Водоподготовительная установка котельной. Расчет водоподготовительной установки

11. Водоподготовительная установка котельной

Для экономичной и безаварийной работы котельных установок питательная вода должна соответствовать определенным показателям качества, которые, в зависимости от типа котла и его рабочих параметров, строго нормируются «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» [8]. При питании котла водой, содержащей взвешенные примеси и повышенную щелочность, возможно вспенивание котловой воды и заброс ее в паропроводы. В результате ухудшается качество вырабатываемого пара, повышается его влажность. При пониженной щелочности воды и наличие в ней газов активизируется процесс коррозии конструкционных материалов котла. Низкое качество питательной воды  приводит к образованию на внутренних поверхностях нагрева котла твердых отложений (накипи). Наиболее опасным свойством накипи является ее низкая теплопроводность, которая в 20-30 раз ниже, чем  у стали. Опыт эксплуатации показал, что наличие на поверхностях нагрева слоя накипи в 1мм снижает паропроизводительность котла примерно на 3%, одновременно увеличивая расход топлива порядка на 8%. Дальнейшее увеличение толщины отложений, повышая температуру металла труб, может вызвать образование отдулин, свищей, привести к пережогу металла.

Паровые котлы с естественной и многократной циркуляцией паропроизводительностью D=0,7 т/ч и более, и все водогрейные котлы, сжигающие высококалорийное топливо (газ, мазут), имеющие экранированные поверхности нагрева независимо от давления требуют глубокого умягчения воды.

Показатели качество питательной воды котлов с естественной и принудительной циркуляцией паропроизводительностью  0,7 т/ч и более не должны превышать значений, указанных в табл.11.1[9].

Таблица 11.1.

Нормы качества питательной воды водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4МПа.

Примечание:

* В числителе указаны показатели для котлов, работающих на жидком топливе, в знаменателе - на других видах топлива.

Для обеспечения приведенных показателей качества исходная вода должна проходить обработку по схеме двухступенчатого натрий-катионирования. (рис.11.1)

Жесткостью воды называют суммарное содержание в ней катионов Ca²⁺ и Mg²⁺.

Умягчением воды называют удаление из нее указанных катионов жесткости. Натрий - катионирование (один из методов ионного обмена) в настоящее время является наиболее распространенным методом умягчения воды для питания водогрейных и промышленных паровых котлов. Его суть состоит в способности некоторых практических нерастворимых в воде веществ катионов, производить обмен катионов, находящихся в воде, на обменный катион Na⁺  по следующим реакциям :

CaSO₄   + 2NaR=Na₂SO₄ +CaR₂                                             (11.1)

MgCl₂   +2NaR=2NaCl+MgR₂                                                (11.2)

Ca(HCO₃)₂ + 2NaR=2NaHCO₃ +CaR₂                                    (11.3)

Здесь R-нерастворимый радикал катионита.

В результате реакций обмена в фильтрате будут находиться не образующие накипи растворенные соли натрия, а на катионите задержатся катионы жесткости.

Процесс умягчения продолжается до тех пор, пока катионит не исчерпает свою обменную способность и не начнет пропускать в фильтрат катионы жесткости. Фильтр отключают  и производят регенерацию катионита, т.е восстанавливают его способность к обмену катионов. Данный процесс состоит из трех этапов: взрыхление, пропуск регенерационного раствора соли, отмывка. При обработке катионита 8-10%-ным раствором поваренной соли NaCl  обратный обмен катионов происходит по реакциям:

MgR₂  +2NaCl=MgCl₂ +2NaR                                                (11.4)

CaR₂   +2NaCl=CaCl₂  +2NaR                                                (11.5)

После отмывки катионита умягченной водой от продуктов регенерации (CaCl₂  и  MgCl₂  ) и избытка реагента  NaCl, фильтр готов к работе.

В котельных с паровыми котлами питательная вода, поступающая в котлы, из-за потерь конденсата на производстве (потерь с продувкой и т.д.) постоянно восполняется исходной водой прошедшей обработку на ВПУ. Соли, поступающие в котел с добавочной водой с паром из котла практически не выносятся, а остаются в котловой воде, постепенно ухудшая ее качество. Для поддержания солесодержания котловой воды на уровне безопасном с точки зрения накипеобразования на поверхностях нагрева, предусмотрена периодическая(из нижних барабанов и коллекторов) и непрерывная (из верхних барабанов ) продувки. Продувки связаны с энергетическими потерями, поэтому на снижение их величины  направлены мероприятия по докотловой обработке - умягчение исходной воды на натрий-катионитных фильтрах и внутрикотловой обработке - дозирование в котловую воду химических реагентов, переводящих соли жесткости в шлам, удаляемый с продувкой.

Величина продувки не должна превышать 10% паропроизводительности котла и определяется по формуле:

 %,                        (11.6)

где Щ_п.в., Щ_к.в. – щелочность питательной и котловой воды, мг-экв/кг.

В табл.11.2 приведены нормы качества котловой воды для различных типов котлов.[10].

Таблица 11.2.

Нормы качества котловой воды