5.2. Воднохимические режимы барабанных котлов

Состав примесей питательной воды зависит от рабочих параметров (давление, температура) барабанных котлов. С ростом давления, которое сопровождается, как правило, увеличением мощности котла, повышаются требования к качеству пара и питательной воды. Становится экономически выгодным использовать более дорогие методы подготовки добавочной воды, повышать плотность конденсаторов. При среднем и высоком давлении (р_б < 11 МПа) добавочная воды проходит умягчение и в ней содержатся легкорастворимые соединения, в основном, соли натрия. При сверхвысоком давлении (р_б = 15.5 МПа) добавляется обессоленная вода. В результате присосов охлаждающей воды в конденсаторе в питательную воду поступают соли жесткости (Ca и Mg), характеризующиеся очень малой растворимостью. С увеличением давления в котле допустимые значения концентрации солей жесткости уменьшаются. При этом увеличивается доля продуктов коррозии, в первую очередь - железооксидные соединения. Отсюда следует, что для котлов разных параметров необходимо искать свои оптимальные водные режимы. Следует также учитывать, что в таких установках у нас не ставят блочные обессоливающие установки.

В конденсате турбины и питательной воде барабанных котлов присутствуют кислород и свободная углекислота. Относительно высокая концентрация примесей в воде не дает возможности использовать нейтрально-окислительные режимы. Поэтому для связывания кислорода в питательную воду подается гидразин с избыточной концентрацией 20-60 мкг/кг, а для нейтрализации углекислоты и создания щелочной среды (рН = 9.1) - аммиак (до 1000 мкг/кг).

Фосфатный режим. Для исключения попадания солей кальция в экранные трубы котла в котловую воду (в барабан котла) вводятся фосфаты, обычно в виде натриевых солей ортофосфорной кислоты (Na₃PO₄, Na₂HPO₄). При гидролизе этих солей в воде появляется едкий натр NaOH. В результате взаимодействия фосфатов с солями кальция образуется в водяном объеме шлам (гидроксилапатит Ca₃(PO₄)₂*Ca(OH)₂), который удаляется из котла с непрерывной продувкой. Реакцию получения шлама можно записать в следующем виде

10CaSO₄ + 6Na₃PO₄ + 2NaOH = 3 Ca₃(PO₄)₂*Ca(OH)₂ + 10 Na₂SO₄.

Для образования гидроксилапатита должен выдерживаться определенный избыток PO₄^3- и поддерживаться высокощелочная среда. Избыток PO₄^3- для котлов без ступенчатого испарения от 2 до 15 мг/кг, для котлов со ступенчатым испарением в 1 отсеке (чистом) от 2 до 6 мг/кг, в последнем отсеке - не более 30-50 мг/кг. Величина рН в 1 отсеке должна быть больше 8.5 (измерение при 25^оС), в продувочной воде - не более 11.7 -12.

При недостатке PO₄^3- образуются накипи CaSO₄ и CaSiO₃; при большом избытке - магний-фосфатная накипь Mg₃(PO₄)₂, железо-фосфатная накипь FePO₄. При малой щелочности образуется фосфорит Ca(PO₄)₂ - накипь; высокая щелочность (рН > 11) вызывает коррозию металла.

Фосфатный режим не устраняет железоокисного и медного накипеобразования, вызывает железофосфатное накипеобразование, отложения цинка и магния. Поэтому он наиболее пригоден для среднего давления. При высоком и сверхвысоком давлении недостатки его существенны.

Рост массы отложений в газомазутных котлах при фосфатном режиме составляет порядка 20 г/м² за 1000часов. Если принять допустимое количество отложений 350-400 г/м², то химическую промывку надо делать через 15000 - 20000 часов. Для уголных и газовых котлов эта величина в два раза больше.

Бескоррекционный водный режим используется при высоком и сверхвысоком давлении, когда качество питательной воды хорошее. На случай больших присосов в конденсаторе и повышении концентрации солей жесткости предучматривается возможность перехода на режим фосфатирования.

При бескоррекционном режиме возможны относительно низкие значения рН, что способствует усилению коррозии поверхностей нагрева. Для увеличения значения рН до необходимого уровня (рН > 9) лучше добавлять не летучий аммиак, а сильные щелечи NaOH, LiOH. Гидроокись лития при взаимодействии с железом (на поверхности стенки) образует стабильную пленку LiFeO₂ (феррат лития), но с фосфатами литий образует труднорастворимые в воде соединения, образующие отложения на стенках трубы. Гидроокись лития нельзя применять при возможных режимах фосфатирования. Применяется едкий натр NaOH.

Комплексонный водный режим. В качестве комплексона применяется двухзамещенная натриевая соль ЭДТК (трилон Б). Ввод трилона Б производится непосредственно перед котлом (в сниженный узел питания). Комплексон образует с кальцием, также как и с другими катионами, комплексонат кальйия, обладающий высокой растворимостью. Комплексонаты выводятся из котла с продувочной водой.

Расход трилона Б С_тр определяется по формуле С_тр = 186С_пв^ж + 6.3С_пв^Fe + 6.0С_пв^Cu + 6.0С_пв^Zn,

где С_пв^ж - жесткость питательной воды, мкг-экв/кг.

Практически С_тр принимается 250-350 мкг/кг.

При среднем давлении концентрация солей жесткости велика, расход трилона Б большой и стоимость обработки воды также велика.

Интенсивный термолиз комплексоната железа с образованием защитной пленки происходит при температурах, соответствующих высокому и сверхвысокому давлению. Но при сверхвысоком давлении (р_б = 15.5МПа, t_s = 343^оС) происходит и термолиз комплеконатов кальция. При этом образующийся гидроксид кальция внедряется в железооксидную пленку и нарушает ее сплошность. Для повышения термической стойкости комплексонатов кальция дозируют щелочь - едкий натр и получается комплексонно-щелочной режим. В чистом отсеке барабана поддерживается величина рН = 10.4.

Комплексон можно дозировать периодически - 8 часов в сутки (в двое суток), NaOH - непрерывно.

Комплексонно-щелочной режим имеет ряд преимуществ перед фосфатным (при сверхвысоком давлении):

• содержание железа в котловой воде в растворенном виде увеличивается, вывод его с продувкой эффективнее;

• в насыщенном паре Fe меньше, т.к. коэффициент распределения снижается в 2.5 раза;

• толщина отложений на стенке меньше в несколько раз, теплопроводность - выше;

• межпромывочный период удлиняется в несколько раз;

• не нужна консервация при останове котла для защиты от стояночной коррозии.