ВОДОПОДГОТОВКА

Надежность работы поверхностей нагрева котельных агрегатов и систем теплоснабжения зависит от качества питательной и подпиточной воды. Показателями качества воды являются прозрачность, т.е. содержание взвешенных веществ, удаляемых при механическом фильтровании; сухой остаток – содержание минеральных и органических примесей после выпаривания; жесткость – содержание солей кальция и магния; щелочность – содержание в воде анионов (бикарбонатов), (карбонатов), (гидратов); содержание агрессивных газов (О₂ и СО₂).

Основной задачей подготовки воды является борьба с коррозией и накипью. Требования к качеству воды в паровых и водогрейных котельных различные, т.к. в паровых котельных вода испаряется, а в водогрейных- только нагревается.

Наиболее важным показателем качества воды является ее жесткость. Различают жесткость постоянную (некарбонатную), обусловленную наличием в воде хлоридов, сульфатов и других некарбонатных солей кальция и магния, и временную (карбонатную), обусловленную присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния .

Общая жесткость равна сумме концентраций катионов кальция и магния

Ж_о=Ж_Са + Ж_Mg мг-экв/кг. Для пересчета концентраций кальция и магния, выраженных в мг/кг, в мг-экв/кг их делят на эквивалентные массы этих катионов

, .

Общей щелочностью воды Щ_о называется выраженная в мг-экв/кг суммарная концентрация содержащихся в воде анионов .

Сухим остатком, или солесодержанием называют количество солей, оставшееся после выпаривания воды, мг/кг.

Нормы качества питательной воды для паровых котлов зависит от типа котла и вида топлива. Общая щелочность и сухой остаток питательной воды не нормируются, а обуславливаются выбранными методами обработки воды. Щелочность питательной воды определяется по формуле , где -доля химически обработанной воды; Щ_о.в. – щелочность очищенной воды; Щ_к – щелочность конденсата. При отсутствии сведений о качестве конденсата можно принимать 0.05 мг-экв/кг. Сухой остаток питательной воды определяется по формуле . Для конденсата можно принимать S_к=5 мг/кг.

Источниками водоснабжения для котельных могут служить поверхностные воды рек, озер и искусственных водохранилищ, а также подземные воды из артезианских скважин. Поверхностные воды всегда содержат растворенные вещества и нерастворенные примеси. Подземные воды прозрачны, но солей содержат больше. Чаще всего для водоснабжения используется воды рек и озер. Выбор схемы очистки производится согласно таблицы.

Осветленная исходная вода или вода из хозяйственно-питьевого трубопровода обрабатывается в ионно-обменных фильтрах, что позволяет уменьшить щелочность и жесткость. При этом возможны следующие методы обработки: Na-катионирование, Na-NH₄-катионирование, Н-катионирование с последующим удалением углекислоты (декарбонизацией), NaCl-ионирование, известкование с коагуляцией.

1. Na-катионирование

Паровые котлы требуют воду с Жо не более 0.01 мг-экв/кг, поэтому Na-катионирование как правило двухступенчатое.

2. Н-катионирование с "голодной" регенерацией фильтров применяется для снижения щелочности, углекислоты, умягчения, частичного снижения содержания железа.

3. Параллельное Н-Na – катионирование, декарбонизация.

По этой схеме вода двумя параллельными потоками направляется на Н- и Na – катионитовые фильтры. Затем оба потока направляются на декарбонизацию для удаления свободной углекислоты и на Na-катионитовый фильтр второй ступени. Такая схема применяется для получения умягченной воды с щелочностью не более 0.35 мг-экв/кг и когда суммарное содержание сульфатных и хлоридных ионов в исходной воде не превышает 5-7 мг-экв/кг, карбонатная жесткость исходной воды составляет более 50 % общей жесткости.

4. Параллельное или совместное NH₄-Na – катионирование. Уменьшается жесткость, щелочность и солесодержание котловой воды.

5. Na-Cl – катионирование. Одновременно с умягчением снижается щелочность воды. Вода после 1-й ступени Na-катионирования проходит через фильтр с анионитом и катионитом. Этим методом можно получить жесткость до 0.01 мг-экв/кг и щелочность до 0.2-0.6 мг-экв/кг.

Метод известкования с коагуляцией применяется для обработки вод поверхностных источников. Он относится к методам осаждения. При этом удаляются связанная и свободная углекислота, снижается содержание железа, сухого остатка, щелочности, органических веществ. Известкование основано на связывании ионов в малорастворимые соединения. Они осаждаются в виде шлама. Перед известкованием воду нужно нагревать до 40 ⁰С.

В случае высокоминерализованной исходной воды и больших потерях конденсата можно пользоваться не химической, а термической обработкой воды в испарителях. При использовании артезианских вод перед ионнообменными фильтрами воду нужно очищать от железа. Как правило, двухвалентное железо содержится в виде Fe(HCO₃)₂. Трехвалентное железо Fe³⁺ содержится в коллоидном состоянии в виде Fe(OH)₃. Если содержание до 10 мг/кг, то окисление до Fe³⁺ производится путем подачи сжатого воздуха в трубопровод исходной воды. Затем воду фильтруют в напорных фильтрах. Если больше 10 мг/кг, то для подачи сжатого воздуха используются специальные устройства.

Правильность выбора схемы водоподготовки проверяется по трем параметрам – величина продувки котла, относительная щелочность котловой воды, содержание углекислоты в паре. Несмотря на подготовку питательной воды, для поддержания концентрации солей на нужном уровне воду нужно частично или постоянно обновлять. Эта операция называется непрерывной или периодической продувкой. Непрерывная продувка производится из участков котла, где ожидается максимальная концентрация растворенных веществ. Периодическая продувка - из мест скопления шлама. Продувка котла по сухому остатку определяется по формуле

, где

П_к – суммарные потери пара и конденсата в долях паропроизводительности котельной; S_x – сухой остаток химически очищенной воды, мг/кг; S_к.в. – сухой остаток котловой воды, мг/кг принимают по паспортным или эксплуатационным данным. Для котлов с давлением < 14 ата допустимая продувка не более 10 %, солесодержание не более 500 мг/кг. При давлении в 40 ата продувка не более 5 %, солесодержание чистой воды не более 250 мг/кг.

Допустимое содержание углекислоты в паре не более 20 мг/кг. Концентрация СО₂ рассчитывается для безбарботажных деаэраторов или при отсутствии деаэрации воды по формуле

,

для барботажных деаэраторов по формуле

,

где - доля химически очищенной воды в питательной воде; - доля разложения Na₂CO₂ в котле (при давлении до 14 ата – 0.72); ₁ – доля разложения NaHCO₃ в котле, равная 0.4.

Относительная щелочность воды во избежание межкристаллитной коррозии должна быть не более 20 % при наличии заклепочных соединений и не более 50 % при наличии вальцовочных соединений.

, Щ для паровых котлов не более 20 %. При отклонении одного из указанных параметров от допустимого, схему водоподготовки следует пересмотреть с целью снижения данного параметра.

Использование конденсата.

Производственный конденсат, как правило, содержит загрязнения в виде механических примесей, соединений железа и меди, кислорода, углекислого газа, аммиака и др. Если загрязнений не более: взвешенных веществ (300 мг/кг), соединений железа 70 мг/кг, масел 20 мг/кг, смол 2 мг/кг то рекомендуется обработку конденсата осуществить в котельной. Для очистки конденсата фильтрацией применяются активированный уголь, сульфоуголь, антрацит, целлюлоза и др. Обработка в Na-катионитовых фильтрах – удаление аммиака и уменьшение общей жесткости; осветление в фильтрах – уменьшение содержания взвешенных веществ, соединений железа и масла.

При содержании железа от 50 до 70 мг/кг, масел от 15 до 20 мг/кг и смол не более 2 мг/кг необходимо предусмотреть отстаивание конденсата с последующим осветлением.