О выборе схем обработки воды для питания паровых котлов

Все паровые котлы, сжигающие высококалорийное топливо и имеющие экранированные поверхности нагрева, независимо от производительности и давления требуют глубокого умягчения воды (Ж0 < 0,01 мг-экв/л), поэтому проектируемые схемы умягчения должны предусматривать вторую ступень Nа-катионирования. Химически обработанная вода в смеси с возвращаемым конденсатом подвергается деаэрации в деаэраторах атмосферного или вакуумного типа.

По ГОСТ 20995 [1] устанавливаются требования к качеству питательной воды по основным показателям. Этим же показателям должна отвечать и обработанная вода, но принимая во внимание качество исходной воды и другие условия, требуется проводить проверку схем обработки добавочной воды по трем важным показателям водно-химического режима [2]:

• продувке котлов;
• содержанию углекислоты в паре;
• относительной щелочности котловой воды.

Продувка котлов по сухому остатку

Продувку котлов по сухому остатку, %, определяют по следующей формуле:

Р = Sов Аов 100 / (Sкв - Sов Аов), где

Аов - доля обработанной воды, определяемая из пароводяного баланса котельной, учитывающей потери конденсата;

Sов - сухой остаток обработанной воды, мг/л;

Sкв - сухой остаток котловой воды, принимается по паспортным данным завода-изготовителя, мг/л.

Периодическую продувку необходимо предусматривать при расчетной величине менее 2%, при величине продувки 2% и более кроме периодической следует предусматривать непрерывную продувку. При этом допускаемую величину непрерывной продувки для котлов с давлением пара до 1,4 МПа следует принимать не более 10% производительности котлов, при большем давлении - не более 5% [3].

Расчет продувки ведется на максимальные потери пара и конденсата и худшие показатели по сухому остатку исходной воды.

Продувку котлов также можно представить следующим образом. При стабильной работе парового котла принимается, что солесодержание воды будет в постоянном равновесии, если масса солей, выводимых из котла в канализацию, равна массе солей, вводимых с подпиточной водой. Равновесное состояние может быть выражено уравнением:

Q1 C1 = q C2, где

Q1 - расход подпиточной воды с концентрацией

C1; q - расход сбрасываемой воды (продувка);

C2 - солесодержание котловой воды.

Отсюда C2 = C1 Q1 / q, т.е. солесодержание подпиточной воды в котле определяется отношением расхода подпиточной воды к расходу спускаемой воды (продувке).

Если пар расходуется целиком, то проблема заключается не только в очистке кубометров подпиточной воды в час, а в очистке образующегося пара в объеме Т в час.

Принимая во внимание, что Q1 = T + q, соотношение концентраций или концентрационный коэффициент можно выразить уравнением [4]: C1 / C2 = (Т + q) / q

Содержание углекислоты в паре

Допустимое содержание свободной углекислоты в паре принимается в соответствии с ГОСТ 20995 в зависимости от условий использования пара потребителями, и для промышленных котлов с рабочим давлением пара до 3,9 МПа не должно превышать 20 мг/л.

При растворении диоксида углерода в воде образуется угольная кислота Н2СО3, диссоциирующая на ионы Н+ и НСО3-. Растворившаяся в конденсате пара свободная углекислота уменьшает рН конденсата и способствует развитию электрохимической коррозии углеродистой стали пароконденсатного тракта с водородной деполяризацией, при которой повреждается оборудование и, как следствие, питательная вода обогащается продуктами коррозии. Эти процессы со временем могут привести к аварийным остановкам котла [5].

В целях предотвращения углекислотной коррозии рекомендуется применять [2]:

• дегазацию конденсата в пароиспользующей аппаратуре;
• аминирование питательной воды, если потребители пара допускают присутствие аммиака, а в конденсатном тракте отсутствуют детали из медных сплавов;
• схемы водоподготовки со снижением щелочности исходной воды.

Концентрация углекислоты в паре, мг/л, при использовании деаэраторов ДСА (без барботажа) определяется по формуле:

CO2 = 22 Щов Аов (1 - G), где

Щов - щелочность обработанной воды, мг-экв/л;

G - доля разложения Na2CO3 в котле, принимается по графику.

При деаэрации же питательной воды в деаэраторах с барботажом пара концентрация углекислоты в паре определяется из уравнения:

CO2 = 22 Щов Аов (G1 + G), где

G1 ~ 0,4 - доля разложения NaHCO3 в котле (60 % разлагается в барботажном деаэраторе и удаляется с выпаром).

Относительная щелочность котловой воды

Относительная щелочность котловой воды, %, равна относительной щелочности обработанной воды (разбавление конденсатом и концентрирование солей в котле относительную щелочность не изменяют) и определяется из уравнения [2]:

ЩКВОТ = ЩОВОТ = 40 ЩОВ 100 / SОВ, где

ЩКВОТ и ЩОВОТ - относительная щелочность соответственно котловой и обработанной вод, %;

ЩОВ - щелочность обработанной воды, мг-экв/л;

SОВ - сухой остаток обработанной воды, мг/л;

40 - эквивалентная масса NaOH, мг-экв/л.

Требования к качеству котловой воды изложены в ПБ 10-574-03 [6], где величина относительной щелочности для паровых котлов с давлением пара до 4 МПа (40 кгс/см2) включительно нормируется следующим образом:

• для котлов, имеющих заклепочные соединения, не должна превышать 20%;
• для котлов со сварными барабанами и креплением труб методом вальцовки (или вальцовкой с уплотнительной подваркой) допускается до 50%;
• для котлов со сварными барабанами и приварными трубами не нормируется.

Относительная щелочность котловой воды выше нормируемых пределов может вызвать межкристаллитную коррозию или так называемую щелочную хрупкость котловой стали.

Если один из перечисленных показателей выбора схем обработки воды для паровых котлов не отвечает существующим нормам, принимают другую схему в зависимости от необходимости снизить сухой остаток, содержание углекислоты в паре или относительную щелочность котловой воды; одновременно с этим предусматривают все методы обработки, включая коррекционные, чтобы питательная вода отвечала нормам, приведенным в ГОСТ 20995.

Литература:

1. ГОСТ 20995-75. Котлы паровые стационарные давлением до 3,9 МПа.
2. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления. Справочник. Энергоатомиздат, 1990, с.58-60.
3. СНиП II-35-76. Строительные нормы и правила. Котельные установки.
4. Технические записки по проблемам воды. Пер. с англ. в 2-х т. Стройиздат, 1983, с. 700-701.
5. Субботина Н.П. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях. М., Энергия, 1974, с. 79-80.
6. ПБ 10-574-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Опубликовано: 27.11.2006

Автор: В.В. ЧЕРЕВКОВ - технолог