3. Деаэраторная часть.

Участие кислорода растворенного в воде состоит в следующем:

• кислород снимает лишние электроны;

• устраняет тормозящие процесс ионы железа, перешед­шие в раствор, окисляя их, вследствие чего они осаждают­ся ся в виде малорастворимых гидроокисей трёхвалентного железа;

• вызывает появление электропар при неравномер­ной концентрации кислорода около различных участков металла.

Таким образом, растворённый в воде кислород следует отнести к весьма активным коррозионным агентам. Однако роль кислорода этим не ограничивается. Эксперименты по­казывают, что кислород способен и замедлять коррозию ко­стельной стали. Это его свойство обусловлено образованием окисной пленки на поверхности металла. Такая пленка, со­стоящая главным образом из магнетита (),образуется быстро при достаточно высокой концентрации растворенно­го кислорода; она может образоваться и при действии дру­гих сильных окислителей, например перекиси водорода, озо­на и т. д. Установлено также, что в присутствии электроли­тов окисная пленка не защищает металл от коррозии. В отсутствие же электролитов, т. е. в очень чистой воде, пленка устойчива и коррозионные процессы существенно за­медляются. Следовательно, кислород, растворённый в воде может служить и замедлителем и активатором корро­зионных процессов. Эта двойственная роль кислорода отме­чалась всеми исследователями процессов коррозии. Вос­пользоваться пассивирующими свойствами растворенного кислорода можно, однако, лишь в тех случаях, когда вода практически лишена электролитов, т. е. является чистойили близкой к тому. Поэтому пассивирующие его свойства могут быть реализованы только в тех установках, в которых питание котла осуществляется глубокообессолен­ной водой и нет нужды вводить в эту воду какие-либо ре­агенты — фосфаты, щелочи, комплексоны и т. п. Такие усло­вия осуществимы только на ТЭС с прямоточными котлами. Там же, где питательная вода содержит электролиты и где в нее необходимо вводить различные вещества для подавле­ния или ослабления накипеобразования в котлах (во всех этих ТЭС), кислород выступает как весьма активный корро­зионный агент, удаление которого совершенно необходимо.

Между водой и газом, например воздухом, находящимся над водой, всегда происходит обмен различными молекула­ми. При установившемся равновесии обмен этот совершает­ся таким образом, что сколько вещества переходит из воды(водного раствора) в газовую среду, столько же и возвра­щается из этой газовой среды обратно в воду.

Молекулы воды, участвуя в тепловом движении, имеют различные скорости. Те из них, скорость которых и по нап­равлению и по значению оказывается достаточной, преодо­левают силы взаимного притяжения других молекул и выле­тают в газовое пространство. Передвигаясь по всем направлениям в этом газовом пространстве, молекулы могут вновь оказаться в водной среде. Вследствие громад­ного числа молекул более или менее быстро наступает ста­тистическое равновесие, когда число молекул воды, пересе­кающих поверхность раздела газ - вода, становится одина­ковым в обоих направлениях. Наступившее равновесие нарушается при изменении, например, температуры жидко­сти. При этом скорость молекул возрастает и увеличивается их количество, перешедшее поверхность раздела газ — вода. Это повышает их концентрацию в газовом пространстве (повышает давление водяных паров). Такое повышение уве­личивает количество молекул, переходящих из газа в жид­кость и опять наступает состояние равновесия, но уже при иных температуре и давлении.

Аналогичные состояния равновесия устанавливаются и для других компонентов газовой среды, т. е. кислорода, азота, углекислоты и других газов, входящих в состав возду­ха. Каждой температуре соответствует определенная кон­центрация этих газов в воде при ее контакте с воздухом. И обратно, каждой температуре соответствует опреде­ленный состав газовой среды, состоящей из паров воды, кислорода, азота и других газов. При этом сумма пар­циальных давлений всех этих компонентов должна быть, очевидно, равна атмосферному давлению,

т. е. 1 кгс/см²,

Но при повышении температуры воды парциальное да­вление паров, т. е. , возрастает и при 100 °С (при кипении)= 1кгс/см². Следовательно, парциальные давления всех остальных газов при этих условиях становятся равными ну­лю. Нарушается равновесие между газом, находящимся в растворе, и газовой средой, что приводит к выделению га­за из водного раствора — его деаэрации.

Если нагреть без перемешивания воду до 100 °С, например поместив сосуд в кипящую воду, то даже через продолжительное время уда­ление растворенных газов из воды, налитой в этот сосуд, не закончится. Можно опустить сосуд в кипящий раствор соли. При этом температура этого солевого раствора может быть доведена до 110°С, но и при этих условиях выделение раст­воренного кислорода из воды в сосуде будет совершаться довольно долго. Однако если увеличить поверхность жидко­сти, например, усиленным перемешиванием, то удаление кислорода произойдет значительно быстрее. В технике при­меняют разбрызгивание деаэрируемой воды, перемешивание ее струёй пара, барботаж пара через нагретую воду и другие приемы. Иногда применяют разрежение. Конструкция деаэ­ратора типов ДА, КДА-180 приведена на рис. 3.7.4.

Вода, подлежащая деаэрации, после предварительного подогрева подается в верхнюю часть колонки, последовательно проходит струйные и барботажную ступени, где осуществляется ее нагрев и обработка паром. Из колонки вода струями стекает в бак.

Основное количество пара подается в верхнюю часть бака деаэратора, вентилирует паровой объем бака и поступает в низ колонки. Проходя сквозь отверстия барботажной тарелки, пар подвергает воду на ней интенсивной обработке и направляется в струйные ступени.

В струях происходит нагрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения, удаление основной массы газов и конденсация большей части пара. На барботажной тарелке осуществляется догрев воды до температуры насыщения и удаление микроколичеств газов. Оставшаяся парогазовая смесь (выпар) отводится из верхней зоны колонки через охладитель выпара в атмосферу.

Процесс дегазации завершается в деаэраторном баке, где происходит выделение из воды мельчайших пузырьков газов за счет отстоя. Часть пара подается через перфорированную трубу в слой воды в бак деаэратора. Эта дополнительная барботажная ступень интенсифицирует процесс дегазации.

Вода из бака деаэратора поступает на питательные насосы и далее подается в паровые котлы.

Предусмотрена защита деаэратора от превышения допустимого давления и уровня воды в баке с помощью комбинированного предохранительного устройства. Предохранительное устройство состоит из расширительного бачка и двух гидрозатворов, один из которых защищает деаэратор от превышения допустимого давления, а другой - от превышения уровня. При превышении допустимого давления в деаэраторе пар вытеснит воду из гидрозатвора и через расширительный бачок сбросится в атмосферу. При повышении уровня вода через переливную трубу поступит в расширительный бачок и перельется в бак нижних точек и далее - в продувочный колодец.

Для эффективного удаления газов, т. е. главным образом кислорода и углекислоты, необходимо, чтобы температура поступающей воды была близка к точке кипения при том давлении, при котором работает данный деаэратор. Количе­ство подаваемой на деаэрацию воды не должно превышать расчётную производительность аппарата во избежание «захлёбывания» колонки. Количество подаваемого пара дол­жно обеспечивать размер выпара в пределах 0,02-0,03% количества деаэрируемой воды. Отклонения от этих условий, например уменьшение подачи пара и сокраще­ние выпара, снижение температуры поступающей воды или перегрузка аппарата, сказываются на качестве обескислороживания — остаточное содержаниев деаэрированной во­де повышается. Необходимо следить за состоянием распре­делительного устройства в колонке (головке) деаэратора. Коррозионный износ этого устройства ухудшает распреде­ление воды, которая начинает поступать в сборный бак сплошной струёй, и содержащийся в ней кислород не успе­вает выделиться. В некоторых конструкциях деаэраторов подводят пар также и в сборный бак, осуществляя в нём барботаж и тем улучшая удаление газов. Деаэратор должен выдавать воду с содержанием кислорода около 10-15 мкг/л.

Рис. 3.7.4.Схема деаэратора смешивающего типа.

1 -деаэрационная колонка; 2 - сборный бак деаэрированной воды; 3-водоуказательное стекло; 4 -манометр; 5 - гидравлический затвор; 6 - рас­пределительное устройство; 7, 8-дырчатые тарелки; 9 - распределители пара; 10, 12 - отвод выпара и сконденсировавшихся паров воды; 11 - охладитель выпара; 13, 18-подвод питательной воды и греющего пара; 14-выход несконденсировавшихся газов; 15 -заполнение гидрозатворрв; 16 - перелив гидрозатвора; 17-выход деаэрированной воды.

Во многих котельных паровые котлы исчерпали свой ресурс и требуют замены. Паровые котлы подлежат регистрации в органах котлонадзора, которые не дают разрешения на дальнейшую эксплуатацию таких котлов в паровом режиме.    Был найден способ значительно продлить срок эксплуатации котлов путем перевода их в водогрейный режим с температурой нагрева воды до 115°С, при этом водогрейный котел по своим параметрам не подлежит регистрации в органах котлонадзора.    Основной проблемой, препятствующей переводу паровых котлов в водогрейный режим работы, является деаэрация подпиточной воды для теплосети. Котельные имеют, как правило, деаэраторы атмосферного типа, для работы которых требуется пар. При переводе котлов в водогрейный режим такие деаэраторы работать, не способны.

Ряд деаэраторов можно перевести в вакуумный режим работы, используя вакуумные компрессоры отсоса газов.

   ПРИМЕР ПЕРЕВОДА АТМОСФЕРНОГО ДЕАЭРАТОРА «ЦВД» В ВАКУУМНЫЙ РЕЖИМ.Рис. 5.Деаэрационная установка содержит: центробежно-вихревой деаэратор 1 (ЦВД), емкость 2 (емкость может быть с регулируемым уровнем воды или со свободным сливом в аккумуляторный бак), капельный деаэратор – КД, поверхностный охладитель выпара 4 (ОВ), паропровод 5, трубу 6 выпара из ЦВД, трубу 7 подачи воды из ЦВД в КД. трубу 8 выпара из бака, вестовую трубу 9, трубу 10 отсоса выпара на эжектор (ЭВ), трубу 11 подачи в деаэратор химочищенной воды, трубу 12 отвода деаэрированной воды и трубу 13 – слива конденсата из охладителя выпара.РАБОТА В АТМОСФЕРНОМ РЕЖИМЕВ ЦВД подается холодная вода. Пар в ЦВД нагревает воду до 105° -106°С. и частично деаэрирует. Выпар поступает в ОВ, вода – в емкость 2 через капельный деаэратор 3. Вода разбрызгивается и каждая ее капля вскипает, образуя выпар. Происходит окончательная деаэрация воды. По трубе 8 выпар из бака 2 поступает в охладитель выпара. Неконденсируемые газы удаляются в атмосферу через вестовую трубу 9.    Если воду предварительно нагреть в поверхностных подогревателях до 104° – 106°С, то деаэрация будет происходить без подачи пара в ЦВД.РАБОТА В ВАКУУМНОМ РЕЖИМЕВестовая труба 9 перекрыта. Труба 13 соединена с всасывающим патрубком эжектора. Если деаэрируемую воду предварительно нагревать до 65°-100°С, то установка будет работать на "начальном эффекте" без подачи пара или перегретой воды. Вакуум установится пропорционально температуре воды на выходе из деаэратора. За счет вскипания вода охладится на 2°-5°С. Если вода холодная или недостаточно нагрета, то в ЦВД подают пар или перегретую воду.

Основным видом водоподготовки, применяемой в отопительных котельных

малой мощности, является упрощенная схема одноступенчатого или двухступенчатого натрий-катионирования с мокрым хранением реагента.

При натрий-катионировании плохо растворимые в воде соли переходят в хорошо растворимые, которые даже при большом содержании в воде не вы­падаютв осадок. При этом общее количество солей не уменьшается. В качестве катионита применяют минерал глауконит, сульфоуголь и синтети­ческие смолы. Когда катионит истощится (о чем свидетельствует повы­шение жесткости умягченной воды), приступают к регенерации фильтра. Катионит регенерирует обратным про­током 10%-ного раствора поваренной солиNаС1. Регенерация состоит из взрыхления катионита, пропускания через него раствора поваренной соли и отмывки. При регенерации, ионы на­трия вытесняют из катионита погло­щенные им ионы кальция и магния, которые переходят в раствор. Обрабо­танный таким образом катионит обогащается катионами натрия и вновь обретает способность умягчать жест­кую воду. Для удаления продуктов регенерации и остатков раствора по­варенной соли катионит отмывают.

Для восстановления обменной способности катионит периодически обрабатывают раствором поваренной соли, поступаю­щей в фильтр из солерастворителя.

Способ мокрого хранения реагента (поваренной соли) заключается в том, что соль хранят в бетонных резер­вуарах. В нижней части которых не­большое ее количество находится в растворенном состоянии (концентра­ция около 25 %), Этот раствор пода­ют насосом в фильтр соленого раство­ра, а затем в специальные баки, где разбавляют до концентрации реге­неративного раствора —10 % и расхо­дуют по мере надобности.

Основным оборудованием водоподготовки являются катионитовые фильтры, изображенные на рис. 3.7.6. Корпус фильтра рассчитан на рабочее давление 392-585 кПа (4-6 кгс/см²). В нижней его части расположено дренажное устройство для равномер­ного распределения проходящей воды по сечению фильтра. Дренажное уст­ройство закреплено в бетонной подуш­ке и состоит из коллектора и системы труб. Вода в трубы входит через штуцера, приваренные к верхней части труб. На штуцера навинчены шести­гранные пластмассовые колпачки с не­сколькими отверстиями на каждой грани. На поверхности бетона с дре­нажными колпачками расположена кварцевая подстилка с крупностью зерен от 10 до 1 мм. Крупность зерен уменьшается снизу вверх. Квар­цевая подстилка предохраняет вынос катионитового материала через дре­нажную систему. Над подстилкой зак­ладывают катионит, выше располага­ется водяная подушка. Верхний лаз служит для загрузки кварца и катио­нита, а нижний люк - для отвода во­ды во время промывки кварца при первичной загрузке.

Рис. 3.7.6. Натрий-катионовый фильтр

В котельной комплекса ПГТУ применяется 2-х ступенчатое Na-катионирование, что позволяет более глубоко умягчать воду для питания паровых котлов. Регенерация Na-катионового фильтра 1-ой ступени производится примерно один раз в неделю, регенерация фильтра 2-ой ступени – один раз в месяц.

На следующей странице приведена технологическая схема предварительной очистки воды химводоподготовки Березниковской ТЭЦ-4 ОАО ТГК-9

Водоподготовительные установки имеют много выходных координат, требующих поддержания их на требуемом технологией уровне. Приведем примеры систем регулирования.