Водное хозяйство и продувка

10. Водное хозяйство

В производственно-отопительных котельных вода, поступающая из хозяйственно-питьевых водопроводов, артезианских скважин или поверхностных водоёмов, содержит различные примеси. Примеси, содержащиеся в природной воде, по степени крупности их частиц подразделяют на три группы:

1. Механические – взвешенные вещества в виде частиц песка, глины и др.от 2 мкм и более, способные в течение времени отстаиваться.
2. Коллоидно-растворённые – соединение железа, алюминия, кремния и др. от 0,0001 до 2 мкм, не отстаивающиеся даже в течение длительного времени.
3. Истинно-растворённые – примеси, состоящие из электролитов (вещества, молекулы которых распадаются на ионы, а именно карбонаты кальция и магния) и неэлектролитов (веществ, не распадающихся на ионы, а именно кислород, азот и углекислый газ).

Основными показателями качествами воды являются:

1. Прозрачность – содержание в 1 кг воды взвешенных частиц в мг, легко удаляемые при фильтрации (мг/кг).
2. Сухой остаток – осадок мг, состоящий из минеральных и органических примесей, полученных при выпаривании 1кг профильтрованной воды и после его высушивания (мг/кг).
3. Жесткость – содержание в 1 кг воды растворённых солей кальция и магния (мг-экв/кг).

Различают жесткость временную (карбонатную), постоянную (некарбонатную) и общую. Общая жесткость представляет собой сумму временной и постоянной жесткости и характеризует суммарное содержание магниевых и кальциевых солей сернокислых – MgSO₄ и CaSO₄, хлористых – MgCl₂ и CaCl₂ , азотнокислых – Mg(NO₃)₂ и Ca(NO₃)₂ , кремнекислых – MgSiO₃ и CaSiO₃, фосфорнокислых – Mg(PO₄)₂ и Ca(PO₄)₂, двууглекислых – Mg(HCO₃)₂ и Ca(HCO₃)₂. Временная жесткость характеризует содержание в воде бикарбонатов кальция и магния Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. Постоянная жесткость характеризует содержание перечисленных выше солей, кроме двууглекислых.

4. Щелочность – содержание в 1 кг воды растворённых гидратов, карбонатов и бикарбонатов. Гидратная щелочность обуславливает содержание в воде гидроксильных анионов , карбонатная щелочность обуславливает концентрацию в воде карбонатных анионов.
5. Кремнесодержание – общая концентрация в воде различных соединений кремния, находящихся в молекулярной и коллоидной формах. Условно кремнесодержание пересчитывают на SiO₂ или и выражают в (мг/кг) или (мкг/кг).
6. Степень кислотности или щелочности – характеризуется составом растворённых солей и газов и определяется концентрацией водородных или гидроксильных ионов, образующихся при диссоциации воды; выражаются величиной pH. При pH = 7 водный раствор нейтрален; чем ближе pH к нулю, тем сильнее кислотность, а чем ближе pH к 14, тем сильнее щелочность.
7. Содержание растворённых агрессивно- коррозионных газов в воде характеризуется в ней кислорода и углекислого газа, выраженным в мг/кг.
8. Общее солесодержание – результат наличия в воде следующих компонентов:
1. солей, вызывающих накипеобразование, к которым относятся сульфаты кальция и магния, а также их хлориды и бикарбонаты.
2. солей, не вызывающих накипеобразование [NaCl, Na₂SiO₃, FeSO₄, Al(SO₄)₃, и т.д.].
3. органических соединений.

Для нормальной и безаварийной работы котельного агрегата используемая воды должна обладать определёнными качествами, и если они не отвечают требуемым, то воду необходимо соответственно обрабатывать. При пониженной щелочности вода и наличие в ней растворённых газов усиливает процесс коррозии, то есть разъедании и изъязвлении стенок котлов. При повышенной щелочности наблюдается явление меткристаллической коррозии (щелочной хрупкости металла), то есть появления трещин на заклёпочных швах и развальцованных концах кипятильных и экранных труб. При повышенной жесткости на стенках котлов усиленно отлагается накипь. Таким образом, обработка воды в общем случае предусматривает:

• удаление взвешенных примесей фильтрацией;
• снижение жесткости (умягчение);
• поддержание определённой величины щелочности;
• снижение общего солесодержания;
• удаление растворенных агрессивных газов (О₂ и СО₂).

 

1. Коагуляция и осветление воды

Перед умягчением вода должна быть очищена  от механических и коллоидных примесей. Процесс удаления грубодисперсных и коллоидных примесей называют осветлением, его осуществляют путём фильтрации и отстаивания воды. При добавлении в воду коагулянта его образующиеся хлопья адсорбируют на своей поверхности коллоидные вещества, выделяясь при этом в виде осадка. Для коагуляции применяют следующие реагенты: сернокислый алюминий (Al₂(SO₄)₃ + 18Н₂О), сернокислое железо (железный купорос) – FeSO₄ + 7H₂O, хлорное железо – FeCl₃ + 6H₂O.

При достаточном содержании в воде солей временной жесткости реакция  взаимодействия с ней этих реагентов  может быть изображена следующим  образом:

Al₂(SO₄)₃ + 3Ca(HCO₃)₂ ® 2Al(HCO₃)₃ + 3CaSO₄ ;

FeSO₄ + Ca(HCO₃)₂ ® Fe(HCO₃)₂ + CaSO₄ ;

2FeCl₃ + 3Ca(HCO₃)₂ ® 2Fe(HCO₃)₃ + 3CaCl₂ .

Образующиеся бикарбонаты алюминия и железа неустойчивы и разлагаются  с образованием хлопьев гидроокисей:

2Al(HCO₃)₃ ® 2Al(OH)₃¯  +6CO₂ ; 2Fe(HCO₃)₃ ® 2Fe(OH)₃¯ + 6CO₂ .

Для образования хлопьев из сернокислого (двухвалентного) железа требуется  более длительное время и наличие  растворенного в воде кислорода. Наибольшее распространение при  коагуляции получил сернокислый  алюминий, однако его применение ограничивается величиной рН = 6,5…7,5. В более щелочной воде образуется легко растворимый алюминат натрия, поэтому в качестве коагулянта принимают сернокислое или хлорное железо, с допустимым диапазоном величины рН=4…10.

 

2. Осаждение известкованием

Основным назначением известкования  является удаление из воды связанной  и свободной углекислоты с  одновременным её умягчением. Кроме  того известкованием достигается обезжелезивание  поверхностной воды, снижение сухого остатка и удаление органических веществ. Реакции процесса известкования  в молекулярной форме:

• удаление свободной углекислоты: CO₂ + Ca(OH)₂ ® CaCO₃¯ + H₂O;
• удаление кальциевой карбонатной жесткости: Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ ® 2CaCO₃¯ + 2H₂O;
• удаление магниевой карбонатной жесткости: Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ ® Mg(OH)₂¯ + 2CaCO₃¯ + 2H₂O.

Реакция образования хлопьев коагулянта:

FeSO₄ + Ca(OH)₂ ® Fe(OH)₂ + CaSO₄ ; 4Fe(OH)₂ +2H₂O + O₂ ® 4Fe(OH)₃¯.

 

 

11. Продувка котельных агрегатов

 

Концентрация солей в котловой воде все время возрастает. Для котловой воды существуют нормы солесодержания и щелочности, и для поддержания их в заданных пределах осуществляется продувка, т.е. удаляется часть воды из котла и заменяется питательной водой. Конструктивно это выполняется в виде прокладки внутри барабана перфорированной трубы диаметром 20 мм. Величина продувки зависит от качества воды, а потери теплоты с продувкой не должны превышать 10 % производительности котла.

 

Непрерывную продувку выполняют из тех участков верхнего барабана,

где концентрация солей в котловой воде наибольшая. Непрерывная продувка производится из верхнего барабана котла в расширитель (сепаратор) непрерывной продувки. За счет снижения давления продувочной воды от рабочего в котельном агрегате до 0,12…0,15 МПа она вскипает в расширителе и разделяется на остаточную воду и пар вторичного вскипания.

 

Пар отводится  в термический деаэратор, а отделившаяся вода направляется в теплообменник  для подогрева исходной (сырой) воды перед фильтрами водоподготовки. Отдав теплоту, котловая вода (с высоким  содержанием солей и щелочей) поступает в колодец (барботер), который служит для приема и охлаждения всех дренажных вод. В барботер также подают холодную техническую воду для охлаждения всех стоков до 60 °С, после чего смесь идет в дренаж (канализацию).

Лаборант  периодически отбирает пробы котловой воды на анализ,

устанавливает количество солей и, если их больше нормы, обязывает 

оператора увеличить  непрерывную продувку за счет дополнительного  открытия игольчатого вентиля, установленного на продувочной линии. В паровых  котлах со ступенчатым испарением непрерывная продувка производится из солевого отсека и выносных циклонов. В современных конструкциях паровых котлов паропроизводительностью до 10 т/ч непрерывная продувка совмещена с периодической.

 

Периодическая продувка предназначена для удаления шлама из нижних барабанов и всех нижних коллекторов, а периодичность и продолжительность выпуска воды устанавливается режимной картой котла. Воду периодической продувки также сбрасывают в барботер.

Порядок периодической продувки. Перед началом продувки автоматика переводится на дистанционное управление, котел запитывается водой выше среднего уровня, горение снижается. Периодическую продувку проводят последовательно для каждой точки два оператора – один следит за уровнем воды в котле и подает команды другому. Вначале открывают дальний от котла вентиль, а затем ближний (во избежание гидравлического удара трубопровода), и последним вентилем регулируется продувка. Например: продувка установлена в течение 1 мин, следовательно, после 30 с первый вентиль от котла закрывают на пять-шесть секунд, а затем снова открывают, чтобы общая продолжительность была не более 1 мин. После окончания продувки закрывают ближний от котла вентиль, а затем дальний, т.е. в обратной последовательности. Плотность закрытия вентилей проверяется через 10…15 мин путем определения температуры трубопровода прощупыванием рукой (тыльной стороной ладони). Если труба после вентилей холодная, они не пропускают, а если горячая, то необходимо кратковременно продуть котел вентилями для удаления из-под клапанов окалины или накипи. Результаты продувки заносят в журнал.