Докотловая подготовка воды

Паровые котлы работают на смеси конденсата, выработанного ими пара и химически очищенной воды. В промышленных котельных потери конденсата могут достигать 70 % и более. Восполнение потерь конденсата обычно производится химически очищенной природной водой.

В соответствии с действующими правилами Госгортехнадзора России докотловая обработка воды должна предусматриваться:

  • 1) для всех котлов паропроизводительностью более 0,7 т/ч;
  • 2) для котлов, имеющих экранные поверхности нагрева, независимо от паропроизводительности и давления;
  • 3) для неэкранированных котлов, сжигающих высококалорийное топливо (газ, мазут);
  • 4) для всех водогрейных котлов.

Для неэкранированных котлов паропроизводительностью менее 0,7 т/ч и давлением пара до 1,4 МПа, работающих на твердом топливе, допускается внутрикотловая обработка воды. В этих случаях жесткость питательной воды не должна превышать 3 мг-экв/л.

Внутрикотловая магнитная обработка воды допускается для паровых чугунных секционных котлов при питании их исходной водой с преимущественно карбонатной жесткостью и при надежном удалении шлама.

Основными способами докотловой обработки воды являются: коагуляция и осветление, осаждение, магнитный метод, использование комплексонов, обработка путем ионного обмена.

Поверхностные воды требуют удаления грубой (частицы размером до 10~3 мм), тонкой ( 10_3—10-11 мм) взвеси коллоиднодисперсных веществ (10-6—10-11 мм) и цветности. Песок, глина, животные и растительные остатки образуют грубую и тонкую взвеси. Органические вещества, оксиды металлов, кремнекислые соединения могут находиться в коллоидном состоянии.

Процесс удаления из воды тонкой взвеси путем ввода специальных реагентов называется коагуляцией. Методы и оборудование для коагуляции и осветления воды выбирают в зависимости от характера и величины загрязнения (табл. 9.4).

Таблица 9.4

Методы обработки поверхностных вод

Показатель исходной воды

Вид обработки

Основное оборудование

Содержание взвешенных веществ, мг/л: до 50

Фильтрование

Механические однослойные (вертикальные и горизонтальные) фильтры с загрузкой антрацита с крупностью 0,6— 1,4 мм, высота слоя загрузки Н = 1000 мм

до 100

Фильтрование для удаления тонкой взвеси, фильтрование с коагуляцией

Механические фильтры с двухслойной загрузкой (антрацит и кварцевый песок); загрузка крупностью соответственно 0,7—1,7 и 0,5—1,2 мм. Высота загрузки каждого слоя 600—500 мм

более 100

Осветление с

последующим

фильтрованием

Осветлители для коагуляции с последующим фильтрованием через однослойные механические фильтры

Для осуществления процесса коагуляции применяют следующие реагенты: сернокислый алюминий А1(804 )3х12Н20, сернокислое железо Ре804х7Н20, хлорное железо РеС12х6Н?0.

Наибольшее распространение при коагуляции получил сернокислый алюминий, однако его применение ограничивается величиной pH обрабатываемой воды (6,5—7,5). В более щелочной среде образуется легкорастворимый алюминат натрия, поэтому при известковании в качестве коагулянта применяют сернокислое или хлорное железо, допускающие колебания pH в пределах 4—10.

К методам обработки воды путем осаждения относятся известкование, известково-содовый метод.

Известкование основано на связывании ионов, подлежащих удалению, в малорастворимые соединения, осаждаемые в виде шлама. Основное назначение известкования — удаление из воды связанной и свободной углекислоты, снижение щелочности и сухого остатка исходной воды с одновременным ее умягчением. Известкование, совмещенное с коагуляцией, позволяет обезже-лезить поверхностные воды, удалить органические вещества.

Процесс известкования осуществляется в осветлителях, при этом перед этим воду необходимо подогреть до 30—40 °С. Во избежание нарушения взвешенного шламового фильтра в осветлителях процесс подогрева воды осуществляется автоматически.

Применение известково-содового метода позволяет осаждать соли жесткости совместно известью и содой. При этом протекают те же реакции, что и при известковании, но магний удаляется полностью, а кальциевые соли некарбонатной жесткости удаляются содой :

СаС1 2 + N3003 -> СаСО + 2№С1; (9.2)

Са804 + N3003 -» СаСО 31 + N3 2804 (9.3)

Этот метод применяют для вод, в которых общая жесткость больше щелочности исходной воды.

Обработка воды магнитным способом заключается в воздействии магнитных полей на поток воды. При этом вода после воздействия магнитного поля при нагреве ее в котле не дает никаких отложений накипи, и соли жесткости выпадают в виде шлама.

Данный способ применяется только для обработки подпиточ-ной воды водогрейных котлов малой теплопроизводительности.

Магнитная обработка воды для водогрейных чугунных секционных котлов при закрытой системе теплоснабжения допускается при соблюдении следующих условий:

  • а) подогрев воды в котле не выше 95 °С;
  • б) карбонатная жесткость исходной воды не более 9 мг-экв/л;
  • в) содержание железа Ре 2+ не более 0,3 мг/л.

При обработке воды магнитным полем концентрация растворенных газов (02 и СО 2) и оксидов железа в ней снижается, т.е. уменьшение концентрации кислорода под влиянием магнитного поля является одним из способов торможения электрических процессов, а следовательно, и коррозии металлов.

К качеству воды, подлежащей магнитной обработке, предъявляются определенные требования. Вода не должна содержать механических примесей соединений железа больше установленных норм и агрессивного диоксида углерода. Концентрация диоксида углерода в природной воде определяется в значительной степени значением карбонатной жесткости. При карбонатной жесткости до 2,0—2,5 мг-экв/л почти весь растворенный в воде диоксид углерода по содержанию превышает равновесный и является агрессивным. С повышением карбонатной жесткости концентрация равновесного диоксида углерода возрастает, а агрессивного — падает.

Солесодержание исходной воды не имеет большого значения, но для вод с 5ИВ= 100 мг/кг и ниже и Жк< 1,5 мг-экв/кг применение магнитной обработки малоэффективно и нецелесообразно.

Содержание оксидов железа не должно превышать 0,4— 0,5 мг/кг во избежание значительных отложений в межполюсном пространстве, что вызывает образование «мостиков», шунтирующих магнитное поле.

Основным элементом каждого магнитного аппарата является магнит или электромагнит, в межполюсном пространстве которого протекает вода с определенной скоростью. Вода, подлежащая обработке, поступает в аппарат через патрубок, потом по кольцевому межполюсному пространству пересекает магнитные силовые линии, возникающие между внешним магнитопрово-дом и сердечником. Электромагнит подключается к сети переменного тока через селеновый выпрямитель. Более просты в эксплуатации аппараты на переменном токе.

Для обработки воды магнитным полем наиболее широко применяют аппараты ПМУ с постоянными магнитами и АМО-УХЛ4 с электромагнитами.

Для достижения необходимого эффекта при магнитной обработке воды нужно удалять образующийся шлам. Шлам обычно удаляется продувкой. При магнитной обработке наиболее экономичной и эффективной является нижняя продувка, если продувочное устройство примыкает непосредственно к грязевику.

Эффективным способом физического метода водоподготовки является ультразвуковой. В России накоплен определенный опыт применения ультразвуковых колебаний (20—40 кГц) для предотвращения накипеобразования в паровых котлах низкого давления.

Механическое воздействие ультразвуковых волн на процессы накипеобразования проявляется при вибрациях металлической поверхности, контактирующей с котловой водой. При воздействии сил инерции на растущий кристалл, а также при разрушающем действии поперечных волн на границе кристаллических связей прочность связи внутри накипи, между накипью и металлом нарушается, и образуются трещины.

Капиллярный эффект существенно увеличивает скорость проникания воды к поверхности нагрева, где она мгновенно испаряется, вызывая вспучивание и отслаивание накипи. Отслоившиеся чешуйки накипи, скапливающиеся в нижней части котла, удаляют периодической продувкой.

Большую роль играют содержащиеся в воде газовые пузырьки. Колеблющийся с ультразвуковой частотой пузырек попадает в трещину между металлом и накипью и нарушает сцепление накипи со стенкой.

Технически этот метод осуществляют путем установки магни-тострикционных импульсных преобразователей на стенки теплообменной аппаратуры при помощи приваренных к ней гаек в местах, наиболее приближенных к теплонапряженным точкам. Ультразвуковой импульсный генератор вырабатывает соответствующие ультразвуковые импульсы, которые через соединительный кабель передаются к магнитострикционному импульсному преобразователю, вызывающему микроудары по стенке теплообменной аппаратуры, которые приводят к отслаиванию накопившейся накипи. Отслаиваемые твердые частицы удаляют продувкой.

Применение комплексонов. содержащих фосфоновые группировки РО(ОН)2 для расслоения и отмывки отложений, основано на их способности в определенных концентрациях вступать во взаимодействие с ионами металлов (Са, Бе и др.) в широком диапазоне pH и образовывать устойчивые водорастворимые комплексы.

Фосфорсодержащие комплексы в концентрациях значительно меньших, чем стехиометрические, предотвращают образование накипи в перенасыщенных растворах малорастворимых солей СаС03. Это свойство комплексонов послужило основой для использования их в качестве ингибиторов солеотложения.

Ингибирующее действие комплексонов основано на их избирательной адсорбции на активных центрах образующихся кристаллов накипи, что препятствует как росту самих кристаллов, так и тормозит зарождение центров кристаллизации, меняет форму кристаллов. В перенасыщенных карбонатами кальция растворах комплексоны образуют прочный комплекс с ионами Са2+. Этот комплекс сорбируется поверхностью ранее образовавшихся кристаллов и образующихся зародышей кристаллов карбоната кальция и препятствует их направленному росту. Отсутствие центров кристаллизации за счет блокирования их на поверхности кристаллов обеспечивает поддержание раствора в перенасыщенном состоянии без выделения накипи. Этот эффект способствует размыванию ранее образовавшихся отложений. Эффективность применения комплексонов зависит от их концентрации и химического состава воды.

В системах, использующих комплексоны, необходимо применять самые интенсивные методы шламоудаления, правильно размещая шламоотделители и обеспечивая низкую скорость движения воды (при их включении по схеме байпаса).

Обработка комплексонами воды не предотвращает образования биологических и наносных отложений, поэтому используемая из поверхностных источников вода должна пройти предварительную механическую очистку.

Применение комплексонов не исключает необходимости деаэрации подпиточной воды.

Эффективность обработки воды оценивается сравнением значений карбонатной жесткости в прямой и обратной сетевой воде. После завершения процесса стабилизационной обработки воды в системе и отсутствия в ней накипи эти значения должны быть одинаковыми. При наличии накипи необходимо корректировать режим обработки воды.

Принципиальная схема установки для дозирования комплексонов в питательную воду приведена на рис. 9.1. Установка состоит из емкости с 5 %-ным раствором комплексона. Емкость изготавливают из нержавеющих материалов или покрывают изнутри кислотостойкой эпоксидной шпатлевкой. Это связано с тем, что концентрированные растворы комплексона приводят к коррозии металлов.

Раствор комплексона миниатюрным насосом-дозатором подают в магистраль линии подпитки водяной системы водогрейного котла или системы горячего водоснабжения. Подводящая трубка для подачи комплексона изготавливается из нержавеющей стали, она вмонтирована в водомер, подающий сигнал о величине расхода воды в блок автоматики, управляющий насосом-дозатором. Такое конструктивное исполнение упрощает монтаж установки.

Принципиальная схема установки для дозирования

Рис. 9.1. Принципиальная схема установки для дозирования

комплсксонов

/ — водомер с узлом подмешивания комплексона; 2 — бак с 5 %-ным раствором комплексона; 3 — насос-дозатор; 4 — указатель уровня; А — блок автоматики

В установке смонтирован датчик указания минимального уровня комплексона, который выключает установку при выработке находившегося в ней раствора комплексона. Это защищает насос-дозатор от завоздушивания всасывающего патрубка.

Для умягчения и снижения щелочности воды широко применяют метод ионного обмена с использованием катионитов и анионитов.

Для этого исходную воду пропускают через специальные фильтры, заполненные материалами, которые вступают в обменные реакции с солями жесткости. При этом катионы кальция и магния в воде замещаются на катионы натрия или другие, соли которых не образуют накипи. Из катионирующих материалов наибольшее распространение получили глауконит (природный минерал) и сульфоуголь (каменный уголь, обработанный концентрированной серной кислотой).

Катиониты при регенерации их растворами NaCl, НС1 (H2S04), NH4C1 образуют соответственно натриевую, водородную или аммонийную формы, которые условно можно обозначить следующим образом: NaR, HR, NH4R. При пропуске обрабатываемой воды, содержащей катионы кальция Са+2 и магния Mg+2, через отрегенерированный катионит протекают реакции обмена ионов Са+2 и Mg+2 на ионы Na+, Н+ или NH4+, содержащиеся в катионите. Этот процесс называется катионированием. Ниже рассмотрим три наиболее широко используемых метода умягчения воды, а именно: Na-катионирование, Н-катиониро-вание, Н-катионирование с «голодной» регенерацией и Na-МН4-катионирование.

1) Na-катионирование

Этот метод обработки воды основан на пропуске обрабатываемой воды через Na-форму катионита, для чего предварительно катионит регенерируется поваренной солью NaCl. При Na-кати-онировании воды протекают следующие реакции:

  • 2NaR + Са(НС03)2 CaR2 + 2NaHC03;
  • 2NaR + Mg(HC03)2^ MgR2 + 2NaHC03;
  • 2NaR + CaCl2 CaR, + 2NaCl;
  • (9.4)
  • 2NaR + CaS04 CaR2 + Na2S04;
  • 2NaR + MgCl2^4 MgR2 + 2NaCl;
  • 2NaR + MgS04^ MgR2 + Na2S04.

Как видно из вышеприведенных реакций, из обрабатываемой воды удаляются катионы Са+2 и Mg+2 (они сорбируются катионитом, а затем удаляются из фильтра при его регенерации 6— 10 %-ным раствором поваренной соли (NC1), поступающим в фильтр из солерастворителя, и промывке катионита), а в обрабатываемую воду поступают ионы Na+, анионный состав воды при этом не изменяется.

Одноступенчатым Na-катионированием можно получить воду с остаточной жесткостью до 0,02 мг-экв/л. В схеме двухступенчатого Na-катионирования можно получить воду с остаточной жесткостью менее 0,02 мг-экв/л.

Образовавшийся после Na-катионирования карбонат натрия NaHC03 распадается при высокой температуре (выше 150 °С) на едкий натр NaOH и диоксид углерода С03, являющиеся коррозийными агентами. Поэтому Na-катионитную обработку воды применяют обычно при отсутствии в системе теплоснабжения пиковых котлов и подогреве сетевой воды в пароводяных подогревателях до температуры не выше 150 °С.

При подготовке добавочной воды для паровых котлов низкого и среднего давления применяют схему двухступенчатого Na-катионирования, в которой воду после 1-й ступени подкисляют, в результате чего при взаимодействии ионов Н+ с бикарбонат-ионами НС03 образуется свободная углекислота. Для удаления из обрабатываемой воды углекислоты между 1-й и 2-й ступенями устанавливают декарбонизаторы.

2) Н-катионирование

Метод Н-катионирования основан на пропуске обрабатываемой воды через катионит, отрегенерированный раствором кислоты (НС1 или H?S04). В процессе фильтрования катионы, содержащиеся в обрабатываемой воде, обмениваются на ионы водорода Н+, содержащиеся в катионите. При этом протекают следующие реакции:

  • 2HR + Са(НС03)2^ CaR2 +2Н20 + 2С02;
  • 2HR + Mg(HC03)2^ MgR2 +2Н20 + 2С02;
  • 2HR + СаС12 CaR2 + 2НС1;
  • (9.5)
  • 2HR + MgS04 MgR2 + H2S04;
  • 2HR + NaClo NaR+ HCl;
  • 2HR + Na2 HS04 2NaR + H2S04.

При Н-катионировании в обрабатываемой воде содержатся только кислоты и сильно возрастает концентрация диоксида углерода С02. Для снижения концентрации С02 обрабатываемая вода после Н-катионитовых фильтров пропускается через декар-бонизатор.

3) Н-катионирование с «голодной» регенерацией

При обычном Н-катионировании регенерация проводится с удельным расходом кислоты, превышающим в 2—2,5 раза теоретически необходимый расход, который отвечает процессу эквивалентного обмена между раствором и катионитом. Избыток кислоты, не участвующий в реакциях обмена ионов, сбрасывается из фильтра в сток вместе с продуктами регенерации. При «голодной» регенерации удельный расход кислоты равен его теоретическому удельному расходу, т. е. 1 г-экв на 1 г-экв, или в пересчете на граммы для H2S04— 49 г/г-экв. Все ионы водорода Н+ регенерационного раствора при этом полностью задерживаются катионитом, вследствие чего сбрасываемый регенерационный раствор и отмывочные воды не содержат кислоты. В отличие от обычных Н-катионитовых фильтров, в которых весь слой катионита при регенерации переводится в Н-форму, при «голодном» режиме регенерируются только верхние слои катионита, а нижние слои остаются в солевых формах и содержат катионы Са+2, М§+2, N8 +2.

В верхних слоях катионита, отрегенерированного «голодной» нормой кислоты, при работе фильтра имеют место реакции ионного обмена. В нижних неотрегенерированных слоях катионита ионы водорода Н образовавшихся минеральных кислот обмениваются на ионы Са+2, 1У^+2, №+2 по уравнениям:

СаЯ2 + 2НС1 -> 2НЯ + СаС12;

МвЯ2 + Н2$04 -> 2НК + М8$04; (9.6)

НС1 -» НИ. + ШС1,

т.е. происходит нейтрализация кислотности воды и при этом восстанавливается ее некарбонатная жесткость, а зона слоя, содержащего ионы Н+, смешается постепенно вниз. В результате в процессе Н-катионирования с «голодной» регенерацией происходит частичное умягчение воды и существенное снижение ее щелочности, а также снижение общего солесодержания за счет удаления карбонатной жесткости. Для удаления из воды свободной углекислоты устанавливают декарбонизаторы, а для получения требуемой жесткости производят дополнительное доумягче-ние на натрий-катионитовых фильтрах.

4) Натрий-аммоний-кашонировшие применяют тогда, когда одновременно с умягчением необходимо снизить как щелочность котловой воды, так и содержание углекислоты в паре, но с допущением некоторого количества аммиака.

Различают совместное натрий-аммоний-катионирование (в установленных фильтрах часть сульфоугля обогащена поваренной солью, а часть — сульфатом аммония (МН4)7504), рекомендуемое для вод с щелочностью 1,25—3 мг-экв/л, и параллельное (устанавливают раздельные фильтры с соответствующим обогащением сульфоугля поваренной солью и сульфатом аммония). Этот способ рекомендуется при щелочности исходной воды 4— 6 мг-экв/л. Схема раздельного натрий-аммоний-катионирова-ния показана на рис. 9.2. По этой схеме исходная вода вначале проходит через Ыа-катионитовый фильтр 2, а затем умягченная вода полностью или частично проходит через МН4-катионито-вый фильтр 4, заполненный сульфоуглем, насыщенным солями аммония. Аммоний-катионитовый фильтр регенерируется 2— 3 %-ным раствором сульфата аммония, содержащимся в резервуаре 3. Натрий-катионитовый фильтр регенирируется раствором поваренной соли, поступающим из солерастворителя /.

Схема натрий-аммоний-кагиониговой установки

Рис. 9.2. Схема натрий-аммоний-кагиониговой установки

При совместном натрий-аммоний-катионировании часть фильтра заполняется сульфоуглем, насыщенным поваренной солью, а часть — сульфоуглем, обогащенным сульфатом аммония. Фильтр регенерируется общим раствором сульфата аммония и хлористого натрия.

Катионитовые фильтры (рис. 9.3) имеют диаметры 700— 3000 мм и высоту, как правило, 3—6 м. Фильтр заполняют катионитом приблизительно на 2/3 его высоты. В нижней части фильтра располагается дренажное устройство, предназначенное для равномерного распределения воды по сечению фильтра. Это устройство состоит из коллектора и системы труб. Фильтр имеет ряд входных отверстий, на которых установлены задвижки, с помощью которых его включают в работу, производят взрыхление, регенерацию и промывку после регенерации. Регенерация производится, как правило, не чаще 2—3 раз в сутки.

Для хранения реагентов предусматриваются, как правило, склады «мокрого» хранения.

При расходе реагентов до 3 т в месяц допускается их хранение в сухом виде в закрытых складах.

Раствор поваренной соли при мокром ее хранении, применяемый для регенерации фильтров, хранится в железобетонном резервуаре-бункере, заглубленном в земле, рассчитанном на 10-дневный запас при доставке его автомобильным транспортом и 30-дневный — при доставке железнодорожным транспортом. Вместимость резервуаров для «мокрого» хранения реагентов принимается из расчета 1,5 м3 на 1т сухого реагента. При расположении резервуаров для «мокрого» хранения реагентов вне здания предусматривают устройства, предохраняющие растворы от замерзания.

Катионитовмй фильтр

Рис. 9.3. Катионитовмй фильтр

Резервуар-бункер сообщается с солерастворителем или мерником крепкого раствора (26 %) соли. Подается соляной раствор в фильтры с помощью специального насоса либо водоструйным эжектором. Для взрыхления и промывки фильтров при их регенерации устанавливают специальный промывочный бак на такой высоте, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление фильтров. В противном случае устанавливают промывочный насос.

Качество пара и воды, как правило, контролируют в специализированных лабораториях промышленных предприятий или районных служб эксплуатации систем теплоснабжения.

При невозможности использования для этих целей указанных лабораторий необходимый контроль осуществляется непосредственно в котельных.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >