raeco


Сообщество "Экологическое действие"


Previous Entry Share Next Entry
Водоподготовка
spirax_sarco wrote in raeco
К основным задачам, которые необходимо решить при работе котельной, относятся:

  • Безопасная работы котлов и котельной в целом.
  • Полное сгорание топлива и максимальная эффективность процесса теплопереноса.
  • Минимальные затраты на обслуживание.
  • Большой срок эксплуатации.
Качество воды, используемой для производства пара в котле, значительно влияет на достижение этих целей.



Нужно, чтобы работа котла удовлетворяла следующим критериям:

  • Отсутствие накипи.  
    Если жёсткость питательной воды повышена и не контролируется с помощью водоподготовки, на поверхностях теплообмена будет появляться накипь, ухудшающая перенос тепла и эффективность работы котла. В таком случае возникает необходимость в более частой чистке котла. В крайних случаях на жаровых трубах могут появляться локальные точки перегрева, приводящие к механическому повреждению труб и даже к выходу их из строя.
  • Отсутствие коррозии и химических реакций. 
    Если в воде содержатся растворённые газы, в особенности кислород, может начаться коррозия топки, жаровых труб и прочих элементов котла. Если значение рН воды слишком мало, кислотный раствор будет воздействовать на все металлические части котла. Если же значение рН слишком высоко, раствор будет щелочным, и могут возникнуть другие проблемы, например, образование пены. Повышенная щёлочность котловой воды также может привести к щёлочному растрескиванию и повышению хрупкости металлических элементов котла. Растрескивание и повышение хрупкости вызываются наличием в воде гидроокиси натрия. Старые конструкции котлов были подвержены таким повреждениям. Современные сварные котлы хорошо противостоят повышенной щелочности и особое внимание нужно уделять только крышкам корпусов.

Пар хорошего качества


Если примеси в питательной воде котла не устранить своевременно, вода из котла может попасть в паровую систему. Это может привести к проблемам практически на любом участке паровой системы, например:
  • К загрязнению регулирующих клапанов
    Это повлияет на работу этих клапанов, может снизить их пропускную способность, а также не дать клапанам полностью закрываться.
  • Загрязнению теплообменных поверхностей в производственном оборудовании. 
    Это приведёт к увеличению термического сопротивления и снижению эффективности теплопереноса.
  • Блокированию конденсатоотводчиков. 
    При этом уменьшится пропускная способность конденсатоотводчиков, что, в конце концов, приведёт к затоплению оборудования водой и снижению производительности всего оборудования.

Унос котловой воды может произойти по двум причинам:

1. Попадание воды в отводящий паровой коллектор котла. 
Оно происходит, как правило, по одной или нескольким причинам:
  • Уровень воды при работе котла слишком высок.
  • Давление в котле при работе ниже расчётного: при этом увеличивается объём и скорость  движения пара, выделяющегося с поверхности воды.
  • Чрезмерная потребность в паре.
2. Образование пены. 
Пена образуется в пространстве между поверхностью воды и паровым коллектором котла. Чем больше пены образуется, тем серьёзнее проблемы. Последствия образования пены проявляются следующим образом:
  • Вода вытекает из парового отверстия водомерного стекла; при этом сложно определить реальный уровень воды в котле по водомерному стеклу.
  • Возникают проблемы с определением реального уровня воды в котле датчиками различного типа.
  • Могут срабатывать аварийные сигнализации по низкому или высокому уровню в котле. Более того, горелки могут блокироваться.
Эти проблемы, все вместе или по отдельности, могут быть вызваны образованием пены в котле. Однако поскольку образование пены происходит в воде котла, для того, чтобы лучше понять, как образуется пена, потребуется:
  • Определить, где находится поверхность испарения.
    Пена в кружке пива находится поверх жидкости, и границу между жидкостью и пеной можно легко увидеть. В кипящей жидкости поверхность определяется нечетко, от редких мелких пузырьков пара на дне сосуда до большого количества больших пузырей наверху.
  • Пенообразование повышается в результате перемешивания.
    Эта тенденция усиливается с уменьшением размера котла. В маленьких котлах площадь поверхности воды меньше, поэтому скорость, с которой выделяется пар (на один квадратный метр воды), увеличивается. Это значит, что перемешивание воды на поверхности происходит сильнее. Таким образом, котлы меньшего размера больше подвержены образованию пены.
  • Жёсткость котловой воды.
    В жёсткой воде пена не образуется. Однако питательная вода проходит специальную водоподготовку и умягчается (чтобы не образовывалась накипь), поэтому пенообразование в любом случае будет присутствовать.
  • Коллоидальные вещества.
    Загрязнение воды в котле взвешенными коллоидными веществами, например, молоком, приводит к сильному пенообразованию. 
    Примечание: Коллоидные частицы имеют диаметр менее 0,0001 мм, и обычный фильтр не может их задержать.
  • Уровень TDS.
    Количество растворённых в воде твёрдых веществ. По мере увеличения этого уровня пузырьки пара становятся более стабильными, хуже лопаются и отделяются от воды.

    Как уменьшить унос котловой воды


    Чтобы свести к минимуму образование пены рекомендуется следующее: 

    Работа

    Важно, чтобы нагрузка на котёл при работе была постоянной. Если котёл работает при постоянной нагрузке в расчётных пределах, количество уносимой вместе с паром влаги будет менее 2%.При значительном и быстром изменении нагрузки, давление в котле может резко уменьшаться, а кипение воды и превращение ее в пар будет происходить при сильных турбулентностях. Более того, уменьшение давления означает также, что увеличится удельный объём пара, а соответственно, и размеры паровых пузырей.

    Если рабочие условия таковы, что значительные изменения нагрузки являются нормальным явлением, целесообразным будет рассмотреть следующее:
      Если на котле используется система регулирования уровня, работающая на включение и выключение питательного насоса, заменить ее на систему плавного регулирования уровня с помощью питательного клапана.
      • Установить систему, которая бы поддерживала давление в котле на определённом уровне, не давая ему опускаться ниже заданного значения.
      • Использование аккумулятора.
      • Использование системы регулирования котлом, которая бы позволяла выводить котёл на максимальное рабочее давление до того, как нагрузка достигнет критического значения.
      • Медленный ввод в работу паропотребляющего оборудования, позволяющий выводить оборудование на рабочий режим за установленный промежуток времени.

      Химический контроль

      В воду котла можно добавлять вещества, препятствующие образованию пены. Однако эти вещества теряют свою эффективность при попытке устранить пену, вызванную взвешенными частицами.

      Контроль количества растворённых в воде твёрдых веществ (TDS)

      Нужно найти баланс между:
        • Высоким уровнем TDS и связанной с ним экономичностью работы котла.
        • Низким уровнем TDS, при котором пенообразование сводится к минимуму.
        Безопасность

        Очевидно, что существует опасность перегрева жаровых труб котла по причине образования накипи и опасность коррозии, вызываемой растворёнными в воде газами. В особо критичных случаях образование пены, накипи и осадка могут приводить к тому, что система контроля и регулирования уровня воды в котле будет работать некорректно, что приведёт к возникновению реальной опасности здоровью и жизни обслуживающего персонала.

        Обработка котловой воды


        Обрабатывать питательную воду котла можно как до того, как она поступит в котёл, так и непосредственно перед ее впрыском туда. Естественно, что предварительная обработка воды является предпочтительной.
        Ниже перечислены типичные процессы водоподготовки.
        • Обратный осмос. 
          Процесс, в котором сырая вода проталкивается через полупроницаемую мембрану, пропускающую только молекулы воды, и задерживающую все примеси.
        • Умягчение воды. 
          При известковом умягчении гидратированная известь (гидроксид кальция) вступает в реакцию с бикарбонатами кальция и магния, и образуется осадок, который можно удалить. Таким образом можно уменьшить щелочную (временную) жесткость воды. При помощи известково-содового умягчения (кальцинированной содой) можно путем химических реакций уменьшить нещелочную (постоянную) жесткость.
        • Ионный обмен
          Это наиболее широко используемый метод обработки, используемый для подготовки питательной воды для жаротрубных котлов, производящих насыщенный пар. В данной главе мы уделим основное внимание следующим процессам обработки воды: основному ионному обмену, обесщелачиванию и деминерализации.

        Ионный обмен


        Процесс обмена ионов происходит в так называемом ионообменном фильтре, который представляет собой сосуд из армированного стекловолокна, заполненный слоями материала, называемого ионитом или ионообменной смолой, и обычно представляющим собой гранулы диаметром от 0,5 до 1,0 мм. Гранулы имеют пористую структуру и могут впитывать воду. В структуре гранул имеются фиксированные ионные группы, с которыми связаны свободные ионы противоположного заряда. Эти свободные ионы могут заменяться ионами с таким же зарядом из числа солей, растворённых в воде, окружающей гранулы.


        Ионообменное умягчение воды


        Это простейшая, наиболее широко используемая форма ионного обмена. Сначала происходит активация (зарядка) слоя ионообменной смолы, когда через него проходит 7-12% солевой раствор (хлорид натрия, или обычная соль). После этого ионообменная смола насыщается ионами натрия. Затем подлежащая умягчению вода прокачивается через слой ионообменной смолы, и в нем происходит обмен ионами. Ионы кальция и магния замещают на ионы натрия, и вода обогащается солями натрия. Соли натрия в очень высоких концентрациях и при высоких температурах остаются в воде, не образуя в котле твёрдой накипи.
        На Рисунке 1 видно, что ионы, отвечающие за общую жёсткость воды, заменяются ионами натрия. При умягчении воды путем обмена с ионами натрия общее количество растворённых в воде веществ (в количестве частиц на миллион) не уменьшается, и уровень рН также не уменьшается. Все, что происходит, - это обмен группы потенциально вредных ионов, приводящих к образованию накипи, на группу других, менее вредных ионов, накипи не образующих. Поскольку уровень TDS не меняется, снижение концентрации ионов натрия в ионообменной смоле нельзя определить по повышению электропроводимости (TDS и электропроводимость взаимно связаны). Поэтому восстановление ионообменной смолы должно проводится исключительно исходя из продолжительности работы ионообменного фильтра или основываясь на данных о количестве пропущенной через фильтр сырой воды.

        Умягчители относительно дёшевы в эксплуатации и могут надёжно обрабатывать воду в течение многих лет. Их можно с успехом использовать даже там, где вода обладает высокой щёлочной (временной) жёсткостью, при условии, что возврат конденсата составляет не менее 50%. Если же возврат конденсата мал или он не возвращается вовсе, желательно использовать более сложный тип ионного обмена.

        Иногда известково-содовое умягчение воды используется в качестве первичной обработки перед основным обменом. Нагрузка на слой ионообменной смолы при этом уменьшается. 


        Рисунок 1. Умягчение методом основного ионообмена 
        Продолжение в следующей публикации.

        ?

        Log in