Гидродинамика барботажных устройств деаэраторов

При распределении пара в жидкости структура двухфазного слоя определяется приведенной скоростью пара, т. е. скоростью пара, отнесенной к полному сечению барботажного листа. В зависимости от величины этой скорости на барботажных тарелках имеют место различные гидродинамические режимы.

При малых приведенных скоростях пара, не превышающих скорости свободного подъема пузырьков пара в воде 0,1 — 0,4 м/сек при атмосферном давлении, имеет место барботажный, пузырьковый режим. В тонком слое жидкости, непосредственно примыкающем к барботажному листу, происходит резкое гашение большой скорости пара, имеющей место в отверстиях листа. Паровая струя из-за сопротивления жидкости дробится на значительное количество пузырьков, свободно всплывающих в воде под действием архимедовой силы. Над барботажным листом образуется зона барботажа, в которой сосредоточен основной поток жидкости. Над зоной барботажа находится зона малоподвижной пены, образующейся в результате того, что энергия всплывающих паровых пузырьков недостаточна для преодоления поверхностного натяжения пленки жидкости. Над слоем пены находится зона брызг, образующаяся в результате разрушения оболочек паровых пузырей, выходящих на поверхность. При малых приведенных скоростях пара в зоне пены и в зоне брызг находится незначительная часть жидкости.

Дальнейшее повышение скорости пара приводит к увеличению высоты пены за счет уменьшения барботажной зоны. При скоростях пара, превышающих массовую скорость свободного всплывания пузырьков (0,5-1,0 м/сек), последние не могут обеспечить отвод всего поступающего через лист пара, в результате чего происходит накопление пузырьков в толще жидкости и рост слоя пены. Наступает так называемый пенный режим. Зона брызг по-прежнему не содержит значительного количеств жидкости, вся жидкость в этом случае заключена в зоне пены.

Увеличение скорости пара более 1-1,3 м/сек вызывает изменение структуры пены, малоподвижная ячеистая пена разрушается и превращается в взвешенный, сильно турбулизированный слой подвижной пены.

При значительных приведенных скоростях пара (более 3-5 м/сек) наблюдается так называемый инжекционный режим, при котором пар, выходящий из отверстий тарелки захватывает всю жидкость, дробит ее и уносит в виде брызг. Этот режим захлебывания тарелки является предельным.

Таким образом, наиболее устойчивым и эффективным является пенный режим.

Гидродинамически устойчивая работа непровальной барботажной тарелки имеет место при отсутствии провала жидкости через отверстия в листе. Режим работы тарелки в этом случае определяется скоростью пара в ее отверстиях. При незначительных скоростях пара в отверстиях вода полностью проваливается через них и слой жидкости на листе отсутствует. Увеличение скорости пара приводит к появлению слоя жидкости на решетке, при этом через одни отверстия проходит пар, через другие — протекает жидкость. При определенных скоростях пара уровень жидкости на листе достигает высоты водосливной перегородки, и через нее может происходить сброс жидкости. Однако провал жидкости через отверстия тарелки еще имеет место. Полное прекращение провала жидкости наступает при определенной скорости пара в отверстиях, называемой минимально необходимой, когда под листом образуется устойчивая паровая подушка.

Барботажное устройство системы ЦКТИ, как указывалось выше, включает затопленный барботажный лист, располагаемый у нижней образующей бака-аккумулятора. Беспровальная работа этого листа обеспечивается при скоростях пара в отверстиях, определяемых по уравнению. Визуальные наблюдения, проведенные ЦКТИ при исследовании этого устройства, выявили некоторые его особенности. Увеличение расхода пара через барботажный лист и образование под ним устойчивой паровой подушки приводит к уменьшению высоты слоя воды на барботажном листе в канале между листами. При этом над слоем жидкости также образуется перовая подушка. При значительных расходах пара высота слоя воды составляла всего 30% от общей высоты канала. Следовательно, при постоянном расходе воды с увеличением расхода пара на барботаж растет скорость движения воды по барботажному листу.

Визуальные наблюдения в циркуляционной шахте показали, что пар двигается по ней вверх с достаточно большой скоростью. При малых расходах пар двигается вдоль перегородки, примыкающей к листу. С увеличением расхода пара происходит его распределение по всей площади поперечного сечения подъемной шахты.

При подаче на барботажное устройство всего пара, подводимого к деаэратору, происходит значительное увеличение скоростей пара в отверстиях барботажного листа, что приводит к вибрации барботажного устройства, а в ряде случаев и возникновению гидравлических ударов. Для исключении указанных режимов в рассматриваемом барботажном устройстве предусматривается перепуск избыточного количества пара через специально предусмотренные окна. Когда расход пара через отверстия листа достигает требуемой величины и соответственно этому расходу пара под листом устанавливается необходимая паровая подушка, избыточный пар начинает отводиться через окна. Возможен также отвод этого пара непосредственно в паровое пространство бака-аккумулятора через специальные короба, примыкающие к листам.