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

гейта внутри котла используется бикарбонат натрия (ЫаНСОз) катионированной воды. В котле образуется шлам, который должен удаляться при помощи продувок, причем для большей текучести шлама, помимо щелочной катионированной воды, в котел добавляется также и тринатрийфосфат'из расчета 5—10 г безводного реагента на 1 м3 питательной воды.

Количество воды, которое надо направлять на катионитовый фильтр (или так называемую отсечку) при отсут­ ствии возврата конденсата, определяют из следующего ба­ лансового уравнения:

D (1 + Р ) у Ж к= D (1 + Р - у - Р у ) Ж „ к + О Р Щ ^ + РЩП,

Р— размер продувки в долях паропроизводительности котла;

///— щелочность котловой воды, мг-экв/л;

III — щелочность пара, выдаваемого локомобильным

котлом, мг-экв/л;

^— карбонатная жесткость исходной воды, мг-экв/л,

откуда получим значение величины отсечкив долях всего количества исходной воды:

Если пренебречь продувкой и уносом щелочей с паром, то формула примет следующий вид:

.. ^н.к

,Ж 0

т. е. отсечка воды на натрий-катионитавый фильтр должна быть примерно равна отношению некарбонатной жесткости исходной воды к ее общей жесткости. Такое допущение можно делать при небольших размерах продувки; при зна-

141

чительной продувке (например, 10%) отсечка на фильтр определяется по формуле (59).

В связи с тем, что при частичном катионировании осаж-' дение солей карбонатной и некарбонатной жескости части сырой воды осуществляется внутри котла, этот метод водо­ подготовки принято иногда рассматривать только как внут­ рикотловой, т. е. как один из способов ввода в -котел хи­ мических реагентов при внутрикотловой термохимической водоподготовке. Однако такое толкование сущности про­ цесса частичного натрий-катионирования является не со­ всем правильны-м: если принять отсечку на катионитовый фильтр у = 0,5, то половина всех накипеобразователей будет извлекаться из воды до поступления ее в котел (т. е. при помощи докотлового метода) и эти соли не будут участво­ вать в шламообразовании внутри локомобильного котла (незначительную остаточную жесткость катионированной воды в расчет можно не принимать). Практически, при ча­ стичном катионировании шлам внутри локомобильного кот­ ла образуется только за счет солей жесткости той части питательной воды, которая не прошла через катионитовый фильтр; следовательно, частичное натрий-катионирование сочетает в себе элементы докотлового и внутрикотлового водоумягчения. Существенным отличием метода частично­ го натрий-катионирования от метода внутрикотловой тер­ мохимической водоподготовки с непосредственным дозиро­ ванием реагентов является то, что в локомобильном котле образуется значительно меньше шлама.

При отсечке воды на катионитовый фильтр, равной 0,5, размер потребной шламовой продувки локомобильного котла снижается в 2 раза против потребного размера про­ дувки при внутрикотловой химводоподготовке с непосред­ ственным дозированием реагентов и диапазон применимо­ сти частичного натрий-катионирования по величине общей жесткости сходной воды превышает в 2 раза диапазон при­ менимости внутрикотловой термохимической водоподготов­ ки с непосредственным дозированием химических реагентов.

Если же расчетные отсечки воды на катионитовый фильтр будут увеличиваться, то границы применимости ме­ тода частичного катионирования будут еще больше рас­ ширяться, постепенно переходя в чистое натрий-катиониро­ вание, применение которого по величине некарбонатной жесткости не ограничивается.

Наиболее рационально осуществлять частичное натрийкатионирование при отношении некарбонатной жесткости

142

0,3 мг-эт/л, и все накипеобразователи 'практически вы­ падают в форме шлама * до поступления воды в котел. В случае выхода катионитового фильтра из строя, а также при переключении его на регенерацию такая комбиниро­ ванная установка может работать с дозированием хими­ ческих реагентов в термохимический умягчитель. Частичное натрий-катионирование можно также сочетать с оборудова­ нием котлов внутрикотловыми термоумягчителями. В за­ ключение надо отметить, что нормальная работа локомо­ бильных котлов при частичном натрий-катионировании в допустимом диапазоне жесткостей исходной воды может быть гарантирована при условии обеспечения необходимого шламоудаления.

2 6 . Н А Т Р И Й - К А Т И О Н И Р О В А Н И Е С Н Е Й Т Р А Л И З А Ц И Е Й Щ Е Л О Ч Н О С Т И В О Д Ы С О Л Я М И А М М О Н И Я

За последние годы все более широкое применение на­ ходит способ снижения щелочности и солесодержания нат- рий-катионированной воды солями аммония, когда в нат- рий-катионированную воду или прямо в котел, дозируется сульфат аммония (Nl-UbSCU при помощи шайбовых доза­ торов или специальных плунжерных насосов.

Под действием высокой температуры котловой воды сульфат аммония разлагается с образование аммиака и серной кислоты:

Образовавшаяся кислота нейтрализует щелочь, получаю­ щуюся после разложения содержащегося в катионированной воде бикарбоната натрия, по схемам (39) и (40). Выде­ ляющиеся при этих реакциях углекислота и аммиак уно­ сятся с паром. При высокоминерализованных исходных во­ дах с большой карбонатной жесткостью применяется па­ раллельное аммоний-натрий-катионирование. Остаточная щелочность воды устанавливается путем соответствующего соотношения воды, направляемой на натрий и аммоний-ка- тионитовые фильтры. Реакции при аммоний-катионирова- нии идут по следующим схемам:

2NH4tf + Са (HCOs)a 2 СаR2+ 2NH4HCOs;

' 2NH4tf - f CaCla^C a tf2 + 2NH4Cl;

144

В котле соли аммония разлагаются по схеме

NH4HC03 -►NH3 + СОа + НаО;

Таким образом, при этом методе водоподготовки, поми­ мо глубокого умягчения воды, снижаются ее щелочность и сухой остаток.

Регенерация аммоний-катионитовых фильтров осуществ­ ляется сульфатом аммония. По сравнению с другими ме­ тодами водоподготовки этот метод имеет ряд преимуществ: применяемая аппаратура компактна и несложна, исполь­ зуется недефицитный реагент сульфат аммония, отсутствует опасность перекисления воды, не требуетсяорганизации кислотного хозяйства, нейтрализации кислых стоков и применения кислотоупорных материалов и оборудования. Благодаря наличию сульфатов в котловой воде предотвра­ щаются возникновение и развитие межкристаллитной кор­ розии, декарбонизация питательной воды не требуется. Основным недостатком этого способа водоподготовки яв­ ляется наличие в паре некоторого количества аммиака, ко­ торый может вызвать коррозию бронзовых и латунных де­ талей. При карбонатной жесткости исходной воды, до 6 мг-экв/л и отсутствии возврата конденсата максимальная концентрация аммиака в паре при этом способе водоподго­ товки составляет не более 100 мг/кг. Коррозия бронзы и латуни под воздействием аммиака может происходить толь­ ко в присутствии кислорода; в среде, не содержащей ки­ слорода, коррозия латуни не наблюдается даже при кон­ центрации аммиака выше 1000 мг/кг. Если вода насыще­ на кислородом, то коррозия латуни возможна при концен­ трации аммиака около 250—300 мг/л и температуре до 40° С или при концентрации примерно 100 мг/л и температу­ ре 60—80° С.

Применяя этот метод, надо иметь в виду, что у локомо­ билей как в самом котле, так и по пароводяному тракту имеются бронзовые и латунные детали (седла и клапаны, вентилей, водоуказательная арматура, детали инжектора и мокровоздушного насоса и др.), которые могут разрушаться при совместном действии аммиака и кислорода; поэтому необходимо производить глубокую деаэрацию воды и тща­ тельно наблюдать в процессе эксплуатации за состоянием

латунных и бронзовых деталей и по возможности заменять их стальными. Так как нейтрализация щелочности катионированной воды осуществляется образующейся внутри котла кислотой, этот метод можно рассматривать, как сочетаю­ щий в себе докотловую и внутрикотловую обработку воды.

2 7 . Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н Ы Й И Э Л Е К Т Р О С Т А Т И Ч Е С К И Й С П О С О Б Ы О Б Р А Б О Т К И В О Д Ы

Сущность электромагнитного способа обработки воды> заключается в том, что вода проходит через переменные магнитные поля, в 'результате чего нарушается дипольность ее .молекул и ионов. Вода в таком состоянии попадает в ко­

ременных магнитных полей. При помощи аппаратов «Кепи» не только предотвращается образование новой накипи в котле, но и разрушается имеющаяся на поверхностях на­ грева котла старая накипь. Это происходит благодаря раз­ рушающему воздействию магнитно-активных молекул воды. Аппараты действуют автоматически и не требуют никакого обслуживания. Такие аппараты располагают на всасываю­ щих трубопроводах насосов. Помимо предотвращения накипеобразования, эти аппараты предотвращают коррозион-

1 4 6

Ные разрушения котельного металла, так как после прбхОждения через аппарат «Кепи» происходит повышение pH кислых вод.

боли жесткости теряют способность к накипеобразованик! и выпадают в котле в виде шлама. Химический состав воды при этом не изменяется. Расход электроэнергии составляет 1 квт-ч на 100 мг обработанной воды, пропускная способ­ ность — до 25 м3/ч. Давление воды перед прибором 2,5— 3 ата.

Работа этого прибора проверялась на двух котлах ДКВ-6,5-13 и одном котле паровозного типа. После 4 мес. эксплуатации на поверхностях нагрева котлов твердой на­ кипи обнаружено не было, а в коллекторах имелся слой легко счищаемого шлама толщиной до 3 мм. Котлы пи­ тались водой с общей жесткостью 2,4 мг-экв/л и Ж к =

=0,9 мг-экв/л.

Этот прибор легко можно изготовить на любой локомо­ бильной станции. Стоимость его составляет около 1600 руб., монтаж— 1 400 руб., электроэнергии за год расходуется примерно на сумму 230 руб., годовые аммортизационные отчисления и стоимость ремонта составляют около 750 руб.

Испытания электромагнитных приборов производились также в Харьковском инженернонэкономическом институте при обработке воды с общей жесткостью 1,4 мг-экв/л. При этом были установлены снижение накипеобразования на 45—50% и повышение эффективности действия прибора с преобладанием в воде карбонатной жесткости. Образую­ щийся шлам имел крупнокристаллическую структуру и лег­ ко смывался водой. С повышением температуры воды эф­ фективность действия магнитного поля улучшается, т. е. для обработки воды требуется меньшая интенсивность маг­ нитного поля. При слишком большой интенсивности .маг­ нитного поля действие магнитных приборов ухудшается.

Электромагнитная обработка воды может быть отнесена к числу совмещенных методов докотловой и внутрикотловой водоподготовки, так как, с одной стороны, обработка воды электромагнитным полем осуществляется до котла, а с другой — в котле происходит выпадение шлама и воз­ никает необходимость шламовых продувок, как и при внутрикотловой водоподготовке, что является одним из недо­ статков электромагнитного метода обработки воды. При работе с электромагнитными приборами все же образует­ ся тонкий слой рыхлой накипи на поверхностях нагрева котлов. При промышленном освоении электромагнитных установок применение их для локомобилей в ряде случаев позволит отказаться от более сложных способов обработки воды.

148

К числу безреагентных физических методов относится также обработка воды при помощи электростатического поля. Прибор для электростатической обработки .воды (рис. 53) представляет собой своеобразный электроконденсатор с обкладками и диэлектриком между ними. Подобные приборьи под названием «Суперстат» применяются с 1950 г.

1

В х о д о д р а в а т ы -

в а е м о й в о д ы

Р и с . 5 3 . С х е м а п р и б о р а д л я э л е к т р о с т а т и ч е с к о й о б р а б о т к и в о д ы .

./ — корпус нз медный трубки, выполняющий роль наружной об­ кладки конденсатора; 2 —внутренний электрод; 5 —диэлектрик (стеклянный патрон); 4 и 5 —подсоединения к генератору.

в Англии. Обработанная статическим полем вода при по­ падании в котел выделяет накипеобразователи в виде шла­ ма, а также разрушает старую накипь, имевшуюся в котле. В Китайской Народной Республике приборы для электро­ статической обработки воды' под названием «Электронный умягчитель воды» выпускает завод в г. Тяньцзине. Эти при­ боры обрабатывают за 1 ч 1,13—22,5 мг воды.

Г Л А В А С Е Д Ь М А Я

ОЧИСТКА и п ро м ы в к а л о к о м о б и л ь н ы х к о т л о в

2 8 . М Е Х А Н И Ч Е С К И Й С П О С О Б

В процессе эксплуатации приходится производить очист­ ку котлов от накипи и шлама при работе локомобилей на жестких водах без водоподготовки перед постановкой их на длительное хранение, при переводе на работу с водо­ подготовкой, а также в случаях нарушения нормального режима работы имеющейся системы' водоподготовки. Кро­ ме того, в соответствии с требованиями Госгортехнадзора, очистка от накипи и грязи должна производиться перед освидетельствованиями и гидравлическими испытаниями

149

котлов. Конкретные Сроки периодической очистки котлов от накипи зависят от качества питательной и котловой вод, конструкции и режима работы локомобиля и устанавли­ ваются в процессе эксплуатации опытным путем. При всех условиях промежуток между двумя очистками котлов дол­ жен быть таким, чтобы не происходило отложения на по­ верхностях нагрева недопустимо -большого слоя накипи. Наиболее целесообразно очистку котла от накипи приуро­ чивать к очередному ремонту локомобиля с тем, чтоб не выдвигать трубную систему только для того, чтобы очис­ тить котел. Очистка котла от накипи — трудоемкая опера­ ция, поэтому надо установить водный режим .локомобиля так, чтобы период .между очистками котла от накипи был максимальным. При хорошо налаженном режиме водопод­ готовки период между очистками котла от накипи и шла­ ма составляет 5 000 и более .часов, а при’неправильном вод­ ном режиме он зачастую не превышает и 500 ч.

Наиболее распространенным способом очистки локомо­ бильных котлов от накипи является механический способ. Очистка по этому способу производится в следующем по­ рядке. Сначала не менее чем через 8 ч после того, как пога­ шена топка, и при отсутствии давления из котла выпускают воду, затем из цилиндрической части котла извлекают вы­ движную трубную систему, состоящую из пучка дымогар­ ных труб, жаровой трубы и трубных решеток. После вы­ движения трубной системы котел надо очищать как можно быстрее с тем, чтобы -накипь не успела затвердеть на по­ верхности нагрева. Особой тщательности требует очистка трубных решеток, дымогарных труб и отверстий для при­ соединения арматурьп. Работу по механической очистке ло­ комобильных котлов от накипи можно осуществлять вручную с помощью скребков, цепей, крючков, ершей, ме­ таллических щеток и т. п. Это способ трудоемкий: на очи­ стку 1 м2 поверхности нагрева котла приходится затрачи­ вать около 3—4 чел-ч. Отделившиеся при очистке частицы твердой накипи, шлам, а также рыхлую накипь смывают водой из брандспойта. После окончания очистки трубную систему ставят на место, затем котел несколько раз напол­ няют водой и опорожняют с тем, чтобы окончательно уда­ лить все загрязнения. Для очистки котлов от накипи нель­ зя применять стальные молотки и острые закаленные ин­ струменты, чтобы не допустить образования на обрабаты­ ваемых поверхностях насечек, которые могут в дальней­ шем стать очагами коррозии котельного металла.

150