Водопідготовка для котлів (котелень, ТЕЦ, ХВО)
Котельне обладнання є досить поширеним в нашій країні через її географічного положення з тривалими періодами холодної пори. А випадки з експлуатації котлів заслуговують окремої теми для обговорення.
Робота котельні безпосередньо залежить від її автоматизації, якості сировини і використовуваної води.
«... Все парові котли з природною і багаторазової примусової циркуляцією паропродуктивністю 0,7 т / год і більше, все парові прямоточні котли незалежно від паропродуктивності, а також всі водогрійні котли повинні бути обладнані установками для докотлової обробки води.
Підживлення сирою водою котлів, обладнаних пристроями для докотлової обробки води, не допускається.
Вибір способу обробки води для живлення котлів повинен проводитись спеціалізованою організацією.
Кожен випадок підживлення котлів сирою водою повинен фіксуватися в журналі з водопідготовки (водно-хімічним режимом) із зазначенням тривалості підживлення і якості живильної води в цей період ... »
Внутрікотлова обробка живильної води можлива: для неекранованих котлів паропродуктивністю <0,7 т/ч и давлением пара <14 кгс/см 2 (1,4 МПа), работающих на твердом топливе, для газотрубных и жаротрубных котлов, работающих на твердом топливе. Жесткость питательной воды в этих случаях не должна превышать 3 мг-экв/л.
Щоб уникнути трьох основних проблем в системі поживних трубопроводів котла - виникнення відкладень, корозії і появи домішок у рециркуляционной воді - послідовність обробки води повинна бути визначена в залежності від виду і концентрації виявлених у водному джерелі забруднюючих речовин, а так само від вимог, що пред'являються до якості очищення води.
Коли стан рівноваги розчинених іонів у воді, що контактує з поверхнями обладнання порушується, внаслідок нагрівання, на будь-який контактує з водою поверхні, в першу чергу, на трубах котлів, можливе утворення відкладень, зокрема, накипу. Будь-яке забруднюючі речовини характеризується певною розчинність в воді і в разі перевищення меж розчинності випадає в осад. Якщо вода знаходиться в контакті з гарячою поверхнею, а розчинність забруднюючої речовини при підвищенні температури знижується, то відбувається осадження цієї речовини на поверхню, що є причиною утворення накипу. Утворені відкладення найчастіше складаються з фосфатів, карбонатів, силікатів, гідроксидів кальцію і магнію, оксидів заліза і алюмінію.
При високих температурах, які мають місце в котлах, відкладення представляють собою серйозну проблему, яка стає причиною порушення теплопередачі і може привести до руйнування труб котла. В котлах низького тиску з низьким коефіцієнтом теплопередачі, що утворюються відкладення можуть повністю закупорити трубу котла.
Відкладення накипу так само викликають зниження ККД котла і перевитрата палива (малюнок 1).
Малюнок 1 - Вплив товщини на перевитрату палива в котлі
Другим негативним моментом в експлуатації є перегрів стінки труб (малюнок 2) в котлі, після чого зазвичай відбувається їх прогорание. Це найбільш часта причина виходу з ладу котельного обладнання. А найнебезпечніше в поломці котла - це несподіванка, особливо в зимовий час, до якої можна виявитися не готовим.
Малюнок 2 - Залежність температури стінки труби від товщини накипу
Друга велика проблема, яка виникає в котлах і має відношення до води, - це корозія; найчастіше корозія сталі, обумовлена різною концентрацією кисню. Корозія має місце в системах підготовки води котла, котлах, лініях повернення конденсату і практично в будь-якій частині парового циклу, де присутній кисень. При високій температурі і низькому значенні рН корозійний процес в присутність кисню протікає з більш високою швидкістю. Рідше зустрічається лужна корозія, яка може виникати в котлах високого тиску, де внаслідок наявності пористих відкладень на окремій ділянці утворення бульбашок пара може мати місце висока концентрація гідроксиду натрію (луги).
Деякі хімічні комплексони, які використовуються для обробки живильної води, в разі неправильного використання можуть викликати корозію трубопроводів живильної води, регулюючої арматури і навіть внутрішньокорпусних пристроїв котла.
Вимоги до живильній воді для систем водопостачання
ГОСТ 20995-75 Казани парові стаціонарні тиском до 3,9 МПа. Показники якості живильної води і пари.
Вимоги до води для парових і енерготехнологічних котлів і котлів-утилізаторів
Виходячи з наведених вимог, можна виявити кілька основних моментів:
1) Вода повинна бути освітленої і пом'якшеної
Освітлення води необхідно, якщо вода має певну каламутність, з'єднання заліза і марганцю.
Пом'якшення води може бути зроблено за допомогою іонообмінних фільтрів або установок зворотного осмосу. Більш детально з самими установками можна ознайомитися у відповідному розділі.
2) В воді повинен практично повністю відсутні кисень, так він викликає інтенсивну корозію обладнання
Провести знекиснення (дегазацію) можливо трьома шляхами
1. Провести нагрів води у відкритому резервуарі (розчинність кисню падає зі збільшенням температури води). Іноді проводять вакуумну деаерацію.
2. Ввести в воду хімічні реагенти-Дегазатори за допомогою дозуючих насосів
3. Здійснити мембранну дегазацію води за допомогою сучасних мембранних модулів
3) Необхідно проводити корекцію рН води. У більшості випадків її доводиться подщелачивать. Для цих цілей застосовуються станції дозування лугу мають вбудований датчик рН. Вони прості в експлуатації і досить надійні.
Типова схема підготовки води на основі іонного обміну для котельні представлена на малюнку 3.
Малюнок 3 - Типова схема хімподготовкі води для котлів з допомогою іонообмінних фільтрів
Дуже часто разом з солями жорсткості у воді міститися сполуки заліза або суспензії, які так само негативно впливають на роботу котла, але в більшій мірі псують роботу фільтрів умягчителей, тому в схемі передбачений фільтр обезжелезіватель (освітлювач) або більшу кількість в залежності від завдань. У разі відсутності таких забруднень даний фільтр може бути відсутнім через непотрібність.
Кількість фільтрів умягчителей зазвичай закладається не менше двох, що б була можливість при виході з ладу попрацювати тимчасово на одному. Але це не є правилом, а цілком залежить від побажань замовника і залежить від важливості об'єкта. Одноступінчатий іонний обмін дозволяє досягти значення залишкової жорсткості порядку 0,1-0,5 мг-екв / л, в залежності від початкової жорсткості води.
Другий ступінь пом'якшення необхідна для досягнення залишкової жорсткості в 30 мкг-екв / л, що необхідно для парових котлів. При необхідності зниження лужності води, може бути застосоване спільне натрій катіонірованіе і хлор іонірованіе. Кількість фільтрів може бути різним і відповідає першого ступеня пом'якшення.
Дозування реагентів необхідно для підтримки таких параметрів як рН і розчинений кисень. В якості реагентів використовуються тільки не дорогі і доступні реагенти, що дозволяють проводити хімподготовку без великих капітальних витрат. Дана стадія так само обговорюється з замовником і в певних випадках може бути відсутнім.
Основні проблеми іонообмінних схем - це збільшення споживання солі при підвищенні жорсткості води і утворення сольового стоку. Найчастіше експлуатаційні витрати на такі схеми можуть перевищувати капітальні протягом року.
Світова тенденція останніх десятиліть показує, що поступово іонообмінні схеми відходять на другий план, в порівнянні з технологією зворотного осмосу, які є практично безреагентна.
Принципова схема підготовки води представлена на малюнку 4.
Малюнок 4 - Принципова схема комбінованої підготовки води для котла
Вузли даної схеми можуть змінюватися в залежності від якості води і завдань. Так, наприклад, для підживлення котлів для систем водопостачання досить використання установки зворотного осмосу, так як на виході вона дозволить видати воду з жорсткістю 0,1-0,2 мг-екв / л, що буде цілком достатнім для використання.
Так само перспективними технологіями підготовки води для серйозних парових котлів є установки двоступеневого зворотного осмосу. Принципова схема представлена на малюнку 5.
Малюнок 5 - Принципова схема підготовки води для котла за допомогою установки двоступеневого зворотного осмосу
Двоступеневі установки зворотного осмосу відрізняються від звичайних наявністю другої стадії обробки води за допомогою мембран. При цьому відпадає необхідність використання солі для регенерації фільтрів, при тому що такі установки мають ряд переваг в плані компактності і високого ступеня автоматизації. Основною особливістю установок зворотного осмосу є скидання концентрованої води і споживання електроенергії під час роботи.
Сучасні модульні установки можуть виготовлятися в рамному виконанні, що дозволяє відправляти таке обладнання замовнику, а йому буде залишатися тільки підключитися до комунікацій і провести пуско-наладку обладнання за складеною інструкції. Така сьогоднішня тенденція - включив і має працювати.