Бесперебойная и экономичная работа котлов

Бесперебойная и экономичная работа котлов теплогенерирующей установки возможна, только при правильной организации в ней водного режима. Наличие механических примесей и взвешенных частиц в воде приводит к отложениям и забивке труб грязью. Наличие в воде солей приводит к отложениям накипи на внутренних поверхностях труб котла. В соответствии с требованиями СНиП П-35-76* "Котельные установки" [1] запрещено проектировать теплогенерирующие установки без водоподготовки. Поэтому для паровых и водогрейных установок необходима предварительная специальная подготовка воды, которая осуществляется на станциях химводоочистки теплогенерирующих установок.

Основными накипеобразующими примесями необработанной воды являются соли кальция и магния, содержание которых обусловливает жесткость воды. К таким солям относят: сульфат кальция (CaS04); карбонаты кальция и магния (СаС03 и MgC03); силикаты кальция и магния (CaSi03 и MgSi03); гидроокиси (Са(ОН)2 и Mg(OH)2) и др. Выделение твердой фазы из воды происходит из-за упаривания воды, вследствие чего повышается концентрация солей в ней и раствор приближается к насыщению. В то же время накипь, состоящая в основном из СаС03, образуется уже при нагреве воды до 40...50 °С. В местах ее отложения происходит перегрев металла труб котла и деформация или даже появление трещин, при этом резко ухудшается процесс теплопереноса за счет дополнительного термического сопротивления самих отложений.

Выделение из воды твердой фазы (накипи) и отложение ее на поверхностях нагрева называют первичным процессом накипеобразования. Выпадающий осадок в виде взвешенных частиц (шлама) в объеме воды, который легко удаляется из котла с помощью продувки, называют вторичными отложениями.

Для нормальной работы котлов должен быть создан безнакипный режим

работы, который обеспечивается за счет соответствующей подготовки исходной воды.

При работе теплогенерирующей установки в ее различных частях движется вода с разными свойствами, как показано на рис. 2.1:

хозяйственно-питьевого водопровода;

на собственные нужды установки;

Количество взвешенных частиц. К взвешенным частицам относят механические примеси, удаляемые из воды путем фильтрования.

Для определения этого показателя качества воды необходимо взять 1 кг воды и профильтровать ее. Затем следует фильтровальную бумагу с осадком высушить и определить массу самого остатка на бумаге в мг - это и будет количеством взвешенных частиц.

Сухой остаток S получают испарением 1 кг отфильтрованной воды при

температуре 105-110 °С. Этот показатель указывает на количество растворенных в воде веществ.

Общее солесодержание, характеризующее количество солей в воде, на

практике можно определить суммированием катионов и анионов, полученных в результате полного химического анализа воды.

Жесткость. Различают следующие виды жесткости воды:

кальция и магния;

бикарбонатов кальция и магния (Са(НС03)2 и Mg(HC03)2);

наличием в воде остальных солей кальция и магния (хлоридов - СаС12 и MgCl2,

сульфатов - CaS04 и MgS04, силикатов- CaSi03 и MgSi03, и др.).

Рис. 2.1. Схема движения воды и пара в теплогенерирующей установке

Кроме вышеописанных видов жесткости, различают еще кальциевую ЖСа и магниевую ЖМё. Кальциевая жесткость зависит от концентрации в воде катионов кальция, а магниевая -от катионов магния, и они связаны с общей жесткостью воды.

При кипении воды бикарбонаты кальция и магния переходят в карбонаты и выпадают в осадок в виде шлама, который удаляется при продувке: За единицу измерения жесткости воды принят мг-экв, равный 20 мг кальция или 12 мг магния.

По общей жесткости все природные воды условно делятся на три группы:

Щелочность. Различают следующие виды щелочности воды:

Щелочность воды в 1 мг-экв/кг соответствует: 40 мг/кг едкого натра; 84,02

мг/кг бикарбоната натрия; 53 мг/кг карбоната натрия.

На практике для оценки качества котловой воды используется относительная

щелочность Щ0т, которая определяется по формуле, %

Са(НС03)2 СаС03 1+Н20 + С02 Т,

Mg(HC03): + Н,0 => Mg<OH)2 I +С02 Т- С032

где 40 - эквивалент NaOH.

Часто на практике данные по качеству щелочности конденсата отсутствуют. В таких случаях ее принимают равной 0,05...0,1 мг-экв/кг.

Следует отметить, что относительная щелочность для паровых котлов

давлением до 4 МПа со сварными барабанами и сварными соединениями труб с барабанами и коллекторами не нормируется.

Содержание кремниевой кислоты в воде характеризует концентрацию в ней различных соединений кремния, находящихся в молекулярной или коллоидной форме. Вредное влияние соединений кремния сказывается на работе парогенераторов с давлением пара более 7 МПа, т.к. только при этом давлении и выше кремниевая кислота начинает растворяться в паре.

Концентрация водородных ионов и содержание коррозионно-активных газов.

Растворенные в воде агрессивные газы 02 и С02 вызывают различные виды коррозии и характеризуют коррозионные свойства воды. При нагревании воды из нее начинают выделяться газы, общее количество которых можно определить, если довести воду до кипения и из нее выделятся все газы.

Важное значение для качества питательной воды имеет показатель

концентрации в воде водородных ионов pH. При нейтральной реакции воды pH = 7, при pH < 7 реакция воды будет кислой, а при pH > 7 – щелочной,

питательной, котловой воды и пара.

В соответствии с действующими правилами устройства и эксплуатации

теплогенерирующих установок к воде и пару предъявляются определенные

требования, изложенные в нормативном документе [4].

В приведенных нормативных документах содержатся сведения о допустимом содержании веществ и газов в воде и паре. В случае, если эти требования в период эксплуатации котлов не соблюдаются, на внутренних поверхностях котла образуется накипь, структура и состав которой приведены в табл. 2.1.

Наличие накипи значительно ухудшает работу и усложняет эксплуатацию котла и приводит к негативным последствиям:

Условно схему подготовки исходной воды для теплогенерирующей установки можно представить в виде табл. 2.2.

Сама обработка воды предусматривает: снижение жесткости (умягчение) воды на станции химводоочистки;

При использовании в теплогенерирующей установке воды из поверхностных источников необходимо предусматривать следующую ее подготовку:

частиц не превышает 100 мг/л;

превышает 100 мг/л и щелочность воды - до 1,5 мг-экв/кг;

солесодержания и содержания солей железа при количестве взвешенных частиц более 100 мг/л и щелочности воды более 1,5 мг-экв/кг;

воды превышает ее общую щелочность, и другие способы.

Природная вода содержит минеральные и органические примеси с различной крупностью частиц. При размере частиц более 0,1 мкм их называют грубодисперсными или механическими; при размере частиц в пределах 0,1...0,001 мкм - коллоидными. Механические и коллоидные частицы удаляют отстаиванием, коагуляцией и фильтрованием.

Отстаивание воды производят в отстойнике, объем которого должен быть равен полуторной или двойной часовой производительности теплогенерирующей установки по воде. Сам процесс осаждения частиц будет зависеть от плотности частиц, их величины и формы.

Фильтрование обычно осуществляют в осветлительных фильтрах после

отстаивания воды. При этом вода пропускается через слой фильтрующего

зернистого материала с размером частиц 0,6... 1 мм (дробленый антрацит,

кварцевый песок, мрамор). При нормальной работе осветлителя концентрация взвешенных веществ должна составлять до фильтрации 10... 12 мг/кг, после фильтрации - не более 5 мг/кг.

Для более быстрого и полного процесса отстаивания и фильтрования

применяют коагуляцию - укрупнение коллоидных частиц и выделение их в осадок при добавке к воде специальных реагентов (коагулянтов).

Коагуляцию исходной воды проводят также и в осветлителях. В качестве коагулянта применяют сернокислые соли алюминия (A12(S04)3), железа (FeS04 • 7Н20), хлорного железа (FeCl3 • 6Н20) при pH воды, равном 4... 10. В результате обработки воды образуется осадок в виде шлама, который оседает в фильтре. Интенсивно при температуре 35...40 °С, при этом содержание органических веществ может быть снижено на 60...80%, а содержание кремниевой кислоты на 25...40%.

Поэтому воду перед подачей ее в осветительные фильтры, где используется коагуляция, следует подогревать до указанных выше температур.

Принципиальная схема прямоточной установки для осветления воды показана на рис. 3.1. Исходная вода насосом 1 подается в схему. Коагулянт, находящийся в баке 3 в виде раствора, подается дозатором 2 в трубопровод.

В смесительном баке 4 происходит коагуляция коллоидных частиц, которые оседают в фильтрующем слое осветлительного фильтра 6, а очищенная вода поступает далее в схему ТГУ.

Обычно высота фильтрующего слоя составляет 0,8... 1,2 м, а скорость движения воды через слой составляет 5... 12 м/ч. Схема осветлительного фильтра приведена на рис. 3.2.

Когда фильтрующий элемент 1 засоряется и фильтр начинает плохо

очищать воду, его регенерируют, т.е. восстанавливают работоспособность

фильтрующего элемента.

Рис. 3.1. Принципиальная схема прямоточной установки для осветления воды:

1 - насос; 2 - дозатор; 3 - бак с раствором коагулянта; 4 - смесительный бак; 5 - бак с

промывочной водой; 6 - осветлительный фильтр

Регенерация фильтра осуществляется путем его остановки, отмывки

отложений и восстановления реакционной способности. Для улучшения отмывки фильтрующего слоя сначала в фильтр подают снизу воздух и взрыхляют фильтрующий слой.

Фильтрующий слой промывается водой, которую берут из бака, и только

после этого производят регенерацию фильтрующего слоя, используя ионообменные методы.

При необходимости снижения карбонатной жесткости воды, взятой из

открытых источников для теплогенерирующей установки, можно использовать известкование с последующим подкислением. Этот метод относят к методам осаждения. Основан метод на принципе связывания ионов солей жесткости, находящихся в воде и подлежащих удалению, в малорастворимые соединения, которые осаждаются в виде шлама. В основном известкование применяется для удаления из воды связанной и свободной углекислоты, снижения щелочности и сухого остатка исходной воды с одновременным ее умягчением. Известкование с коагуляцией позволяет обезжелезить воду из поверхностных источников и удалить из нее органические вещества.

Известкование осуществляют в осветлительных фильтрах, при этом для

активизации процесса температуру необходимо поддерживать в пределах

30...40 °С.

Содоизвесткование, когда совместно используются известь и сода, обычно применяют для вод с большой жесткостью, превышающей щелочность. При этом протекают те же реакции, что и при известковании, но магний удаляется полностью, а кальциевые соли некарбонатной жесткости удаляются содой:

СаС12 + NaCO:, ^ СаСО^ I +2NaCl ,

CaS04 + NaC03 CaC03 4 +Na2SOd „

Известкование и содоизвесткование относятся к методам ионного обмена, о

которых будет рассказано ниже.

Умягчение воды можно осуществлять методом осаждения или методом

ионного обмена.

При использовании метода осаждения (известкование и содоизвесткование) накипеобразующие катионы, находящиеся в воде в растворенном виде, в результате химического взаимодействия с известью или содой или вследствие термического разложения образуют новые соединения, малорастворимые в воде, и могут быть удалены отстаиванием или фильтрованием.

Данный метод умягчения воды имеет ряд недостатков: громоздкость используемого оборудования; малая степень умягчения воды, которой оказывается недостаточно для паровых котлов.

Поэтому для более глубокого умягчения воды обычно используют методы ионного обмена.

Метод ионного обмена обработки воды основан на способности некоторых металлов и других элементов вступать в ионный обмен с растворимыми в воде солями жесткости, сорбируя из воды ионы этих солей и отдавая в воду эквивалентное количество других ионов.

В установке ионного обмена периодически должна проводиться регенерация материала фильтра (ионита), поставляющего ионы в обрабатываемую воду.

При регенерации материала фильтра (катионита) растворами NaCl, H2S04 и NH2C1 происходит обмен катионов (соответственно Na+, Н+ и NH4+) на катионы солей жесткости обрабатываемой воды. Этот процесс называют катионированием.

Наиболее распространенными методами ионного обмена являются:

Реже используются методы:

Рассмотрим более подробно два первых метода ионного обмена как наиболее

распространенные для обработки воды теплогенерирующих установок.

Натрий-катионирование. Вода в Na-катионитовых фильтрах пропускается через слой естественного или искусственного натриевого материала -катионита (глауконит, сульфоуголь и др.).

Кальциевые и магниевые соли воды вступают в обменные реакции с указанным минералом, замещая в нем натрий и тем самым умягчая воду. Вместо кальциевых и магниевых солей в умягченной воде образуется эквивалентное количество легко растворимых натриевых солей. Щелочность воды при этом методе не изменяется.

Конструкция фильтра ионного обмена практически не отличается от

осветлительного фильтра, только фильтрующий слой заменен на слой катионита с кварцевым песком.

Работает фильтр следующим образом. Через слой катионита пропускают воду, поступающую в теплогенерирующую установку. Происходит умягчение воды, при этом катионит уплотняется, вырабатывается и загрязняется. После выработки катионита подачу воды для умягчения прекращают и катионит взрыхляют обратным потоком (водой или воздухом).

Слой катионита взрыхляется, и после этого промывочной водой из бака производят промывку фильтрующего слоя (по продолжительности эта операция занимает около 15...30 минут). После окончания промывки фильтрующего слоя приступают к его регенерации, для чего пропускают через слой фильтра раствор соли NaCl (продолжительность 1,5...2 ч). После

регенерации фильтрующего слоя осуществляют промывку фильтра (продолжительность около 15 минут) для удаления остатков раствора соли.

Одним из основных недостатков такого метода умягчения воды является то, что загрязненная вода после регенерации и промывки фильтра сбрасывается в дренаж или канализацию, что приводит к загрязнению окружающей среды.

При одноступенчатой схеме умягчения воды величина общей жесткости

исходной воды Жо может быть уменьшена до величины 0,1 мг-экв/кг. Для более глубокого умягчения воды используют двухступенчатую схему, при этом жесткость воды может быть доведена до величин 0,005...0,02 мг-экв/кг.

,

последовательной или смешанной. В качестве катионита обычно используют

Наиболее распространенной является последовательная схема с так называемой "голодной" регенерацией Н-катионитовых фильтров. Принципиальная схема такой регенерации показана на рис. 3.3. Регенерацию Н-катионитового фильтра ведут недостаточным для полного восстановления фильтрующей загрузки ("голодным") количеством раствора кислоты. Получают при этом частично умягченную исходную воду с небольшой остаточной щелочностью. Отрицательной стороной метода Н-катионирования является то, что фильтры подвергаются щелочной коррозии и возникает необходимость работы с раствором серной кислоты. Для паровых котлов вода после Н-катионирования оказывается агрессивной, поэтому ее доумягчают на Na-катионитовом фильтре. Преимущество такого метода ионного обмена состоит в том, что в канализацию сбрасываются практически нейтральные стоки.

Существуют и другие методы очистки исходной воды, к которым следует отнести электродиализ, магнитный и ультразвуковой методы, метод обратного осмоса, ультрафильтрацию и др.

Электродиализ - ионообменный процесс, схожий с действием описанных выше ионообменных фильтров и отличающийся тем, что ионообменный слой заменен ионообменными мембранами (пористыми пленками), получаемыми полимеризацией смеси реагентов. Для упрочнения мембран их формируют на металлических сетках. Используют данный метод в основном для опреснения соленых вод. Под действием постоянного электрического тока, поданного на мембраны, последние способны пропускать только катионы или только анионы. В результате этого через мембрану проходит только чистая вода без солей жесткости.

Магнитный метод очистки воды достаточно часто применяется в отопительных котельных. При этом методе на воду воздействуют магнитным

полем определенной напряженности и полярности. После этого при нагревании воды в котле из нее выпадают соли жесткости в виде шлама, которые удаляются продувкой из нижних точек котла. На поверхностях нагрева накипные отложения не образуются. Данный метод применяют для вод с преимущественно карбонатной жесткостью величиной до 6...8 мг-экв/кг, содержанием железа до 0,3 мг/кг и содержанием кислорода до 0,3 мг/кг.

Обычно используют одну из двух схем магнитной обработки воды. Первая схема предназначена для паровых котлов с температурой среды более 100 °С. В этом случае соли выделяются в толще воды в виде шлама, который необходимо непрерывно удалять из нижних слоев во избежание образования вторичной накипи.

Поэтому данная схема предусматривает обязательную установку автоматического шламоотделителя после аппарата магнитной обработки воды. По второй схеме, которая используется для водогрейных котлов с температурой подогрева воды до 95 °С, вода остается прозрачной и осадка в виде шлама не образуется.

Омагниченные свойства воды сохраняются от 8 до 10 часов. Для постоянного поддержания омагниченных свойств воды в схеме (рис. 3.4) предусматривается антирелаксационный контур, через который должно проходить не менее 12... 15% объема воды, циркулирующей в системе.

Следует заметить, что магнитные аппараты должны иметь биологическую защиту, чтобы устранить вредное воздействие на обслуживающий персонал, и устанавливаются обычно в помещениях, где нет постоянного пребывания людей.

Ультразвуковая обработка воды осуществляется за счет воздействия на котловую воду ультразвуковыми колебаниями частотой 20...30 кГц, за счет чего создаются условия кавитации воды (непрерывное образование и исчезновение внутренних разрывов сплошности воды, т.е. происходит резкое понижение давления воды в отдельных точках и ее вскипание, а т.к. вода недогрета до кипения, то затем происходит такая же резкая конденсация пара и схлопывание пузырька). При схлопывании микропузырьков развиваются гидравлические микроудары, в результате чего происходит очистка внутренних поверхностей труб от образовавшейся накипи и предотвращение образования новой. Рабочая толщина слоя накипи при таком способе обработки воды не превышает 0,1 мм. На металл труб ультразвук данной частоты не оказывает вредного влияния, а под его воздействием происходит пассивирование поверхностного слоя металла, что снижает скорость коррозии.

Метод, в основе которого лежит процесс обратного осмоса, заключается в самопроизвольном переходе чистой воды через специальную мембрану, которая отделяет ее от исходной воды. Равновесное состояние перехода чистой воды через мембрану наступает при определенном гидростатическом давлении, равном разности высоты уровней в камере исходной воды и чистой воды. Это давление называют осмотическим, оно зависит от концентрации солей в исходной воде. Если создать в отделе камеры с исходной водой давление больше осмотического, то чистая вода будет переходить в другую часть камеры. Этот процесс называют обратным осмосом. В качестве мембран используют пористые анизотропные пластины, проницаемые для молекул воды и практически непроницаемые для ионов растворенных солей. К преимуществам данного метода следует отнести отсутствие расхода реагента, а следовательно, и сбросов стоков в канализацию, которые наблюдаются для других способов очистки воды.

В настоящее время появился новый способ очистки воды от солей - ультрафильтрация, когда вода продавливается через пористый материал, размеры пор которого меньше размера задерживаемых частиц, загрязняющих воду.

Водоподготовка в теплогенерирующих установках с водогрейными котлами зависит от вида системы теплоснабжения (открытая или закрытая), а также от забора воды (из открытых водоемов, из подземных источников или при использовании воды хозяйственно-питьевого водопровода).

Для умягчения воды может также применяться метод Н -катионирования с "голодной" регенерацией при тех же ограничениях на жесткость исходной воды, которые сделаны выше.

Для поддержания в котловой воде определенной концентрации солей, которая обеспечит безнакипный режим работы котла, применяют периодическую или непрерывную продувку. Продувка заключается в удалении из барабана котла части котловой воды с высоким солесодержанием и заменой ее питательной водой с малым солесодержанием. Продувку производят из тех мест водотрубной системы котла, где наиболее высокое солесодержание воды, как показано на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема продувки котла при одноступенчатой системе испарения:

1 - труба для отвода продувочной воды; 2, 5 - верхний и нижний барабан; 3 - труба для

подвода питательной воды; 4 - опускные трубы; 6 - подъемные (кипятильные) трубы; 7 труба отвода шлама

Питательная вода подается в барабан по всей длине трубы 3 с отверстиями, проходящей в верхней части верхнего барабана 2. Нижняя аналогичная труба 1, расположенная в нижней части верхнего барабана, предназначена для сбора и отвода продувочной воды. В котлах со ступенчатым испарением продувку осуществляют из солевых отсеков или выносных циклонов. Периодическую продувку применяют для удаления шлама, который обычно скапливается в нижних коллекторах и барабанах котла. Величина продувки должна быть такой, чтобы солесодержание котловой воды соответствовало требованиям норм качества.

Обычно процент продувки котла принимают в зависимости от его паропроизво дител ьности. Принято считать, что для нормальной работы теплогенерирующих установок процент продувки не должен превышать для котлов малой и средней мощности 10%, для котлов большой мощности - 5%, что связано с потерями теплоты с продувочной водой. Оптимальными считают потери теплоты с продувочной водой в пределах 0,1...0,5% от теплоты сгораемого топлива. Для случаев, когда одноступенчатое испарение требует большого процента продувки, используют ступенчатое испарение.

Это позволяет уменьшить количество выводимой с продувкой горячей воды и сократить потери теплоты. Сущность ступенчатого испарения заключается в следующем. Испарительная система котла разделяется на два отсека, соединенных по пару, но разделенных по воде. Питательная вода подается только в первый отсек, а для второго отсека

питательной водой будет служить продувочная вода первого отсека. Продувка котла осуществляется из второго отсека. Так как концентрация солей во втором отсеке выше, чем в первом, то для вывода солей требуется меньший процент продувки для котла в целом. В современных паровых котлах широко используется ступенчатое испарение, при этом используются две или три ступени. Сама схема испарения может быть двух типов - с солевыми отсеками внутри барабана или с выносными циклонами. Рассмотрим более подробно каждый из них.

Установка циклонов приводит к некоторому усложнению агрегата по сравнению с предыдущим случаем, однако такая конструкция исключает "переброс" воды из второго отсека в первый в период работы, что наблюдается иногда в схемах с солевыми отсеками внутри барабана. Когда подпиточная вода имеет умеренную минерализацию, то выполняют двухступенчатое испарение. При низком качестве подпиточной воды может применяться трехступенчатое испарение со встроенной в барабан второй ступенью испарения и выносной третьей ступенью. Паропроизводительность третьей ступени не должна быть ниже 5% от общей паропроизводительности котла.

Чем хуже качество подпиточной воды, тем больше следует брать производительности второй и третьей ступеней испарения.

Вместе с тем, следует придерживаться правила, чтобы мощность первой ступени испарения не была ниже 65...70% от паропроизводительности котла.

Если принять, что паропроизводительность котла с учетом продувки составляет D + Gnр, то количество вносимых с питательной водой солей составит внутренних поверхностей нагрева котла. Кроме этого, продукты коррозии нарушают циркуляцию воды в контуре котла, что может привести, в конечном итоге, к пережогу труб. Поэтому коррозионно-активные газы необходимо удалять из воды. Для этого существует несколько способов - химическая, каталитическая, термическая деаэрация.

Сущность химической деаэрации заключается в следующем - в воду

добавляют сульфит натрия (Na2S03), который окисляется до сульфата натрия

(Na2S04), забирая из воды кислород.

При каталитической деаэрации воды коррозионно-активные газы удаляются из воды водородом.

Основным способом удаления газов из воды в теплогенерирующих

установках в настоящее время остается термическая деаэрация, которая основана на использовании закона растворимости газов в жидкости (закон Генри). Согласно этому закону количество растворенного газа Gy в единице объема жидкости прямо пропорционально парциальному давлению газа над жидкостью.

Удаление газов из воды в теплогенерирующих установках осуществляется в специальных устройствах - термических деаэраторах, в которых также происходит подогрев воды до кипения.

Деаэраторы подразделяются по рабочему давлению на три вида:

В теплогенерирующих установках малой и средней мощности обычно

используются на водогрейных котлах вакуумные деаэраторы и на паровых котлах - атмосферные деаэраторы.

Деаэратор состоит из двух основных частей - деаэраторного бака 3 и

деаэраторной колонки 2. Химически очищенная вода поступает через охладитель выпара 1 в верхнюю часть колонки деаэратора. Сюда же подается конденсат от сетевых подогревагелей. Вода стекает по распределительным тарелкам (по всему сечению колонки) вниз, в бак, и нагревается за счет пара, который движется вверх.

Для измерения давления пара имеются манометры на паропроводе и баке. При нагреве воды из нее выделяются газы, которые с частью пара из верхней части колонки поступают в охладитель выпара. Там оставшийся пар конденсируется, и конденсат возвращается по сливной трубке в деаэратор, а газы выходят в атмосферу. Освобожденная в деаэраторе от газов питательная вода из нижней части бака направляется к котлам. Температура подогрева воды в деаэраторе атмосферного типа обычно лежит в пределах 102... 104 °С, что соответствует давлению в деаэраторе 0,12 МПа.

При превышении давления в деаэраторе относительно рабочего может

произойти его разрыв, а при разрежении атмосферное давление может

деформировать деаэратор. Чтобы этого не произошло, деаэратор оборудуется

гидрозатвором 4, как показано на рис. 4.4. Гидрозатвор устанавливается высотой 3,5...4 м относительно уровня воды в деаэраторе, диаметр трубы гидрозатвора берется обычно 70 мм.

При уходе воды из деаэратора и создании в нем разрежения подпиточная вода поступает из гидрозатвора в питательный бак. При резком повышении уровня воды в баке деаэратора (перепитке) происходит сброс избытка воды через переливную трубу в гидрозатворе.

Для контроля за уровнем воды в баке имеется водоуказательное стекло 5. Для предотвращения кавитации во всасывающих патрубках питательных насосов деаэратор устанавливают выше уровня установки насосов таким образом, чтобы создать требуемый подпор во всасывающих патрубках.

Для удаления газов из воды в теплогенерирующих установках с

водогрейными котлами обычно используют вакуумные деаэраторы. Схема

включения вакуумного деаэратора показана на рис. 4.5. Она практически не

отличается от описанной выше для деаэраторов атмосферного типа.

Поддержание разрежения в вакуумном деаэраторе осуществляется с помощью специальной вакуумной установки или эжекторного насоса 3, который включен в дополнительный контур, состоящий из бака резервной воды 1 и насоса 2.

Неконденсирующиеся газы выпара удаляются из бака 1, а подпитка бака осуществляется химически очищенной водой.

Внутрикотловую обработку воды часто ведут с помощью химических

щелочных реагентов, которые в сочетании с подогревом воды в котле вызывают осаждение солей жесткости в виде нерастворимых соединений СаСОз и Mg(OH)2.

Для реализации этого метода используют в качестве реагентов едкий натр, тринатрийфосфат и кальцинированную соду в зависимости от состава исходной воды и предъявляемых требований к качеству котловой воды. Например, при щелочности исходной воды больше ее карбонатной жесткости (Щив > Жк) и равенстве жесткостей Жо = Жк = Жса умягчение воды можно производить за счет ее подогрева (термоумягчение). В случае, если Щив = ЖСа, для умягчения воды в котловую воду следует добавлять только едкий натр. Если выполняется неравенство 2 • Щив < ЖСа, то в воду следует добавить в требуемых дозах соду и едкий натр. Ввод реагентов в воду для ее умягчения должен быть таким, чтобы солесодержание и щелочность котловой воды соответствовали требованиям нормкачества.

Данный метод ввода щелочных реагентов в котловую воду часто используется на котельных, где нет станции химводоочистки.

При внутрикотловой обработке воды образуется шлам, и его необходимо периодически удалять с помощью продувки.

Для чугунных паровых котлов с температурой пара более 100 °С иногда

рекомендуется магнитный метод обработки котловой воды, который описан выше. Карбонатная жесткость воды при этом методе не должна превышать 10 мг-экв/кг.

Пар, направляемый потребителям, должен быть достаточно чистым для того, чтобы избежать отложений на внутренних поверхностях пароперегревателей и паропроводов. Качество вырабатываемого пара зависит от его влажности и концентрации веществ, загрязняющих котловую воду. Для пара с давлением менее 4 МПа требования к его качеству приведены в нормативной литературе [4].

Согласно требованиям к насыщенному пару, вырабатываемому в котлах без пароперегревателей, пар может иметь влажность до 1%, при этом его

солесодержание не нормируется. Во влаге, содержащейся в паре, находится

определенная часть солей, что и дает его солесодержание 5%, т.е.

Sn = (1 - х) кв5 где х - степень сухости пара;

Skb - солесодержание котловой воды.

Для снижения влажности пара в барабане котла устанавливают различные сепарирующие устройства, которые отделяют капельки влаги от сухого пара. Различают несколько типов сепарации влаги:

тяжести при горизонтальном или вертикальном движении пара с малой скоростью в трубопроводе (диаметр отделяемых капель составляет более 50 мкм); относительно большой скоростью, резко изменяет направление движения или резко изменяется его скорость;

находящейся на твердой наклонной поверхности, и капли прилипают к этой

пленке, при этом обеспечивается тесный контакт пара и пленки. При такой

сепарации пленка жидкости все время дренирует по этой наклонной поверхности и подпитывается за счет выпадения из пара капелек влаги.

а) под уровень воды в барабане

б) в паровой объем

Гравитационная сепарация в котлах практически не используется, т.к. требует малых скоростей потоков пара, а следовательно, больших объемов сепарационных устройств.

Инерционная сепарация широко используется для очистки пара от влаги. Обычно в барабане котла стараются достичь равномерного распределения пара по длине и сечению барабана, и этому способствует установка сепараторов в барабан котла.

Принцип действия сепараторов понятен из рисунка: у отбойного щита 5 резко меняется направление потока пароводяной смеси, поступающей из кипятильных труб 6; в жалюзийном сепараторе 3 резко изменяется направление потока пара; в распределительном 1 и пароприемном 4 щитах резко изменяется скорость движения пара. Иногда для отделения капелек влаги используют центробежные сепараторы.

Механической сепарацией можно очистить пар только от крупной водяной взвеси. Для отделения веществ в виде молекулярных и коллоидных растворов от пара используют различные паропромывочные устройства, в основе которых лежит пленочная сепарация. К таким устройствам относят:

слой воды.

Наибольшее распространение в котлах малой и средней мощности получил последний тип паропромывочных устройств, когда пар пропускается через слой чистой питательной воды. Такую сепарацию называют барботажной промывкой.

Пароводяная смесь поступает из кипятильных труб 6 под промывочный

распределительный щит 3, изготовленный из коробов или перфорированных

стальных листов. За счет этого происходит равномерное распределение пара по сечению и длине барабана.

Сверху на промывочный щит стекает чистая питательная вода, которая,

собираясь в сборном коробе 2, распределяется далее по всей длине барабана.

Пар, проходя (барботируя) через слой воды, очищается от мельчайших

капелек влаги. Пройдя через паропромывочный щит 4, пар далее может быть

направлен к потребителю.

В процессе эксплуатации котлов и теплообменного оборудования, особенно при плохой подготовке подпиточной воды, на внутренних стенках трубопроводов и оборудования образуется слой накипи, что приводит к резкому понижению эффективности работы и снижению тепловой мощности котлов.

В соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов" установлены предельные толщины внутренних отложений на трубах со стороны воды, которые для паровых котлов не должны превышать 0,3...0,5 мм. Это требует периодической очистки поверхностей нагрева от отложений. Количество и состав отложений на внутренних поверхностях нагрева котла зависят от состава воды в источниках водоснабжения и методов очистки подпиточной воды.

Толщина отложений на внутренних стенках труб, мм

Как показала практика эксплуатации котлов, отложения имеют в основном железооксидный характер (типа ржавчины) или состоят в основном из соединений кальция (карбонатные отложения).

Удалять отложения с поверхностей нагрева можно различными способами,

основные из которых следующие: К механическому способу очистки труб следует отнести очистку труб шарошками, скребками или щетками. Данный способ очистки достаточно трудоемок, малопроизводителен и не позволяет полностью удалить отложения.

Гидравлический способ представляет собой очистку труб высоконапорной гидравлической установкой - гидромонитором. Способ достаточно эффективен, однако довольно дорогой. Кроме этого, он не всегда может быть применен на практике, особенно для сложных по геометрии и в пространстве поверхностей нагрева.

В основе ультразвукового способа очистки труб от накипи лежит разрушение отложений за счет воздействия на них акустических колебаний (волн), производимых генератором. Разрушенные отложения выпадают в осадок и удаляются из водотрубной системы котла в виде шлама.

Химический способ очистки предполагает промывку водотрубной системы котла химическими растворами, растворяющими или разрушающими слой накипи, например, раствором соляной кислоты. К недостаткам этого способа следует отнести необходимость работы с агрессивными средами и возможность отрицательного воздействия этих сред на металл труб.