УДК 629.12.061:628.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВЛИЯНИЯ СОЛЕСОДЕРЖАНИЯ ИСПАРЯЕМОЙ ВОДЫ

НА ВЛАЖНОСТЬ ПАРА ПРИ БАРБОТАЖНОМ КИПЕНИИ

Приводятся описание конструкции экспериментального стенда и методики проведения исследований зависимости влажности пара на входе в жалюзийный сепаратор и на выходе из него от солесодержания испаряемой воды при постоянном физическом уровне в барботажном испарителе. Выполнен анализ полученных экспериментальных данных.

опреснительная установка, паровой котёл, влажность пара, жалюзийный сепаратор, капельный унос, солесодержание, погруженный дырчатый лист, барботаж, действительный уровень воды

В судовых и стационарных опреснительных установках, а также в испарителях ТЭС первичное отделение крупнодисперсной влаги, уносимой с «зеркала испарения» вторичным паром, происходит в паровом пространстве над барботажным слоем. Окончательная, тонкая очистка пара осуществляется обычно в жалюзийных сепараторах. Гидродинамические процессы, протекающие при очистке пара в барботажных аппаратах, применяемых в энергетике и химической промышленности (парогенераторы АЭС, паровые котлы, выпарные аппараты), оказывают влияние на металлоемкость, а также надежность и экономичность их работы. Поэтому при проектировании этих аппаратов необходимо располагать данными об эффективности паросепарационных устройств на различных режимах работы [1-2].

Одним из режимных параметров, влияющих на эффективность паросепарационного устройства, является солесодержание испаряемого концентрата Sp. Действие его на влажность пара на входе в сепаратор и выходе из него до конца еще не изучено. Большинство исследований зависимости , где - конечная влажность пара на выходе из жалюзийного сепаратора, проводилось при поддержании постоянного весового уровня над погруженным дырчатым листом (ПДЛ) или греющей секцией испарителя hвес.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Этот параметр относится к режимным при эксплуатации барботажных аппаратов, работающих под избыточным давлением пара. Однако при обслуживании судовых опреснителей механик обычно следит не за весовым, а за действительным уровнем испаряемого рассола в камере испарения hдейст.

Следовательно, представляет интерес проведение исследований зависимости при постоянном hдейст. Исследования проводились на экспериментальном стенде, который включал в себя барботажный испаритель с электрообогревом сечением 230230 мм, которое на расстоянии 0,25 м от «зеркала испарения» сужалось до сечения 100100 мм.

Для исключения влияния неравномерного распределения пара, выходящего из барботажного слоя, на величину капельного уноса эксперименты проводились с погруженными дырчатыми листами (ПДЛ), которые устанавливались в испарителе. «Живое сечение» дырчатых листов менялось в зависимости от паропроизводительности испарителя и выбиралось из условия обеспечения устойчивого существования паровой подушки под листом W² ³ W²расч , где W² - средняя скорость пара в отверстиях ПДЛ. Величина W²расч рассчитывалась по минимально допустимой скорости пара в отверстиях погруженного дырчатого листа с учетом отклонения плоскости листа от горизонтали [3]:

W²расч » 2×W²min ,

где величина W²min определялась из выражения [3]

. (1)

На стендах применялись ПДЛ с радиусом отверстий R1 = 0,0025 м. «Живое сечение» погруженного дырчатого листа Fотв в зависимости от производительности установки определялось из формулы

. (2)

Степень перфорации ПДЛ, рассчитываемая по формуле

, (3)

где Fл - площадь всего ПДЛ, м2, изменялась в зависимости от приведенной скорости пара в испарителе W²o в диапазоне (0,7 - 5,56) %.

Высота действительного уровня воды над ПДЛ - hдейст выбиралась из условия: hдейст > hкрдейст, где hкрдейст - высота действительного уровня над ПДЛ, при которой происходит разрушение барботажного слоя, определяемая по формуле [3]:

. (4)

В формуле (4) высота весового уровня над ПДЛ, при которой происходит разрушение барботажного слоя, определялась по выражению [3]

. (5)

Высота переходной зоны барботажного слоя hпз в формуле (5) определялась из уравнения [4]

, (6)

где - скорость вторичного пара, приведенная к «зеркалу испарения», м/с; σ – коэффициент поверхностного натяжения воды, Н/м; а r¢ и r² - плотности испаряемой воды и пара, кг/м3. Расстояние от «зеркала испарения» до ПДЛ в опытах при атмосферном давлении и при абсолютном давлении Р = 0,0199 МПа в камере испарения составляло: hдейст= 230 мм и hдейст= 180 мм соответственно, что больше величины hкрдейст, при которой происходит разрушение барботажного слоя.

Весовой уровень над погруженным дырчатым листом, измеряемый по водоуказательному стеклу, во всех исследованиях был больше величины hкрвес , значения которой определялись для пресной и соленой воды по формулам , и изменялся в пределах hвес= (90 ¸ 200) мм при Р = 0,101 МПа и hвес= (70 ¸ 100) мм при Р = 0,0199 МПа соответственно. Объемное паросодержание барботажного слоя над ПДЛ j в формулах (4) и (5) находилось по зависимостям [4]:

для пресной воды , (7)

для соленой воды . (8)

Экспериментальный участок представлял собой поворот на 90о, который устанавливался на высоте 0,45 м от «зеркала испарения», и камеру, где размещался исследуемый вертикальный жалюзийный сепаратор сечением 100100 мм. Высота парового объема перед сепаратором составляла 0,65 м. Пар, вырабатываемый испарителем, проходил поворот, сепарационную камеру и конденсировался в змеевиковом теплообменнике.

Рис. 1. Влажность пара в экспериментальном стенде в зависимости от солесодержания испаряемой воды на различных расстояниях от «зеркала испарения»

при Р = 0,101 МПа, = 0,16 м/с, = 1,4 %:

- wи, Нпо = 0,25 м; - wп, Нпо = 0,45 м; - wс; Нпо = 0,65 м

Fig. 1. Steam dump in the experimental barbotage evaporator depending on saltiness evaporated water on various distances from physical «water level»

at P=0,101 MПa, = 0,16 м/с, = 1,4 %:

- wи, Нпо = 0,25 м; - wп, Нпо = 0,45 м; - wс; Нпо = 0,65 м

Конструкция стенда позволяла определять влажность пара на выходе испарителя wи, на входе в поворот перед вертикальным сепаратором wп, на входе в вертикальный сепаратор wс и на выходе из сепаратора – в конденсаторе wк по солевой методике через коэффициент уноса иона натрия и количество влаги, оседающей на стенках стенда и улавливаемой в сборниках-ловушках. Анализ солености проб, отбираемых из ловушек испарителя, поворота, сепарационной камеры, а также дистиллята и испаряемой воды производился на пламенном фотометре.

Исследования проводились при абсолютном давлении 0,101 и 0,0199 МПа и постоянном действительном уровне воды в испарителе, который контролировался по иллюминатору. Изменение солесодержания испаряемой воды в интервале Sp= (103 ¸ 105) мг/л производилось путем добавления NaCl в дистиллят.

Рис. 2. Влажность пара в экспериментальном стенде в зависимости от

солесодержания испаряемой воды на различных расстояниях от «зеркала испарения»

при Р = 0,0119 МПа, = 1,6 м/с, = 5,7 %:

- wи, Нпо = 0,25 м; - wп, Нпо = 0,45 м; - wс; Нпо = 0,65 м

Fig. 2. Steam dump in the experimental barbotage evaporator depending on saltiness evaporated water on various distances from physical «water level»:

at Р = 0,0119 МПа, = 1,6 м/с, = 5,7 %:

- wи, Нпо = 0,25 м; - wп, Нпо = 0,45 м; - wс; Нпо = 0,65 м

Подробное описание конструкции стенда, методики измерения влажности пара и определения эффективности исследуемого сепаратора приводится в [5]. На рис. 1, 2 представлены экспериментальные данные влажности пара в опытном стенде без сепаратора в зависимости от солености испаряемой воды при 0,16 м/с и Р = 0,101 МПа, = 1,4 %, а также при Р = 0,0119 МПа, = 1,6 м/с, = 5,7 %. Замеры влажности производились на разной высоте парового объема от «зеркала испарения». Как следует из рис. 1, 2, величина Sp в диапазоне (103 ¸ 105) мг/л NaCl не влияла на унос влаги.

Рис. 3. Влажность пара до и после вертикального жалюзийного сепаратора

в зависимости от солесодержания рассола

при Р = 0,0199 МПа, = 1,6 м/с, = 15,8 м/с, jотв= 5,7 %:

- wс, Нпо = 0,65 м; - wк

Fig. 3. Steam dump before and after vertical zigzag plates separator depending on saltiness evaporated water

at Р = 0,0199 МПа, = 1,6 м/с, = 15,8 м/с, jотв= 5,7 %:

- wс, Нпо = 0,65 м; - wк

Полученные результаты можно объяснить следующим. Поддержание действительного уровня в испарителе исключает уменьшение высоты парового объема вследствие набухания барботажного слоя, которое наблюдалось в работах [3] при Sp= (2·103 ¸ 104) мг/л NaCl, где во время проведения всех экспериментов поддерживался постоянным весовой уровень по водоуказательной колонке, а не действительный по иллюминатору.

Конструкция стенда позволяла эффективно отделять крупные капли от вторичного пара на потолке испарителя, где на высоте 0,25 м сечение камеры испарения сужалось от 230230 до 100100 мм. Таким образом, в паровой объем выбрасывались только мелкие капли, механизм генерации которых не зависит от солености рассола.

Такие же результаты были получены в экспериментах при 0,32 м/с и Р = 0,101 МПа, а также при 2,5 м/с и Р = 0,0123 МПа. На рис. 3 приведены экспериментальные данные по влиянию солесодержания испаряемой воды на влажность пара на выходе из вертикального жалюзийного сепаратора wк при постоянном действительном уровне концентрата в испарителе.

Сепараторы аналогичной конструкции применяются для очистки вторичного пара на судовых опреснителях 6А-25 ОМЧ, 6МП-60. Скорость пара в сепараторе составляла = 15,8 м/с.

Из рис. 3 видно, что в исследуемом диапазоне Sp= (103 ¸ 105) мг/л NaCl влажность пара на выходе из жалюзийного сепаратора wк не зависит от солесодержания концентрата, что, очевидно, можно объяснить постоянными значениями влажности wс на входе в сепаратор.

Аналогичные результаты были получены в экспериментах при 0,16 м/с и Р = 0,101 МПа, при 0,32 м/с и Р = 0,101 МПа, а также при 2,5 м/с и Р = 0,0123 МПа.

ВЫВОД

При барботажном процессе испарения влажность вторичного пара перед жалюзийным сепаратором и на выходе из него не зависит от солесодержания испаряемой воды в диапазоне Sp= (103 ¸ 105) мг/л NaCl, если её действительный уровень в камере испарения остается постоянным.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛитературНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. , Бускунов установки тепловых электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-272 с.

2. , , Очков в энергетике. - М.: Энергоатомиздат, 2003.-309 с.

3. , , Стюшин и теплообмен при парообразовании. - М.: Высшая школа, 1986.-448 с.

4. Тихонов исследование уноса и сепарации капель в вакуумных опреснителях: автореф. дисс... канд. техн. наук: 05.14.01 – Общая энергетика / . - М., 197с.

5. Филонов режимных и конструктивных параметров сепараторов судовых опреснителей на эффективность процессов тонкой очистки пара: автореф. дисс... канд. техн. наук: 05.08.05 – Судовые энергетические установки и их элементы / . - Калининград., 200с.

EXPERIMENTAL RESEARCH influence evaporated water

saltiness on steam dump at barbotage boiling

A. G. Filonov

In paper the description of a design of the experimental stand and a technique of liquid entrainment of experimental researches of dependence of steam dump on an input in zigzag plates separator and after it from saltiness evaporated water are resulted at a constant physical level in barbotage evaporator. The analysis of the received experimental data is lead.

desalination installation, steam boiler, steam dump, zigzag - plates separator, liquid entrainment, water saltiness, barbotage boiling, water physical level