Паровые котельные установки: водоподготовка котлов

537
Фото: Shutterstock
Фото: Shutterstock
Ненадлежащее качество воды вызывает на поверхности оборудования паровых котлов коррозию, образование накипи и минеральных отложений. Это может привести к сокращению сроков эксплуатации оборудования, преждевременному выходу его из строя, снижению КПД котельной установки и росту производственных издержек. Комплекс мероприятий по предотвращению таких негативных явлений называется водоподготовкой для котельной с паровыми котлами.
И.А. Поминов, 
начальник отдела специальных проектов ГГБУ «Агентство Инновации»

В этой статье вы прочитаете: 

  • Особенности паровых котельных установок
  • Водоподготовка парового оборудования котельных

Особенности паровых котельных установок

В паровых котельных установках, как и в других теплоэнергетических установках и системах водоснабжения, образование минеральных отложений обусловлено недостаточным удалением из воды солей жесткости. Процессы коррозии металлов также вызваны совместным действием кислорода и воды. Однако наряду с общими закономерностям процесс коррозии и накапливания отложений в паровых котлах имеет специфические особенности. Связано это с тем, что оборудование в таких котельных эксплуатируется при более высоких температурах, а также при воздействии водяного пара под высоким давлением.

Сам по себе сухой водяной пар коррозию металлов не вызывает. Однако присутствие в нем в качестве примесей углекислого газа и кислорода при высоких температурах влечет интенсивное разложение защитных окисных пленок по всей поверхности металла. Как следствие — сплошная равномерная коррозия оборудования паровых котельных установок.

Углекислый газ образуется в результате разложения бикарбонатов и карбонатов, а иногда поступает вместе с воздухом, который подсасывается через дефекты в герметизации оборудования. Вода, образующаяся при конденсации водяного пара, активно поглощает кислород и углекислый газ. Получается раствор угольной кислоты, который разъедает поверхность металла.

В нормативной документации и правилах по эксплуатации оборудования точно указано, какие предельные концентрации примесей могут присутствовать в используемой воде после водоподготовки.

Обычно водоподготовка для паровых котлов включает примерно те же стадии, что и на всех других объектах водоснабжения. Некоторые отличия в технологической схеме в большинстве случаев вызваны различием в составе примесей исходной воды, конструкции котла и его мощности.

Так, питательная вода для паровых котлов может поступать из природных водоисточников и из системы централизованного водоснабжения.

Вода из системы централизованного водоснабжения обычно проходит предварительную водоочистку и поэтому содержит значительно меньше примесей. В этом случае водоподготовка обычно проводится по упрощенной схеме.

Если же вода для котлов поступает из природного водоисточника, то состав примесей в ней может быть достаточно широк. В этом случае очистка воды включает дополнительные стадии.

Но наиболее оправданно проведение полного анализа исходной воды, результаты которого позволят разработать технологическую схему системы водоподготовки, а в период проектирования подобрать необходимое оборудование. Для реализации этих задач в технологической схеме предусматриваются следующие основные стадии:

  • удаление механических примесей;
  • умягчение воды;
  • обессоливание;
  • дегазация;
  • дозирование химических реагентов.

ДЛЯ СПРАВКИ

Паровые котлы с естественной и многократной принудительной циркуляцией паропроизводительностью 0,7 т/ч и более, паровые прямоточные котлы независимо от паропроизводительности, а также водогрейные котлы должны быть оборудованы установками для докотловой обработки воды.

Подпитка сырой водой котлов, оборудованных устройством для докотловой обработки воды, не допускается.

Методические указания по надзору за водно-химическим режимом паровых и водогрейных котлов. РД 10-165-97

Механическая очистка

Для очистки воды от механических примесей может использоваться обычный фильтр механической очистки или же гравийный фильтр. В последнем случае основу фильтровальной среды составляет гравий разной степени дробления. При поступлении воды это куски более крупного размера, ближе к концу очистки гравий имеет совсем мелкий помол, который помогает удержать примеси размером с песчинку. Данный этап помогает устранить из воды любые твердые неорганические примеси. После исчерпания своего ресурса такой фильтр можно промывать обычной водой.

Умягчение

Следующим этапом водоподготовки обычно идет умягчение. Здесь используют ионообменные смолы, в частности катионообменники в Na-форме. В процессе ионообменной фильтрации на катионообменной смоле задерживаются катионы кальция и магния, а в воду поступают катионы натрия. После выработки своего ресурса ионообменная смола отправляется на регенерацию, в результате чего образуются стоки с высокой концентрацией солей.

Кроме того, в последнее время для умягчения воды в системах паровых котлов стала применяться так называемая безреагентная обработка воды. В большинстве случаев такая обработка включает воздействие на воду электрических, магнитных, электромагнитных и кавитационных полей. Это воздействие формирует из нерастворимых примесей легкие подвижные осадки, которые удаляются простым фильтрованием.

Обессоливание

После умягчения воду часто отправляют на установки обессоливания, работающие по принципу обратного осмоса. Основу таких установок составляют очень тонкие мембраны, которые пропускают преимущественно воду и задерживают основную долю солей. Эти мембраны очень чувствительны к присутствующим в воде примесям, поэтому воду на такую очистку подают только после предварительной обработки.

Дегазация

После умягчения и обессоливания воду направляют на дегазацию. На котельных установках наиболее экономически выгодно проводить термическую дегазацию, за счет использования местного тепла. При термической дегазации воду нагревают до температуры, когда растворимые газы испаряются. Часто для паровых котлов малой мощности и установок с возвратным конденсатом применяют системы с частичной дегазацией. Такие аппараты обычно работают в температурном диапазоне 85–90 °С. В этих условиях большинство растворимых газов испаряются с поверхности нагретой воды и удаляются вместе с выпаром.

Если котельная установка имеет достаточно высокую энергетическую мощность или на ней получают невозвратный конденсат, применяют деаэрацию атмосферного или вакуумного типа, при которой газы удаляются за счет нагрева путем диффузии из дисперсных частиц воды. На таких установках для роста интенсивности выделения газов увеличивают поверхность испарения. Это достигается за счет подачи воды тонкими струйками или в виде капель. При таком способе деаэрации воды остаточная концентрация растворимых в воде газов становится ничтожно мала.

К СВЕДЕНИЮ

«В августе 2011 г. <…> был заключен договор на проведение химической промывки внутренних поверхностей нагрева водогрейного котла КВГМ-20/150.

Очистка от отложений проводилась в два этапа ингибированной соляной кислотой с последующей нейтрализацией едким натрием.

В результате проведения промывки были получены следующие результаты:

— удельная загрязненность внутренних поверхностей нагрева уменьшилась с 1377 до 50–100 г/кв. м; гидравлическое сопротивление водяного тракта котла уменьшилось с 4 до 2,5 кгс/ кв. см;

— температура уходящих газов на максимальном режиме снизилась с 252 до 173 °С;

— максимальная тепловая нагрузка увеличилась с 15 до 17 Гкал/ч; КПД котла вырос на 6% и составил 90%».

Из отзыва теплоснабжающей организации

Химическая очистка

Завершающим этапом водоподготовки обычно является обработка воды химическими реагентами, которые поглощают остатки растворенных газов, связывают оставшиеся соли жесткости, регулируют значение щелочности воды, ингибируют коррозию металлов, а также способствуют удалению шлама и разрушению минеральных отложений.

Для удаления остатков растворимого кислорода в воду дозируют поглотители кислорода. В качестве таких соединений обычно используют сульфит натрия, танин или соединение DEHA. Последнее из перечисленных — диэтилгидроксиамин, который быстро и полностью связывает остаточный кислород, начиная с питательного тракта, и продолжает свое действие на всем протяжении паровой системы.

Поглотители кислорода добавляют в количествах прямо пропорциональных содержанию оставшегося растворимого кислорода. Для обеспечения максимальной защиты поглотители кислорода следует дозировать на удалении от места входа холодной воды. Поэтому часто поглотители кислорода вводят непосредственно в горячую часть конденсационного бака. Это позволяет обеспечить наиболее полное смешение поглотителя кислорода с водой и дождаться завершения химической реакции до момента, когда обработанная вода попадет в паровой котел.

Паровые котельные установки: водоподготовка котлов

Для связывания солей жесткости и соединений железа применяют препараты, содержащие три-полифосфат натрия, гексаметафосфат и некоторые другие реагенты. В результате химической реакции оставшихся солей кальция, магния и железа с указанными препаратами образуется мелкодисперсный шлам, который легко удаляют путем фильтрации через фильтр механической очистки. Помимо перечисленных реактивов, для связывания солей жесткости и соединений железа широко используется препарат Hydro-X, выпускаемый различными производителями.

Однако необходимо учитывать, что очень чистая вода при высокой температуре является достаточно агрессивной по отношению ко многим металлам и сплавам на их основе. Поэтому в такую воду следует добавлять ингибиторы коррозии.

Коррозия в условиях эксплуатации парового котла в значительной степени вызвана загрязнением водяного пара углекислым газом, обладающим кислотными свойствами. Для связывания углекислого газа в систему парового котла добавляют нейтрализующие амины. В зависимости от типа, эти реагенты могут быть добавлены в воду, подаваемую в паровой котел, или непосредственно в коллектор пара. Испаряясь вместе с водой, нейтрализующие амины в газовой фазе взаимодействуют с углекислым газом. В результате этого при конденсации водяного пара свободной углекислоты уже не существует. Обычно в этих препаратах присутствует целый набор аминов с различными температурами конденсации. Это приводит к тому, что некоторые амины конденсируются быстрее и проявляют защитные свойства в самом начале конденсатных линий. Другие же амины из этих препаратов конденсируются позже и осуществляют защиту в последующих участках. Сложность применения этого типа реагентов заключается в трудности проведения анализа на определение их концентрации.

ДЛЯ СПРАВКИ

Для установок химводоподготовок следует предусматривать регуляторы:

температуры исходной воды и регенерационного раствора при установке осветлителей;

расхода исходной воды и регенерационного раствора к осветлителям;

уровня воды в баках исходной и химочищенной воды;

дозирования реагентов в установках корректирования водного режима паровых котлов и систем теплоснабжения.

СП 89.13330.2012. Свод правил. Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76

Для продолжительной работы паровых котлов требуется корректировать уровень рН котловой воды. Чаще всего для этой цели используют препараты на основе гидроксида натрия. Их дозируют в системы с низкими значениями рН воды для повышения уровня щелочности, когда скорость коррозии минимальна. Помимо того обычно эти реагенты также обладают способностью разрыхлять минеральные отложения.

В то же время для снижения скорости образования отложений часто используют соединения полимерной природы, которые осаждаются на металлической поверхности оборудования, образуя тонкую пленку. Ранее для обработки применяли полифосфорные кислоты. Однако эффект был недолговечен. К тому же обработанную воду нельзя было употреблять в пищевых целях. Поэтому более перспективно использовать пленкообразующие амины, механизм действия которых подобен.

Главная проблема при введении в воду химических реагентов — возможность передозировки. В большинстве случав это происходит при отсутствии непрерывного контроля за качеством воды, а также из-за того, что дозы реагентов назначаются эмпирически.

Передозировка реагента для удаления накипи приводит к повышению электропроводности воды. Как следствие, выпадают новые порции осадка и образуется шлам. Также может произойти вспенивание воды. Из-за этого строго регламентированный уровень воды в котле изменяется, котел приходится останавливать. Помимо этого вспенивание котловой воды сопровождается резким перепадом давления водяного пара, что может привести к гидроудару.

Продувка

При продувке часть водяного пара удаляется вместе с каплями воды, содержащими шлам, взвешенные вещества и твердые осадки. Эти примеси образуются из остатков солей жесткости и продуктов коррозии металлов. Их концентрация в котловой воде с течением времени повышается. При достижении определенных значений в котловой воде может возрастать поверхностное натяжение, осложнится выход паровых пузырей из кипящей воды. Это приведет к вспениванию и уносу части котловой воды. В результате в паровую систему поступают загрязняющие ее твердые вещества.

Чтобы не допустить пенообразования и уноса воды, необходимо постоянно отслеживать концентрацию в ней твердых веществ. Для большинства паровых котлов концентрация твердых веществ не должна превышать 3500 мг/л. Однако эта величина может иметь и более низкое значение. Например, для тех моделей паровых котлов, у которых имеется небольшое пространство для пара, а подпиточная вода высокощелочная.

При превышении допустимых значений содержания твердых веществ котловую воду очищают с помощью продувки, а вместо удаленной воды заливают очищенную. Конечно, продувки позволяют поддерживать чистоту, но при этом необходимо помнить, что их проведение сопряжено со значительным расходом тепловой энергии.

Процедура водоподготовки не считается законченной, пока не проведен аналитический контроль качества полученной воды. Чаще всего отслеживаются значения электропроводности, уровня рН, показатели жесткости и щелочности, а также концентрация растворенного кислорода. Насколько часто требуется проводить замер всех этих параметров, обычно сообщают производители котельного оборудования, а также контролирующие органы.



Мероприятия

Школа

Проверь свои знания и приобрети новые

Посмотреть

Самое выгодное предложение

Самое выгодное предложение

Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

Живое общение с редакцией





Электронная система

Можно ли за невыполнение предписания ГЖИ отделаться предупреждением?

Ответы на этот и другие вопросы вы найдете в электронной системе «Управление многоквартирным домом»

Получить доступ
ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВАЭЛЕКТРОННЫЙ КАТАЛОГ
НАШИ ПАРТНЁРЫНАШИ ПАРТНЁРЫ

Рассылка




© МЦФЭР, 2006-2016. Все права защищены.

По вопросам подписки обращайтесь по телефонам: 
Москва: 8 (495) 775-48-44 
Другие регионы: 8 (800) 775-48-44 

Получите техническую поддержку: 
по телефону: +7 (495)-937-90-82 
e-mail: sd@mcfr.ru 


  • Мы в соцсетях