрах пара прямоточного котельного агрегата содержание в паре растворенного хлористого натрия является величиной постоянной, то при повышении содержания его в питательной воде количество отложений увеличивается. При повышении давления доля солей, отлагающихся в котле, уменьшается. При близких к критическому и закритических давлениях и обычных концентрациях соединений натрия в питательной воде последние почти полностью переходят в пар. Содержащиеся в питательной воде соли жесткости, и окислы железа растворяются в паре очень слабо. Исключением является, по-видимому, только хлорид кальция, заметно растворимый в паре.
