16.5 Внутрикотловая обработка воды
Труднорастворимые в воде вещества, переходя из раствора в твердую фазу, образуют либо отложения на поверхностях нагрева - накипи, либо взвеси, выпадающие из воды в виде шлама.
Выпадение твердой фазы из раствора происходит:
при нагреве воды (для веществ с отрицательным температурным коэффициентом растворимости);
при упаривании воды, приводящем к росту концентрации до предела растворимости наиболее труднорастворимых соединений;
при диссоциации в процессе кипения одних ионов и образования других, дающих труднорастворимые соли.
Накипь, образующуюся из растворенных в воде солей жесткости, называют первичной в отличие от вторичной накипи, получающейся в результате налипания на поверхности нагрева находящихся в воде взвешенных частиц с последующим их затвердеванием.
Образующаяся в паровых котлах накипь состоит в основном из сульфатной накипи CaSO4 и MgSO4 , обладающей большой твердостью и плотностью.
Силикатные накипи в котлах чаще всего встречаются в виде силиката кальция (CaSiO3) и силиката магния (MgSiO3). Накипь твердая, крепко пристающая к стенкам поверхностей нагрева.
Накипь характеризуется тремя показателями: пористость, твердость и теплопроводность.
Твердость и пористость отложений являются показателями, которые позволяют судить о трудности удаления накипи с помощью механических средств (скребки, шарошки и др.).
Теплопроводность отложений является важной характеристикой, определяющей надежность и экономичность работы котельных агрегатов и теплообменных аппаратов. Коэффициенты теплопроводности накипи приведены в табл. 7.
Основными накипеобразователями являются соли кальция и магния. Однако при определенном ионном составе испаряемой воды эти соли выпадают в виде шлама, легко удаляемого из агрегата с продувкой. Систематическое регулирование состава котловой воды заключается в поддержании такого соотношения количества ионов Са2+, Mg2+, ОН-, SiО32-, РО43-, при котором кальциевые и магниевые соли выпадают в виде шлама.
Таблица 7
Средние значения коэффициентов теплопроводности для различных видов накипи
|
Вид накипи и ее химический состав |
Характер отложений |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) |
|
Накипь, содержащая масло |
твердая |
0,12 – 0,17 |
|
Силикатная накипь (с содержанием SiO2 20-25 % и более) |
твёрдая |
0,06 – 0,23 |
|
Гипсовая накипь (с содер-жанием CaSO4 до 50 %) |
твердая плотная |
0,6 – 2,9 |
|
Карбонатная накипь (с содержанием CaCO3, MgCO3 более 50 %) |
от аморфного порошка до твердого котельного камня |
0,6 – 7,0 |
|
Смешанная накипь, состоя-щая из гипса, карбонатов и силикатов кальция и магния |
твердая плотная |
0,8 – 3,5 |
Наиболее распространенным способом внутрикотловой обработки воды является присадка в котловую воду химических реагентов, переводящих соли жесткости в шлам, и удаление его из котлов продувкой.
Фосфатирование служит защитным коррекционным мероприятием против накипеобразования. Для осуществления фосфатного режима в барабан парогенератора вводят растворы: тринатрийфосфата, динатрийфосфата и другие реагенты, – в таком количестве, чтобы в парогенераторной воде постоянно поддерживалась заданная концентрация ионов РО43-.
Введение растворов может осуществляться во всасывающие или в нагнетательные патрубки питательных насосов, либо в общую питательную магистраль или в барабан каждого котла отдельно.
При достаточном количестве гидроксильных ионов (рН ≥ 10,0) взаимодействие ионов РО43-, ОН- и Са2+ приводит к образованию рыхлого шлама, удаляемого из котла с продувкой. Однако в слабощелочной среде питательной воды (рН ≤ 7,5-8,0) присутствие фосфатов приводит к образованию фосфорита, который отлагается в виде плотной кристаллической накипи в трубах водяных экономайзеров, а иногда и в питательных трубопроводах. В этом случае фосфаты целесообразно вводить не в питательную воду, а непосредственно в барабан по особой линии.
Относительную щелочность котловой воды при наличии фосфатирования определяют по формуле:
,
где Щкв - щелочность котловой воды, мг-экв/л; РО4 - содержание фосфатов (в пересчете на РО43-), мг/л; Скв - солесодержание котловой воды (сухой остаток за вычетом органических веществ), мг/л.
Для котлов с давлением пара менее 0,7 МПа относительную щелочность не нормируют.
Для полного осаждения накипеобразования в виде шлама минимальную щелочность котловой воды при внутрикотловой обработке рекомендуется поддерживать для всех котлов не ниже 7-10 мг-экв/л.
Обязательной составной операцией внутрикотловой водоподготовки является продувка, величину которой вычисляют по формуле:
,
где Sпв, Sпр - солесодержание питательной и продувочной воды, мг/л.
Для снижения тепловых потерь, связанных с непрерывной продувкой, тепло продувочной воды используется в устанавливаемых сепараторах непрерывной продувки и в теплообменниках, а отсепарированный пар – в термических деаэраторах.
Нормы качества котловой воды приведены в табл. 8.
Таблица 8