Солерозчинники.

1.Природна водамає в своєму складі механічні домішки, розчинені хімічні речовини і гази.

Атмосферна дощова вода поглинає з повітря кисень, азот, вуглекислий газ, пил та інші забруднюючі її речовини. Проникаючи в ґрунт вона розчиняє солі натрію, кальцію, магнію та інших елементів, що зустрічаються їй на шляху.

Вода в природі накопичується в підземних пустотах або на поверхні землі.

Підземна вода прозора, не має зважених частинок, але має багато розчинених мінеральних речовин.

Поверхнева вода має в собі механічні домішки, зважені частинки і деякі біологічні елементи. До неї відноситься річна, озерна і морська вода.

Сукупність властивостей води, що характеризуються концентрацією в ній домішок, називається якістю води.

Основними показниками якості води є: жорсткість, лужність, сухий залишок, прозорість, наявність масел і корозійно-активних газів.

Жорсткістю води називають суму концентрацій, розчинених в ній з’єднань кальцію і магнію. За одиницю жорсткості прийнятий (мг-екв/кг) – для вимірювання великих жорсткостей і (мкг-екв/кг) – для вимірювання малих жорсткостей. Загальна жорсткість води складається з тимчасової (карбонатної) і постійної (некарбонатної).

При живленні котлів жорсткою водою на стінках барабанів, колекторів та труб відкладається накип, складові з’єднання якого міцно з’єднуються з поверхнею металу. Накип і шлам мають низьку теплопровідність, в результаті чого погіршується теплопередача через забруднені стінки. Це викликає наступні негативні явища:

- місцевий перегрів стінок котла, внаслідок чого утворюються випучини і свищі;

- розриви жарових, кип’ятильних, екранних і димогарних труб і вибухи котлів;

- зниження тепло- і паропродуктивності котлів;

- збільшення процесу корозії;

- перевитрата палива:

Таблиця 4.1 – Залежність перевитрати палива від товщини накипу

Лужність являє собою сумарну концентрацію розчинених у воді бікарбонатів, карбонатів, гідратів і гуматів (солей слабких органічних кислот). Лужність вимірюється тими ж одиницями, що і жорсткість. Лужність котлової води характеризується величиною рН.

Якщо рН = 7 – вода нейтральна;

рН > 7 – вода лужна;

рН < 7 – вода кисла.

Сухий залишок – це загальна кількість розчинених у воді солей і лугів, що залишились після випаровування води і висушування залишку при температурі 110°С до постійної маси. Він виражає придатність даної води для живлення парових котлів. Сухий залишок виражається в (мг/кг)чистої води.

Масло потрапляє в живильну воду від парових поршневих насосів, а також при використанні для живлення котлів конденсату, забрудненого маслом в умовах змієвикового підігріву нафтопродуктів і відсутності достатньої щільності парових змійовиків. Вміст масла виражається в (мг/кг)чистої води.

Наявність в живильній і підживлюючій воді корозійно-активних газів (О₂, СО₂, Н₂S) приводить до виникнення і розвитку корозії металів. Вміст газів виражається в (мкг/кг)води.

В залежності від потужності і призначення котельних установок, а також від складу вихідної води підготовка живильної і підживлюючої води повинна включати освітлення, пом'якшення і деаерацію.

Освітлення води заключається в пропусканні води через освітлювальні фільтри з метою видалення механічних домішок. Освітленню підлягають поверхневі води.

2.Пом'якшенням називається видалення з води утворюючих накип з’єднань кальцію і магнію. Застосовують докотлову і котлову обробку води.

Найбільш поширеним в опалювально-виробничих котельних методом пом’якшення води є катіонітовий. Він оснований на здатності нерозчинних у воді катіонітів (сульфавугілля, синтетичні смоли КУ-1 і КУ-2) замінювати катіони Na⁺ і Н⁺, що

знаходяться в них, на катіони Са⁺⁺ і Мg⁺⁺, що знаходяться у воді.

Рисунок 4.8 – Nа – катіонітовий фільтр:

1 – корпус; 2 – трубопровід реагентів; 3 – лійка; 4 – пристрій розподілення реагентів; 5,11- люки; 6 – повітряна трубка; 7 – труба; 8,9 – манометри; 10 – трубопровід промивочної води; 12 – відвідний трубопровід; 13 – трубопровід подачі води; 14 – дренажний пристрій; 15 – бетон.

Рисунок 4.9 – Пластмасовий щільовий ковпачок ВТН – К(а) і фарфоровий щільовий ковпачок

ВТН – 5 (б).

Рисунок 4.10 – Катіонітна установка: а – фільтр; б – солерозчинник:

1 – підведення свіжої води; 2 – підведення розчину солі; 3 – підведення промиваючої води;

4 – дренажний пристрій; 5 – вихід пом’якшеної води; 6 – випускна труба; 7 – переливання у дренажний канал; 8 – засувка випуску промивної води; 9 – засувка впуску промивної води; 10 – засувка випуску води; 11 – корпус солерозчинника; 12 – люк для завантаження солі; 13 – засувка випуску промивної води; 14 – засувка виходу розсолу.

Рисунок 4.11 – Нижній дренажний пристрій фільтра.

Рисунок 4.12 – Об’єднаний верхній розподільчий пристрій для фільтрів типу „зірка".

На котельних використовуються Nа – катіонітовий і Н – катіонітовий методи пом’якшення води.

2Nа(К) + Са(НСО₃)₂/ Мg(НСО₃)₂ = Са(К)₂¯ / Мg(К)₂¯ + 2МаНСО₃

2Nа(К) + СаSО₄ / МgSО₄ = Са(К)₂¯ / Мg(К)₂¯ + Na₂SО₄

2Н(К) + СаSО₄ / МgSО₄ = Са(К)₂¯ / Мg(К)₂¯+Н₂SО₄

Після Nа – катіонування одержуємо лужний фільтрат,а після Н – катіонування – кислий, і якщо змішати обидва у визначеній пропорції можна одержати практично повністю пом’якшену воду із заданою величиною лужності.

Основними елементами катіонітових установок є фільтри (рисунок 4.8 і 4.10 (а)). Катіонітовий фільтр складається з циліндричного корпуса (Æ670, 1030, 1525, 2000, 2500, 3040 мм)зі сферичними днищами. Фільтр завантажується катіонітом через верхній люк, а вивантажується – через нижній. Висота шару катіоніту в залежності від жорсткості вихідної води може досягати 3 – 4 м.Внизу фільтра на бетонній подушці встановлюється дренажний пристрій (рисунок 4.11), що складається з колектора з системою дренажних труб, до яких приварені патрубки з накрученими ковпачками (рисунок 4.9). Ковпачки, виготовлені з пластмаси або фарфору, мають на своїх гранях щілини шириною 0,3 мм.

Вода поступає у верхню частину фільтра, де знаходиться водорозподільчий пристрій (рисунок 4.12), проходить через шар катіоніту і відводиться через дренажний пристрій в деаераційну колонку і звідти в бак живильної води.

В процесі пом’якшення катіонітовий матеріал насичується кальцієм і магнієм і втрачає свою здатність до обміну з солями жорсткості. Для поновлення (регенерації)обмінної здатності через фільтр пропускають розчин кухонної солі (8 – 10 %) або соляної кислоти(1,5 – 2%) в залежності від способу катіонування. Регенерація складається з трьох операцій: розпушенняфільтруючого матеріалу потоком води знизу вверх, самої регенерації катіонітуі відмивкийого пом’якшеною водою. Регенерацію в залежності від якості води проводять 2 – 3 рази на добу. Під час регенерації, яка займає біля 2 годинводу пропускають через резервний фільтр.

Ревізію фільтра потрібно проводити не менше одного разу в рік з заміною верхнього шару катіоніту (10 – 15 см),а ремонт з вигрузкою катіоніту – не менше одного разу в два роки.

3.Для кращого сприймання інформації про норми якості живильної подамо ці данні в табличній формі.

Таблиця 4.2 – Норми якості живильної води для водотрубних котлів з робочим тиском пари до

4 МПа.

Таблиця 4.3 – Норми якості мережевої і підживлюючої води водогрійних котлів

^* - для котлів, які працюють на мазуті.

4.Внаслідок того, що в воді присутні розчинені солі кальцію і магнію, при нагріванні може утворюватися накип, який погано впливає на теплві властивості котлів. Тому необхідно проводити очищення живильної і підживлюючої води від цих солей.

При хімічному способі котлової очистки в живильну воду парових котлів додають антинакіпини – речовини, здатні утворювати шлам, що видаляється з котла продувкою. Використовують цей метод для неекрангованих котлів без пероперегрівачів, що мають достатні об’єми нижніх барабанів, з яких може бути забезпечений відвід утвореного шламу.

В ролі осадкових речовин використовують в основному каустичну соду NaOH, кальциновану соду Na₂CO₃, тринатрійфосфат Na₃РO₄. Вводять розчин в живильну воду або безпосередньо в барабан котла. Важливою умовою успішної обробки води є дозування антинакіпину, бо надлишок призводить до кристалізації або спінення і виносу води.

5.Розчинені у воді гази необхідно видаляти, бо вони призводять до корозії стінок котла, передчасного спрацювання, а іноді і до аварії. Розчинені гази (О₂, СО₂) і повітря видаляють з води деаерацією. Відомо декілька її способів: термічний, хімічний, електромагнітний, високочастотний і ультразвуковий. Три останніх ще недостатньо освоєні і на котельних з паровими і водогрійними котлами найбільше розповсюдження одержав термічний.

Розчинення у воді газів зменшується з підвищенням температури і зовсім кінчається при досягненні температури кипіння, коли розчинені гази повністю видаляються з води.

Існує декілька типів термічних деараторів, але в котельних з паровими котлами застосовуються змішуючі атмосферного типу (ДСА).

Такий деаератор складається з вертикальної циліндричної колонки ø 1 – 2 м і висотою 1,5 – 2 м встановленої на горизонтальному циліндричному бакові, призначеному для зберігання запасу деаерованої води.

Рисунок 4.13 – Схема струминного деаератора: 1 – колонка; 2 – бак–аккумулятор; 3 – водопоказуюче скло; 4 – манометр; 5 – гідрозатвор; 6 – розподільчий пристрій; 7, 8 – тарілки; 9 – розподілювач пари; 10 – вентиль; 11 – охолоджувач випару; 12 – регулятор.

З парових котлів в нижню частину деаераційної колонки через паророзпридільчу камеру подається пара з тиском 0,2-0,3 кгсісм² і, піднімаючись вверх, підігріває воду до температури кипіння (102-104°С). При цьому з води виділяється кисень і вуглекислий газ і разом із залишками несконденсованої пари через трубопровід випару викидаються в атмосферу, деаерована вода поступає в бак. З бака деаерована вода забирається живильним насосом для живлення парових котлів.

Рисунок 4.14 – Змішуючий деаератор струминного типу: 1 – гідравлічний затвор; 2 – термометр; 3 – підвід конденсату; 4 – регулятор живлення.

Рисунок 4.15 – Схема барботажного деаератора: 1 – корпус деаератора; 2 – перегородки; 3 – підвід основної гріючої пари; 4 – пара від сепаратора безперервної продувки; 5 – підвід води від рециркуляційного трубопровода економайзера; 6 – підвід конденсату від пароводяних підігрівачів; 7 – розподільчий колектор.

Для деаерації підживлюючої води теплових мереж в котельних з водогрійними котлами використовуються вакуумні деаератори.

Вакуумний деаератор, як і атмосферний, складається з колонки і бака деаерованої води, тільки з тією різницею, що бак і колонка знаходиться в різних місцях: бак – на нульовій відмітці, а колонка – вище даху котельні.

Вакуум в деаераційній колонці створюється водоструйним ежектором, приєднаним до верхньої частини колонки. Для полегшення роботи ежектора перед ним встановлюють охолоджувач випару, так як водоструйний ежектор працює краще, коли температура випару нижче. Вода через ежектор прокачується відцентровим насосом, створює розрідження, за рахунок якого з деаераційної колонки відсмоктується випар і змішавшись з водою поступає в бак-газовідділювач. Там вода опускається вниз, а випар залишається зверху і видаляється звідти в атмосферу.

Вода після пом'якшення, пройшовши водоводяний підігрівач, нагрівається до 75-80°С і подається в деаераційну колонку, де закипає при тиску нижче атмосферного. Звільнившись від кисню і вуглекислого газу, вода стікає в бак деаерованої води. Звідти вода подається підживлюючим насосом на підживлення тепломережі.

Щоб деаерована вода зберігала температуру, в деаераторному бакові розміщений змійовик, через який проходить гаряча вода з водогрійних котлів.

Вакуумні деаератори працюють при тиску 0,3 абсолютної атмосфери (Рвак=-0,1атм), якому відповідає температура кипіння води 68,9°С.

Рисунок 4.16 – Вакуумний деаератор: 1 – бак газовідділювач; 2 – водяний ежектор; 3 – охолоджувач випару; 4 – деаераційні колонки; 5 – водоводяний водопідігрівач; 6 – бак деаерованої води; 7 – відцентровий насос; 8 – трубопровід міської води; 9 – трубопровід води до ХВО; 10 – трубопровід заповнення бака газовідділювача.

6. Для видалення із води солей використовують пристрій під назвою солерозчинник будова якого приведена на рисунку 4.17.

Рисунок 4.17 – Солерозчинник: 1 – потік води при розчиненні солі; 2 – потік води при промивці солерозчинника; 3 – кварцевий фільтр; 4 – корпус; 5 – днище; 6 – кришка; 7 – лійка; 8 – люк;

9 – манометр; 10 – нижня дренажна система.