Схема водоподготовительной установки

Схема водоподготовительной установки представлена на рис. 2 и включает в себя осветление (удаление взвешенных частиц), умягчение, снижение щелочности и удаление из воды растворенных газов (прежде всего О₂ и СО₂).

Крупные взвешенные вещества уделяют отстаиванием, мелкие – фильтрацией через песок, дробленую мраморную крошку и др. Для укрупнения взвешенных веществ воду перед фильтрованием обрабатывают коагулянтом, в качестве которого используют FeSO₄, FeCl₂, Al₂(SO₄)₃
и др.

Умягчают воду (т.е. снижают ее жесткость путем удаления из воды катионов Са²⁺ и Mg²⁺) обычно методом катионного обмена. Для этого воду пропускают через катионитовые фильтры, заполненные сульфоуглем, насыщенным катионами Na⁺ (NH⁺ или Mg²⁺). В результате ионообменной реакции катионы солей жесткости задерживаются материалом фильтра, а вода получает катионы, не являющиеся накипеобразователями. Для восстановления утраченных ионообменных свойств катионит подвергают регенерации слабым раствором NaCl (H₂SO₄ или NH₄Cl в зависимости от вида ионного обмена).

Рис. 2. Схема водоподготовительной установки:

1-солерастворитель; 2,3-катионитовые фильтры; 4-теплообменник; 5-дырчатые листы (тарелки); 6-деаэратор; 7-питательный насос; трубопроводы: I–добавочной воды; II–умягченной воды; III-удаления парогазовой смеси; IV-возвращаемого конденсата; V-пара; VI-питательной воды; VII-слива в дренаж

Различают общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды. Общая жесткость характеризуется суммарной концентрацией ионов Ca²⁺ и Mg²⁺, карбонатная – присутствием бикарбонатов Са(НСО₃)₂ и Mg(HCO₃)₂, некарбонатная – наличием всех остальных солей кальция и магния (CaSO₄, Mg SO₄, CaCl₂, MgCl₂ и др). Карбонатную жесткость называют временной, т.к. при кипячении бикарбонаты разлагаются с вы- делением твердых остатков СаСО₃, Mg(OH₂) и СО₂. Некарбонатную жесткость называют постоянной, т.к. простым кипячением разложить образующие ее соли не удается. Жесткость измеряют в мг-экв/кг[2] или мкг-экв/кг.

С целью поддержания в котловой воде концентрации солей ниже критической, при которой начинается их выпадение в твердом виде, применяют продувку котла. Непрерывная продувка из нижнего барабана, в котором образуется наибольшая концентрация солей, обеспечивает поддержание в котловой воде допустимой по нормам концентрации солей. Количество продувочной воды составляет ~ 5…6% от производительности котла.

С увеличением щелочности воды наблюдается вспенивание воды в барабанах и возможен унос пены с паром. Снижение щелочности воды может достигаться путем пропускания воды через фильтры, загруженные анионитом (например, АН-2Ф). Na-катионит и анионит часто загружают в один фильтр, поскольку их регенерация ведется одним и тем же раствором NaCl. Это позволяет одновременно умягчить воду и снизить ее щелочность, т.к. катионы Ca²⁺ и Mg²⁺ замещаются катионами Na⁺, а ионы НСО₃¯ и SO₄²¯ – хлоридным анионом Сl¯. Целесообразность использования такой схемы определяется технико-экономическими расчетами.

Кремнийсодержащие накипи и отложения CaSiO₃, MgSiO₃, FeSiO₃ и др. образуются на поверхностях нагрева с высокими тепловыми нагрузками, что характерно для энергетических котлов. Поэтому специальная обработка воды от кремнийсодержащих соединений в рассматриваемой котельной с исследуемым котлом не производится.

Вода, забираемая из рек и водоемов, может содержать железо в виде коллоидных соединений, которые удаляют путем коагуляции, известкования или хлорирования. Вода из артезианских скважин, содержащая Fe(HCO₃)₂, очищается путем фильтрования через кварцевый песок с пленкой из окислов железа.

Растворенные в воде газы удаляются путем термического деаэрирования. Известно, что массовая концентрация каждого из растворенных в воде газов, пропорциональна его парциальному давлению над поверхностью воды. При кипении эти парциальные давления стремятся к нулю, т.к. давление пара практически равно полному давлению над кипящей водой. Поэтому в деаэратор подводят пар, а для увеличения площади соприкосновения воды с паром вода стекает в виде струй или тонкой пленки. Вода нагревается до кипения, растворенные газы удаляются через патрубок, установленный в верхней части деаэрационной колонки.

В деаэраторах атмосферного типа поддерживается давление 0,115 – 0,12 МПа, что соответствует температуре насыщения 103-104ºС. Такие деаэраторы применяют в котельных низкого и среднего давления, они обеспечивают полное удаление О₂ и резко снижают содержание СО₂ в питательной воде.

Основным видом кислородной коррозии трубной системы и барабанов котлов являются язвы, закрытые окислами железа. Продукты коррозии черного цвета за счет магнетитов Fe₃O₄, прочно связанные с металлом, образуются в процессе работы котлов. Окислы железа рыжего цвета, легко удаляющиеся с поверхности металла, обычно образуются при кислородной коррозии во время простаивания котлоагорегатов.

Из-за кислородной коррозии в торцах барабанов и других застойных зонах котлов, где скапливается шлам, могут образоваться раковины глубиной 1 и более мм.

Содержание СО₂ в паре приводит к интенсивной коррозии конденсатопроводов.

Солевой баланс котла

Уравнение солевого баланса котла

D_п.в.× S_п.в = D × S_п + D_пр × S_пр + D × S_отл,

где D_п.в – расход питательной воды; D – номинальная паропроизводительность котла; D_пр - расход продувочной воды; S_пв, S_пр, S_отл - солесодержания питательной воды, пара и продувочной воды, соответственно.

Для рассматриваемого котла количество солей, уносимых паром, незначительно, поэтому D × S_п » 0. Отложения солей на поверхностях нагрева при нормальном водном режиме не допускается, поэтому

D_пр= D_пв × S_пв / S_пр

или

D_пр= (D + D_пр) × S_пв / S_пр .

Непрерывная продувка котла

Р = 100 × D_пр / D (5.1)

или

Р = 100 × S_пв / (S_пв- S_пр) .(5.2)

Тепловые потери с непрерывной продувкой котла

q = ( h_пр- h_пв)/h_к , (5.3)

где h_пр, h_пв - энтальпии продувочной и питательной воды, h_к - КПД котла брутто.

Правилами технической эксплуатации котла предусмотрена также периодическая продувка котла два раза за смену.

Таблица 9

Определение продувки котла и потерь теплоты
с продувочной водой

Наименование параметра	Обозн.	Ед. измер.	Числ. значение
Общая жесткость питательной воды	Жпв	мг-экв/кг
Общая жесткость продувочной воды	Жпр	мг-экв/кг
Продувка котла	Р	%
Продувка по паспорту на котел	Рпасп	%
Относительное расхождение	dр	%
Паропроизводительность котла	D	т/ч
Паропроизводительность котла	D	кг/с
Расход продувочной воды	Dпр	кг/с
Расход продувочной воды	Dпр	т/ч
Температура продувочной воды	tпр	°C
Абсолютное давление продувочной воды	Pпр	МПа
Энтальпия продувочной воды	hпр	кДж/кг
Температура питательной воды	tпв	°C
Абсолютное давление питательной воды	Pпв	МПа
Энтальпия питательной воды	hпв	кДж/кг
КПД котла брутто	hк	%
Тепловые потери с продувкой	q	кДж/кг