Физико-химические свойства воды и показатели качества воды и пара

Вода в котельных используется на восполнение потерь пара, конденсата, сетевой воды, а также на собственные нужды котельной. Забор воды осуществляют либо из водопровода, либо из артезианских скважин или открытых водоемов.

Комплекс специальных устройств, обеспечивающих очистку воды, необходимой для возмещения расходов воды и пара на покрытие потерь и другие нужды котельной, называется водоподготовкой.

К показателям качества воды, идущей на указанные выше нужды, предъявляют определенные требования.

К числу важнейших показателей качества воды относятся: содержание взвешенных веществ, сухой остаток, общая жесткость и ее составляющие, ионный состав, окисляемость, содержание растворенных газов.

В природных водах взвешенные вещества содержатся в виде частиц песка, отмершей растительности и глиняной суспензии, легко удаляемых при механическом фильтровании.

Содержание взвешенных частиц (мг/л), определяют по прозрачности воды.

Сухой остаток (мг/л) определяют путем выпаривания свободной от взвеси (после фильтрования) пробы и высушивания остатка при 105—110 °С.

Плотный остаток (мг/л) определяют путем выпаривания и высушивания при 105—110 °С нефильтрованной пробы.

Минеральный остаток (общее солесодержание) определяется как сумма катионов и анионов, полученных в результате полного химического анализа воды.

Жесткость — показатель, определяющий содержание в воде катионов кальция и магния — катионов накипеобразователей.

Общая жесткость воды Ж₀ (мг-экв/л) определяется как сумма содержания в воде ионов кальция Са²⁺ (кальциевая жесткость) и магния М§²⁺ (магниевая жесткость).

Карбонатная (временная) жесткость Ж_к является частью общей жесткости, эквивалентной концентрации бикарбонат-ионов НС0₃.

Некарбонатная (постоянная) жесткость Ж_н к является разностью между карбонатной и общей жесткостью.

Наличие в воде бикарбонатов Са(НСО)₃ и Гу^(НСО)₃ обуславливает карбонатную жесткость, а наличие в воде хлоридов, сульфатов и некарбонатных солей кальция и магния (СаС1₂, №^С1₂, Са80₄, №^80₄, Са8Ю₃, MgSi0₃) — некарбонатную жесткость.

При нагревании воды соли карбонатной (временной) жесткости распадаются и образуют нерастворимые соли, выпадающие в виде рыхлого осадка, удаляемого продувкой. Соли же некарбонатной (постоянной) жесткости образуют на внутренних стенках труб котла плотный осадок—накипь.

За единицу измерения жесткости воды принят 1 мг-экв/кг, что соответствует содержанию в 1 кг воды 28 мг оксида кальция или 21 мг оксида магния.

По общей жесткости все природные воды условно делятся на мягкие Ж_а = 4 мг-экв/кг, средней жесткости Ж₀ = 4—7 мг-экв/кг и жеские Ж₀ = 7 мг-экв/кг.

Щелочность — показатель, определяющий содержание в воде гидроксильных ионов ОН", анионов слабых кислот НС0₃, С0₃, Р0₄, 8Ю₃ и других, связанных с катионоитами N3, К, Са , 1У^, которые при диссоциации образуют сильные щелочи и придают раствору щелочной характер.

Общей щелочностью воды Щ₀, мг/л, называют сумму содержащихся в ней гидроксильных ионов и анионов слабых кислот. Щелочность Щ₀ определяется титрированием пробы воды соляной кислотой в присутствии сначала фенолфталеина, а затем — метилоранжа. В природных водах щелочность обусловлена присутствием карбонатов, бикарбонатов, гидратов, поэтому различают:

гидратную щелочность Щ_у, обусловленную концентрацией в воде гидроксильных ионов ОН";

карбонатную щелочность Щ_к, обусловленную концентрацией в воде карбонатных ионов С0²"₃;

бикарбонатную щелочность Щ_б, обусловленную концентрацией в воде бикарбонатных ионов НСО"₃.

Относительной щелочностью Щ_ОТ называется общая щелочность воды в пересчете на ЫаОН, отнесенная к сухому остатку и выраженная в процентах,

Щ_от = Щ_а- 40- 100 /5, (9.1)

где Щ₀ — общая щелочность воды, мг-экв/л;

• 5 — сухой остаток воды, мг/л;
• 40 — эквивалент ШОН.

Ионный состав воды определяют растворенные в ней соли, которые в той или иной степени диссоциированы на ионы. Вода как электролит электрически нейтральна, так как сумма положительно заряженных ионов (катионов) всегда равна сумме отрицательно заряженных ионов (анионов).

Кремнесодержание — общая концентрация в воде кремнесодержащих соединений, выраженная в пересчете на 5Ю₂, мкг/кг.

Содержание соединенный железа и меди — общее содержание солей меди и железа, мкг/кг.

Показатель концентрации водородных ионов (pH) характеризует реакцию воды (кислая, щелочная, нейтральная).

Для паровых котлов общую щелочность и сухой остаток питательной воды не нормируют. Они обусловливаются выбранными методами обработки в соответствии с допустимыми размерами продувки котлов и качеством исходной воды, приведенным в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Показатели качества питательной воды для паровых котлов

при докотловой обработке

Окончание табл. 9.1

Примечание. Перед косой чертой указаны значения для котлов, работающих на твердом топливе с локальным тепловым потоком 350 кВт/м², а после черты — для котлов, работающих на газе и жидком топливе, а также для котлов, работающих на твердом топливе с локальным тепловым потоком более 350 кВт/м².

Качество насыщенного и перегретого пара должно отвечать нормам, приведенным в табл. 9.2.

Нормы качества насыщенного перегретого пара

Таблица 9.2

• * Для котлов без пароперегревателей допускается влажность пара до 1 % (солесодержание не нормируется).
• ** Для установок, не имеющих разветвленной системы конденсатопрово-дов у потребителей пара и большого числа теплообменной аппаратуры, допускается содержание свободной углекислоты в паре до 100 мг/кг (централизованное потребление пара с вентиляцией паровых объемов теплоиспользующих аппаратов).

При эксплуатации паровых котлов и при выборе схем водоподготовки качество котловой (продувочной) воды нормируют по общему солесодержанию (сухому остатку) (табл. 9.3). Допустимое солесодержание устанавливает завод-изготовитель в зависимости от конструкции сепарационных устройств, которыми оборудован котел.

Таблица 9.3

Расчетные нормы качества котловой воды при внутрикотловой обработке

По данным Бийского котельного завода, солесодержание котловой воды в котлах с одноступенчатым испарением не должно превышать 3000 мг/л (котел с пароперегревателем) и 1500 мг/л (котел без пароперегревателя), а в котлах с двухступенчатым испарением и выносными ступенями — 1500 в первой ступени испарения и 6000— 10000 мг/л во второй ступени испарения.