Глава 5. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПАРОВЫХ КОТЛОВ
Водоподготовка
Эффективность работы энергетической установки и ее эксплуатационная надежность зависят от качества используемой котлом воды.
Различают котловую, питательную и добавочную воды. Вода, циркулирующая в котле, называется котловой, а подаваемая в котел в процессе его работы – питательной. В качестве питательной воды обычно используют конденсат пара, который отработал в турбине и паровых вспомогательных механизмах. С этой целью конденсат собирается и возвращается в паровой Котел, таким образом, цикл использования воды поддерживается замкнутым. Для восполнения утечек пара и воды в замкнутый цикл вводят добавочную воду (дистиллят), приготовляемую в испарительных установках из морской воды.
В котловой воде при ее испарении накапливаются соли, которые поступают в котел с питательной водой и не покидают его вместе с уходящим из котла паром. Повышение концентрации раствора солей в котловой воде приводит к появлению на внутренних поверхностях нагрева плотной или рыхлой накипи. Из-за образовавшейся в трубах накипи, имеющей сравнительно низкую теплопроводность, ухудшается охлаждение труб изнутри, они могут перегреться («перегореть») и потерять прочность, что, как правило, приводит к их разрыву.
Водный режим котлов необходимо организовать так, чтобы все соли, попавшие в котел с питательной водой и склонные к накипеобразованию, выделялись в воде только в виде легкоподвижного неприкипающего шлама, то есть взвесей, удаляемых из котла с продуваемой периодически или непрерывно водой. Процесс периодического или непрерывного продувания котловой воды должен сопровождать работу любого парового котла, чтобы не допустить появления накипи. Образование в котле твердой накипи следует рассматривать как предаварийное состояние.
Под воздействием воды, пара и пароводяной смеси металлическая поверхность нагрева внутри трубы подвергается коррозии. Окислителями в этом процессе являются растворенные в воде кислород и углекислый газ. Коррозия внутренних поверхностей нагрева обусловлена в основном электрохимическими процессами. При электрохимической коррозии окисление вызвано переходом ионов металла в раствор (котловую воду) и накоплением в металле эквивалентного количества электронов. В результате появляется разность потенциалов и так называемый «коррозионный» ток. Чем больше в воде растворенных примесей, тем больше коррозионный ток и выше скорость коррозии металла.
Если температура стенки выше 250°С, то на ее поверхности образуется плотная оксидная пленка, которая препятствует развитию коррозии. Образованию такой пленки способствует щелочность воды. Кислород и углекислый газ снижают прочность защитной пленки, вызывают появление локальных язвин, особенно в местах соединений отдельных деталей. При значениях температуры более 500°С наблюдается химическая коррозия поверхности нагрева, при которой окислителем является водяной пар.
Наличие примесей в котловой воде способствует набуханию уровня и вспениванию воды в пароводяном коллекторе. В этом случае пар, выходя из коллектора, может захватить и увлечь за собой капельки воды, а вместе с ними и содержащиеся в них соли. Уносимые паром соли в итоге откладываются в пароперегревателе, трубопроводах, арматуре и даже на лопатках турбины, ухудшая их работу.
Для предотвращения уноса влаги и растворенных в ней солей необходимо: 1) погасить в пароводяном коллекторе котла кинетическую энергию струй пароводяной смеси, выходящих из подъемных труб; 2) создать равномерный выход пара через зеркало испарения; 3) обеспечить строго вертикальное движение пара в паровом пространстве с минимально возможной скоростью; 4) осуществить сепарацию пара и промывку его чистой питательной водой.
Первые две задачи решаются путем установки ниже уровня воды в коллекторе дырчатого щита с отверстиями диаметром 10–20 мм. Щит создает дополнительное сопротивление движению пара, способствует образованию паровой подушки, в которой гасится кинетическая энергия пароводяных струй. Третье условие обеспечивается установкой потолочного паросборного дырчатого щита с диаметром отверстий 10 мм, выравнивающего сбор пара по длине коллектора. Четвертая задача выполняется путем размещения в паровом пространстве коллектора сепарационного устройства и специального щита, образующего каскад воды. На щит подают около половины вводимой в коллектор питательной воды, которая растекается по его поверхности ровным слоем. Пар подается под щит и проходит через слой стекающей питательной воды. При этом капли котловой воды, содержавшиеся в паре, уносятся питательной водой. Вместо них пар захватывает капли питательной воды, в которой солей значительно меньше, и направляется в сепаратор, где отделяется от влаги. В итоге пар, выходящий из коллектора котла, очищается. Специальная химическая служба контролирует чистоту пара отбором проб.
Для обеспечения надежной работы котла производят вне- и внутрикотловую обработку воды, продувку котла и сепарацию пара.
Требования к качеству котловой воды зависят от назначения котла и рабочего давления пара. Основными показателями качества воды являются: общее солесодержание, содержание хлоридов, общая жесткость, щелочность, щелочное, фосфатное и нитратное числа, концентрация водородных ионов, содержание газов.
Общим солесодержанием называется сумма всех содержащихся в воде солей в миллиграммах на 1 кг воды (мг/кг). Содержание хлоридов (хлористых солей NaCl, MgCl, CaCl и др.) выражают в миллиграммах хлориона в 1 кг воды.
Общая жесткость определяется количеством растворенных в воде солей кальция и магния, которые являются основными накипеобразующими веществами. Количественно жесткость характеризуется суммарной концентрацией ионов кальция и магния, выраженной в миллиграмм-эквивалентах на 1 кг воды (мг-экв/кг). Миллиграмм-эквивалент – это количество вещества, соответствующее его атомной массе. Принятый за единицу жесткости 1 мг-экв/кг соответствует содержанию 0,02 мг кальция и 0,012 мг магния в 1 кг воды.
Щелочность воды обусловлена введением в нее химических соединений (реагентов) с целью уменьшения жесткости, а следовательно, накипеобразования. Показателем щелочности служит щелочное число, под которым понимают количество кислоты, необходимой для нейтрализации раствора, пересчитанное на концентрацию щелочи NaOH в мг/кг воды. О щелочности воды можно судить также по фосфатному и нитратному числам и концентрации водородных ионов. Фосфатное число характеризует количество фосфорного ангидрида РО4 , а нитратное – содержание в воде NaNO3 в мг/кг. Концентрацию водородных ионов определяет водородный показатель рН. Чистая нейтральная вода при температуре 22°С имеет рН = 7. Если рН < 7, то вода имеет щелочную реакцию; если рН > 7, то кислотную.
Содержание газов показывает концентрацию в воде кислорода и углекислого газа в мг/кг. Кислород – основной коррозионный агент, вызывающий коррозию поверхностей нагрева котла. Углекислый газ способствует активизации коррозионных процессов, влияет на процессы водоподготовки. Растворимость газов в воде зависит от давления газа над водой и температуры воды. С ростом давления растворимость газов в воде повышается, а с увеличением температуры – уменьшается. При кипении воды растворимость кислорода стремится к нулю.
Нормы качества воды для котлов морских судов приведены в табл. 5.1. Таким образом, основные задачи водоподготовки и водного режима котлов заключаются в устранении накипеобразования, снижении коррозионного воздействия, уменьшении солевого уноса.
Таблица 5.1
Дата добавления: 2016-05-11; просмотров: 6600;