книги из ГПНТБ / Говерт А.А. Водоподготовка для локомобилей

сколько конструкцию, дает на практике хорошие результа­ ты, так как при такой 'продувке почти весь шлам удаляется из термоумягчителя и тем самым 'предотвращается зашламление котловой воды. По самостоятельной продувочной ли­ нии продувать термоумягчитель можно периодически (не реже 1 раза в смену) или—еще лучше — непрерывно с ис­ пользованием внекотловых шламоотделителей. При слиш­ ком больших 'перерывах между продувками продувочная линия быстро забивается накипью и шламом и котел при­ ходится выключать из работы. Концентрация шлама в опи­ санных термоумятчителях может составлять 15—60 г/л.

Рис. 46. Корытообразный термоумягчитель

В термоумятчителях конструкции Обрезкова питатель­ ная вода поступает по трубопроводу в питательное корыто, откуда она по двум водосливным плоскостям стекает в два параллельных желоба. Желоба расположены'но всей длине

да он удаляется продувкой через перфорированную проду­ вочную трубку. Термоумягчители конструкции Обрезкова получили наибольшее распространение в котлах низкого давления на предприятиях Донбасса. Имеются данные об успешном применении этих термоумягчителей без добавки реагентов для питательной воды с общей жесткостью 10—

20 мг-экв/л даже с преобладанием некарбонатной жестко­ сти.

Кроме всех описанных выше типов, имеются еще термоумягчители с барботажными реакторами, в которых пита­ тельная вода стекает по горизонтальным перфорирован­ ным перегородкам, а греющий пар поднимается снизу,, энергично перемешивает ее и нагревает. Питательный тру­ бопровод, подающий воду в реактор, необходимо для всех типов термоумягчителей устраивать внутри котла как .мож­ но короче и изолировать теплоизоляцией из асбестового шнура диаметром 10—15 мм, покрытой листовой сталью толщиной 1 мм, так как в противном случае этот трубо­ провод быстро зарастает накипью. Сам термоумягчитель (за исключением термоумягчителей конструкции Обрезкова) надо располагать над жаровой трубой, так как при расположении над дымогарными трубами близко к сухо­ парнику он сужает поперечное сечение парового объема котла, снижая качество пара; при выносе шлама в котел возможно образование вторичной накипи на дымогарных трубах.

Крепление термоумягчителя в котле осуществляется на специальных подвесках или уголках, привариваемых к ба­ рабану котла; при неплотном закреплении во время работы котла появляется шум. Правильность установки термоумяг­ чителя проверяется путем пробного пуска воды. В каскад­ ных термоумягчителях вода должна переливаться из реак­ тора в реактор тонкими пленками толщиной 3—4 мм. Во избежание зашламления котловой воды в реакторах не должно быть никаких неплотностей, а также нельзя до­ пускать переполнения их питательной водой. О сильном зашламлении котловой воды может свидетельствовать по­ мутнение воды в водоуказательном стекле. Перед пуском в работу термоумягчителя необходимо очистить котел от имеющейся старой накипи, так как при работе с термоумягчителем она будет отслаиваться и нарушать нормаль­ ную работу котла. Для обеспечения хорошей работы термо­ умягчителя питание котла водой должно осуществляться равномерно. Необходимо 1 раз в 2—3 мес. производить промывку котла с термоумягчителем, причем за 3—4 дня до промывки можно дозировать тринатрийфосфат из рас­ чета 1—1,5 кг безводного реагента на 1 ж3 водяного объе­ ма котла или каустическую соду из расчета 60—80 г на 1 ж3 питательной воды.

По сравнению с некоторыми другими методами водонод-

13Э

готовки внутрикотловые термоумягчители имеют ряд преи­ муществ. Они просты в изготовлении и недороги, работают без избыточного давления и поэтому их легко можно изго­ товить на любой локомобильной станции из листовой стали толщиной 1,5—6 мм. При работе без дозирования хими­ ческих реагентов термоумягчители не требуют никакого до­ полнительного обслуживания (кроме продувки) и процесс водоподготовки осуществляется автоматически. Дегазация воды в термоумягчителе до смешения ее с котловой водой предотвращает коррозию котельного металла. Недостатка­ ми данного метода водоподготовки являются ограничен­ ность применения по величине некарбонатной и общей жесткости, наличие шламообразования и необходимость строгого соблюдения режима продувок. Кроме того, даже при строгом соблюдении режима продувок не удается до­ стичь полностью безнакипного режима работы котла и предотвратить попадание в него шлама; сам термоумягчитель также покрывается со временем накипью и зашламляется, в результате чего не отпадает необходимость перио­ дического извлечения выдвижной трубной системы и очист­ ки как самого котла, так и термоумягчителя. Метод внутрикотлового термоумягчения, как правила, неприменим при работе котла на жидком и газообразном топливе. Несмотря на отмеченные недостатки, опыт эксплуатации свидетель­ ствует об эффективности применения внутрикотловых термоумягчителей при соответствующем качестве питательной воды и строгом соблюдении режима продувок. При пра­ вильном применении этого метода котлы работают с незна­ чительными рыхлыми накипеотложениями, достигается большая экономия топлива, увеличивается период между промывками и очистками котлов. В среднем период между очистками в случае применения термоумягчителей состав­ ляет около 7 500 ч, а в отдельных случаях он доходит до

18 000 ч.

Расчет внутрикотловых . термоумягчителей сводится к определению необходимой контактной поверхности сопри­ косновения пара с питательной водой в реакторе, потреб­ ного объема реактора и объема шламоотстойника. Зная эти величины, нетрудно определить габаритные размеры термоумягчителя. Если термоумягчители имеет перекачивающий контур, то при определении объема реактора и шламоот­ стойника необходимо учитывать количество воды, подавае­ мое контуром из котла в реактор. При расчете необходимо также учитывать непрерывную продувку котла. Периодиче­

(33

ская же продувка котла в расчете может не учитываться, так как действие ее кратковременно. Методика расчета внутрикотловых термоумягчителей была разработана в Мо­

сковском энергетическом институте и сводится к следую­ щему.

При определении необходимой контактной поверхности соприкосновения пара с питательной водой теплопередача через стенки 'реактора в расчет не принимается, так как она будет незначительна в связи с наличием на стенках не­ которых накипеотложений. Количество тепла Q, которое может быть передано питательной воде через поверхность соприкосновения пара с водой, составит:

Q = aFB&tcp [ккал/ч],

с другой стороны, количество тепла. Q\ необходимое для нагрева питательной воды до температуры котловой воды, можно принять равным:

Если для упрощения расчета принять, что величины теплосодержаний численно равны температурам, то по­

лучим:

20„

134

Поверхность воды, находящейся в прямом соприкосно­ вении с паром (FJ, для каскадных реакторов будет скла­

дываться из поверхности воды в реакторах (F ) и поверх­ ности воды, переливающейся через водосливы (Fc), или

Fв = F р 4I -FС*

Для определения объема реактора необходимо знать, какое количество воды будет через пего протекать. Это количество в общем случае можно определить по формуле

GnB — расход питательной воды, л:г/щ

GnK— количество котловой воды в долях количества питательной воды, поданное в реактор перекачи­ вающим контуром; для локомобильных котлов можно принять GnK = 0,2 — 0,3;

р— размер непрерывной продувки котла в долях ко­ личества питательной воды;

k — количество конденсата, образующегося из грею­ щего пара, выраженное в долях расхода пита­ тельной воды, определяемое по формуле

г — скрытая теплота парообразования, ккал/кг.

Для определения количества конденсата, образующе гося в реакторах термоумягчителей в локомобильных кот' лах, можно также пользоваться номограммой, изображен* ной на рис. 47. Зная количество воды, протекающее через реактор, можно определить его объем:

Время нахождения воды в реакторе зависит от химиче­ ского состава питательной воды и конструкции термоумягчителя. Наибольшего времени пребывания в термоумягчителе (до 5 мин) и, следовательно, большего объема реак­ тора требуют воды с большим содержанием солей некарбо­ натной и магнезиальной жесткостей (так как магниевый

135

шлам имеет тенденцию долго находиться во взвешенном состоянии). Зная необходимую поверхность соприкоснове­ ния воды с паром и объем реактора, нетрудно определить его габаритные размеры, которые ограничиваются также

Рис. 47. Номограмма для определения количества конденсата в- питательной воде.

размерами самих локомобильных котлов. При недостаточ­ ной емкости реакторов будет происходить выброс пита­ тельной воды в паровое пространство котла.

Емкость шламоотстойника термоумягчителя определяет­ ся но формуле

где G — количество воды, протекающее через реактор,

Рт{ч\

•с — продолжительность пребывания воды в шламоотстойнике; принимаемая равной 3 — 4 мин;

„ш-удельный объем воды в шламоотстойнике, м ’/т.

136

У некоторых типов термоумягчителей шламоотстойники вообще не устраиваются, так как для сбора шлама исполь­ зуется нижняя часть самого локомобильного котла.

24. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ

В последние годы для борьбы с накипеобразованием в паровых котлах начали применять ультразвуковые уста­ новки. Одна из таких установок (ИГ-8) показана на рис. 48. Питание .установки может осуществляться от сети переменного тока напряжением 127 и 220 в. Частота уль-

Рис. 48. Ультразвуковая установка ИГ-8.

/ —котел; 2— прибор ИГ-8; 3—звуковвод; 4 —вибратор.

тразвуковых колебаний вибратора составляет 15 кгц, а по­ требляемая мощность — 50 вт. Ультразвуковые колебания вибратора передаются котловой воде и стенкам котла, в ре­ зультате чего образование на последних твердой накипи предотвращается и основная масса накипеобразователей выпадает в котле в виде шлама. Импульсный ультразвуко­

137

вой генератор ИГ-8, помимо предохранения стенок котла от образования новой накипи, разрушает (отслаивает) так­ же и старую накипь толщиной 2—4 мм. Вес генератора ИГ-8 равен 9,5 кг. При работе установки должна быть исключена возможность забивания шламом звуковвода, а также возможность нагревания вибратора выше 60° С.

В результате двухмесячного опробования ультразвуко­ вой установки на паровом котле с поверхностью нагрева 130 м2 и рабочим давлением 8 ати было отмечено, что ста­ рая накипь полностью отслоилась от поверхностей нагрева и скопилась в нижней части котла в виде кусков длиной до 500 мм; на дымогарных трубах котла имелось некоторое ко­ личество легко счищающейся накипи толщиной 2—3 мм.

Рис. 49. Схема ультразвукового аппарата „Крустекс".

/ — ртутный прерыватель; 2—конденсатор; Я—никелевая трубка; 4—стальной диск; 5—катушка; в—корпус аппарата,

Ультразвуковые аппараты для очистки котлов от наки­ пи в настоящее время применяются в нашей стране в виде опытных установок на судах морского и речного пароход­ ства, а также на паровозах.

В заграничной практике все более широкое распростра­ нение для очистки поверхностей нагрева котлов от накипи находит ультразвуковой аппаратпод названием «Крустекс», принципиальная схема которого изображена на рис. 49. Аппарат имеет две основные части: генератор и вибратор, устанавливаемый непосредственно на котле. Диаметр ви­ братора 37 мм, длина 125 мм. Частота ультразвуковых ко­ лебаний 23 кгц, а потребляемая мощность — около 20 вт. Аппарат «Крустекс» предотвращает образование новой на­ кипи, а также разрушает (примерно за 3 недели непрерыв­ ной работы) имеющуюся в котле старую накипь. При не­ прерывной работе аппарата от поверхностей нагрева котла отделяются тончайшие слои накипи, оседающие в нижней части котла и удаляемые при продувках. Такие аппараты! испытаны' и применяются для котлов с рабочим давлением

138

до 32 ати. В случае необходимости можно устанавливать один am парат на два котла.

Большим преимуществом ультразвуковых аппаратов яв­ ляется их автоматическая работа; они не требуют никако­ го специального обслуживания; недостатком же их являет­ ся то, что они не предотвращают шламообразования, вслед­ ствие чего приходится осуществлять шламовые продувки. Кроме того, при этом способе водоподготовки полностью безнакипный режим работы котла все же не обеспечивается и на поверхностях нагрева отлагается рыхлая, легко уда­ ляемая накипь толщиной 1—2 мм.

В связи с тем, что ультразвуковая обработка воды осу­ ществляется полностью внутри котла, ее можно рассматри­ вать как один из способов внутрикотловой водоподготовки. При промышленном освоении ультразвуковых аппаратов применение их для локомобильных котлов в ряде случаев может оказаться целесообразным.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

СОВМЕЩЕННЫЕ МЕТОДЫ ДОКОТЛОВОЙ И ВНУТРИКОТЛОВОЙ водоподготовки

25. ЧАСТИЧНОЕ НАТРИЙ-КАТИОНИРОВАНИЕ

Как указано выше, диапазон применимости чистого на- трий-катионирования по величине карбонатной жесткости исходной воды ограничен, поэтому во многих случаях ста­ новится целесообразным применение частичного натрий-ка- тионирования, при котором щелочность катионированной воды нейтрализуется некарбонатной жесткостью части воды, не прошедшей через катионитовый фильтр. Частич­ ное натрий-катионирование имеет ряд недостатков, заклю­ чающихся в довольно значительных капитальных затратах и наличии шламообразования в котле. Однако этот метод имеет и преимущества: относительно несложное оборудова­ ние, состоящее из катионитового фильтра, солерастворителя и дозатора; расходование общедоступного и более де­ шевого реагента — поваренной соли — вместо соды и едко­ го натра (причем регенерацию катионитового фильтра можно осуществлять при расходе соли, в 2 раза меньшем, чем при чистом натрий-катионировании); снижение жестко­ сти значительной части воды до попадания ее в котел; не-

139

сложный химический контроль и использование питатель­ ной воды без ее предварительной дегазации. Схема частич­ ного натрий-катионирования изображена на рис. 50. Исход­ ная вода, поступающая по трубопроводу 1, разветвляется на два потока, один и'з которых проходит через катионитовый фильтр, а другой по трубопроводу 3 направляется В бак 5, где он смешивается с катионированной водой. Да­ лее смесь сырой и катионированной вод направляется в пи­ тательный приямок локомобиля 6, забирается питательным насосом 7 и через водоподотреватель 8 подается в локомо­ бильный котел 9. При прохождении через катиоиитовый

Рис. 50. Схема частичного натрий-катионирования.

/ — подача исходной воды; 2—катиоиитовый фильтр; 3— трубопро­ вод исходной воды; 4—трубопровод катионированной воды; 5—сме­ сительный бак; 6—питательный приямок; 7—питательный насос; 8— водоподотреватель; 9—локомобильный паровой котел; 10— продувоч­ ная линия; 11— паропровод к машине.

фильтр соли карбонатной жесткости обменивают свои ка­ тионы кальция и магния на Катионы натрия по схеме (37); в результате катионирования вода имеет бикарбонатную щелочность, равную по величине карбонатной жесткости исходной воды, которая расходуется на осаждение солей некарбонатной жесткости воды, не прошедшей через катио-

нитовый фильтр.

Попадая в котел, соли карбонатной жесткости исходной воды [Са(НС03)2 и Mg(HC03)2] и бикарбонат натрия катионированной воды (NaHG03) под воздействием высокой температуры распадаются с образованием выпадающих в осадок малорастворимых солей [CaC03, Mg(OH)2] и соды (Na2C 03), которая непосредственно реагирует с соля­ ми жесткости или, подвергаясь гидролизу, образует едкий натр, способный также реагировать с солями жесткости [схемы (39) —(43)]. Таким образом, при частичном натрийкатионировании в качестве химического осадительного реа-

140