Вода для подпитки паровых котлов

Качество воды для котлов

В теплоэнергетике большое внимание уделяется вопросам водоочистки и водоподготовки. Качество воды в котлах имеет важное значение — от него зависит эффективность использования оборудования. Одной из важнейших задач на этапе проектирования котловой системы является точное определение химического состава и физических свойств жидкого теплоносителя.

Использование неподготовленной жидкости — не отвечающей требованиям по качеству воды для котлов — может привести к потерям мощности, а при длительной эксплуатации к неисправностям и аварийности котельной установки. Требования к теплоносителю устанавливаются действующими нормативными документами и производителями оборудования. Для каждой из его разновидностей утверждаются определенные параметры, обеспечивающие оптимальный режим работы системы.

Определение нормы качества воды котлов и ее влияние на котлы

Режимы работы теплоэнергетических установок подбираются таким образом, чтобы добиться их максимальной эффективности. В таких условиях требования к качеству используемой в котлах воды существенно возрастают, и на предприятиях организуется постоянный контроль ее химического состава по следующим показателям:

• Прозрачность, щелочность и жесткость.
• Содержание хлоридов, фосфатов, нитратов, соединений железа, других солей и сухого остатка.
• Концентрация аммиака, свободной углекислоты и растворенного кислорода.
• Показатели кислотно-щелочного баланса pH.

Исследования параметров качества питательной и подпиточной воды котлов проводятся специализированными лабораториями с использованием методик, утвержденных действующим РТМ. Анализы жидкости выполняются на основании ГОСТ 2761 с выдачей письменного заключения. Несоблюдение установленного водно-химического режима приводит к образованию на внутренних поверхностях котла и трубопроводов:

1. Твердых нерастворимых отложений из-за наличия в теплоносителе механических примесей: ила, песка, окалины, соединений марганца и железа.
2. Накипи. Образуется в результате снижения растворимости солей магния и кальция при нагревании воды до температуры свыше +130 °C.
3. Коррозия. Повышенная электрохимическая активность воды вызывает разрушение пассивирующей пленки, что приводит к окислению металла и постепенному разрушению.

Отложения в теплообменниках и трубопроводах, появляющиеся из-за того, что не соблюдены требования качества воды для котлов, уменьшают их эффективное сечение и ухудшают процессы теплоотдачи. Происходит локальный перегрев оборудования, накопление усталостных изменений металла и его растрескивание. Деструктивные процессы усугубляются образованием накипи и очагов глубокой коррозии, что приводит к отказам и авариям котельных установок. Возрастают затраты на обслуживание и ремонт системы теплоснабжения.

Вода для котельных установок: основные разновидности

Основными источниками водоснабжения для теплоэнергетики являются открытые водоемы, а также скважины: артезианские и грунтовые. Вода, используемая для обеспечения работы котлоустановок и систем отопления, классифицируется согласно СП 89.13330.2012:

1. Сырая. Водный раствор, подаваемый непосредственно из источника водополучения без предварительной подготовки.
2. Питательная. Прошедшая водоочистку и обработку и поступающая на вход в котельную установку: по химическому составу должна соответствовать действующим нормативам.
3. Добавочная. Очищенный водный запас, предназначенный для возмещения потерь после продувки котла, при утечках воды и пара из системы.
4. Подпиточная. Используется для компенсации протечек воды из водопроводов и потребляющего оборудования.
5. Котловая. Теплоноситель, непосредственно циркулирующий в котловой установке.
6. Прямая и обратная сетевая. Жидкость, поступающая из напорной трубы и находящаяся в отрезке трубосетей от потребителя до котельной.

Чтобы выполнить требования к качеству воды в котлах, нужно провести исследование её состава. Анализ воды из открытых и подземных источников производится аккредитованной лабораторией в разные периоды года. В зимний, летний и осенне-весенний сезон качество и состав жидкости могут существенно различаться.

Качество питательной воды для котлов: основные требования и нормативная документация

Вопросы безопасности теплоэнергетических сетей в нашей стране регулируются на законодательном уровне. В частности, параметры качества очищенной воды для котловых установок устанавливаются Федеральными нормами и правилами, утвержденными приказом ФСЭТАН (Ростехнадзора) № 116 от 25.03.2014 г.

Нормы качества воды для котлов — основные показатели жидких теплоносителей — определяются нормативными документами:

1. СанПиН 2.1.4. 2552. Вода для возмещения потерь из открытых сетей тепло- и водоснабжения.
2. ГОСТ 20995. Питательная вода, а также используемая для снижения температуры перегретого пара методов впрыскивания.
3. СНиП II-35-76. Вода питательная для котлоустановок паровых с рабочим давлением до 0,017 МПа и естественным типом циркуляции.

Требования к теплоносителям-жидкостям, применяемым в жаротрубных и водогрейных установках, устанавливаются заводами-изготовителями оборудования. Такие нормативы обычно указываются в руководстве по эксплуатации или в техническом паспорте. При необходимости эти данные следует запросить у компании-производителя.

Показатели качества воды для котлов

Химический состав и физические свойства теплоносителя определяются, исходя из особенностей эксплуатации теплоэнергетического оборудования. Требования к качеству жидкости по прозрачности, жесткости и концентрации растворенного кислорода устанавливаются для каждой из разновидностей котлов котловой станции:

• Паровые (газотрубные).
• Водогрейные.
• Водотрубные (в том числе и бойлеры).
• Котлоустановки высокого и низкого давления.

Точное соблюдение водно-химического режима обеспечивает бесперебойное функционирование теплоэнергетического оборудования с максимальной эффективностью. Контроль качества теплоносителя проводится периодически — это предписано требованиями технической и технологической документации.

Котлы паровые — водный режим качества воды

Для обеспечения работы котельных установок данного типа используются разные виды топлив, в том числе и жидкие. Вода питательная для паровых котловых установок должна иметь такие характеристики:

• Номинальная прозрачность (определяется по размеру текста лабораторным способом): не менее 40 см.
• Жесткость воды: до 30 мкг∙экв/кг.
• Предельное содержание кислорода: 50 мкг/кг.

Последний параметр регламентируется для котлоустановок, способных производить не менее 2 000 кг перегретого пара в час. При этом для установок с экономайзером, изготовленном из чугуна или вовсе его не имеющего, допустимая концентрация кислорода устанавливается по верхнему пределу.

Водогрейные — нормы качества воды котлов

Параметры воды для оборудования горячего водоснабжения устанавливаются раздельно для систем открытого и закрытого типов. Они регламентируются для разных рабочих температур в диапазоне от 115 до 200°C и для них установлены такие параметры:

• Прозрачность: 40 см.
• Показатель pH: до 8,5.
• Содержание иных веществ: растворенного кислорода — до 50 мкг/кг; солей железа — до 500 мкг/кг;
• нефтепродуктов — до 1,0 мг/кг.

Какие предъявляются требования к качеству воды для промышленных котлов? В сетях теплоснабжения закрытого типа возможно использование воды с минимальным уровнем pH в 7,0 и максимальным — до 11,0. Если же водогрейная котлоустановка функционирует одновременно с бойлером, у которого латунный теплообменник, данный параметр должен быть не более — 9,5.

В теплоносителе для котельных установок водогрейного типа согласно действующим нормативам не должно быть свободной углекислоты. После ремонта и при включении оборудования после долгого простоя допускается отклонение от указанных параметров на срок не более 28 дней.

Водотрубные котлы — качество воды

Теплоэнергетические установки данного типа работают на мазуте, угле или природном газе. В водотрубных котлах, рассчитанных на давление до 4,0 МПа, используют теплоносители со следующими параметрами:

• Показатель прозрачности: 40 см.
• Общее содержание: железа и меди — 50 мг/дм3 и 10 мг/дм 3 ; кислорода — до 100 мг/кг.
• Количество нефтепродуктов: до 5 мг/кг.

Уровень pH для прямого и обратного сетевого теплоносителя, используемого в водогрейных котельных установках, составляет 8,5-10,5. В некоторых случаях при наличии надлежащего обоснования допускается его уменьшение до 7,0 единиц.

Нормы качества воды для прямоточных котлов

Для таких энергоустановок устанавливаются наиболее жесткие требования к качественным характеристикам применяемой воды. Основные физико-химические параметры теплоносителя:

• Жесткость: до 1 мкг∙экв/дм 3 .
• Электропроводимость: 0,3 мкОм/см.
• Содержание: натрия — 5 мкг/кг; кремниевой кислоты — 1 5 мкг/кг; железа — 10 мкг/кг; кислорода — до 400 мкг/дм 3 ; меди — 5 мкг/дм 3 ; нефтепродуктов — 0,1 мг/дм 3 .

На электростанциях, укомплектованных прямоточными котельными установками с проектным давлением пара в 14 МПа, для поступающей из конденсатосборника воды допускается незначительное увеличение концентрации железа до предельного показателя 20 мкг/ дм 3 .

Качество воды для котлов высокого и низкого давления

Для парогазового оборудования, работающего вместе с высоконапорной котлоустановкой, в процессе водоподготовки достигаются исключительно высокие показатели теплоносителя. Сетевая вода для котлов, работающих под высоким давлением (до 14 МПа), должна иметь параметры:

• Жесткость удельная: до 7 мкг∙экв/кг.
• Содержание общего железа: не более 20 мкг/кг.
• Концентрация растворенного кислорода: до 10 мкг/кг.
• Солесодержание: до 200 мкг/кг.
• Удельная электропроводность : до 1,5 мкОм/см.
• Количество нефтепродуктов: не свыше 0,3 мг/кг.

Качество исходной воды для котлов не может превышать эти значения, указанные в стандартах. Для котлоустановок низкого давления (до 4 МПа) параметры качества теплоносителя менее жесткие по содержанию некоторых примесей. Также не регламентируется солесодержание, электропроводность и концентрация нефтепродуктов.

Уровень pH в подготовленной воде при температуре 25 °C и нормальном атмосферном давлении должен быть в пределах от 9,0 до 9,2. Для парогенераторов, работающих на природном газе (метане), допускается превышение нормативов по общему содержанию железа на 50% от указанных.

Влияние качества воды на котлы

Важно соблюдать нормы качества питательной воды и пара котлов. Высокое качество сетевой, питательной, подпиточной и котловой воды обеспечивает сохранение ресурса котельной установки и снижение затрат на ее содержание и обслуживание. Для каждой из разновидностей котлов: парового, водогрейного, водотрубного и прямоточного необходим теплоноситель с определенными показателями. Соответствие его установленным нормативным требованиям к качеству воды по эксплуатации котлов позволит добиться максимальной эффективности теплоэнергетического оборудования.

Источник

Требования к воде и пару

Требования к воде и пару

Вода, используемая в парогенераторах и водогрейных котлах, в зависимости от участка технологической цепи, на котором она используется, носит различные названия. Вода, поступающая в котельный цех от различных источников водоснабжения, называется исходной или сырой водой. Эта вода, как правило, поступает для предварительной химической подготовки перед использованием ее для питания парогенераторов и водогрейных котлов.

Вода, поступающая для питания парогенераторов и предназначенная для восполнения испарившейся воды, называется питательной водой, а для восполнения потерь или расходов воды в тепловых сетях — подпиточной водой. Котловой водой называют воду в котле, из которой получается пар.

Пар, получаемый в промышленных котлах, направляется в различные теплоиспользующие аппараты, конденсат из которых возвращается не полностью. Кроме того, часть пара и воды при наличии неплотностей теряется. В связи с этим необходимо систематически добавлять некоторое количество воды извне. В водогрейные котлы также приходится добавлять некоторое количество воды из-за ее утечек в системе теплоснабжения или использования потребителями.

Лучшей для питания котлов является вода, получаемая при конденсации пара, так как в ней содержится незначительное количество загрязняющих ее веществ. Вода, получаемая из различных источников водоснабжения, всегда хуже конденсата. Поэтому сырую воду перед использованием для питания котлов или подпитки тепловых сетей предварительно обрабатывают с целью улучшения ее качества.

Качество сырой, питательной, подпиточной и котловой воды характеризуют сухим остатком, общим солесодержанием, жесткостью, щелочностью, содержанием кремниевой кислоты, концентрацией водородных ионов и содержанием коррозионно-активных газов.

Сухим остатком называется содержание растворенных и коллоидных неорганических и органических твердых примесей, выраженное в мг/кг или мкг/кг. Сухой остаток определяется выпариванием воды, профильтрованной плотным бумажным фильтром, с последующей сушкой остатка при температуре 110 °С.

Общее солесодержание характеризует суммарное содержание минеральных веществ, растворенных в данной воде, выраженное в мг/кг или мкг/кг.

Общей жесткостью воды называют суммарное содержание в воде солей магния и кальция. Различают карбонатную жесткость, обусловленную растворенными в воде солями кальция [Са(НС0₃)₂] и магния [Mg(HC0₃)₂], и некарбонатную, обусловленную всеми остальными солями кальция и магния (CaS0₄, MgS0₄, СаС₁₂, MgCl₂ и др.).

Общая жесткость разделяется на временную и постоянную. Временная жесткость, обусловленная содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния Са(НС03)2 и Mg(HC03)2, устраняется при кипении воды. Постоянная жесткость обусловлена содержанием в воде солей магния и кальция, кроме двууглекислых. Жесткость воды выражается концентрацией соответствующих ионов растворенных веществ, выраженной в эквивалентных единицах — микрограмм-эквивалент на килограмм (мкг-экв/кг) или миллиграмм-эквивалент на килограмм (мг-экв/кг). При этом 1 мкг-экв/кг=0,0005 ммоль/кг.

Щелочностью воды называют суммарное содержание в ней гидроксильных, карбонатных, бикарбонатных и других анионов. В зависимости от содержания анионов, характеризующих щелочность, различают: гидратную щелочность, обусловленную концентрацией гидроксильных анионов; карбонатную, обусловленную концентрацией карбонатных анионов; бикарбонатную, обусловленную концентрацией бикарбонатных анионов. Щелочность измеряется в мкг-экв/кг или мг-экв/кг.

Кремнесодержанием называют суммарную концентрацию в воде различных соединений кремния, которые могут находиться как в молекулярной, так и в коллоидной формах. Кремнесодержание условно пересчитывают на Si0₂ и выражают в мкг/кг или мг/кг.

Весьма важное значение имеет показатель pH, характеризующий концентрацию в воде водородных ионов. В воде происходит непрерывный обратимый процесс диссоциации молекул воды на ионы водорода Н + и гидроксильные ионы ОН — . Одновременно диссоциирует весьма небольшое число молекул (около десятимиллионной части всех молекул). Однако в результате диссоциации в воде находится определенное равновесное число ионов водорода Н + и гидроксильных ионов ОН — . В чистой воде концентрация водородных ионов всегда равна концентрации гидроксильных ионов. При наличии в воде растворенных веществ указанное равенство нарушается. Концентрация водородных ионов в химически чистой воде при температуре 22 °С равна 10-7. Концентрацию водородных иолов в воде принято выражать десятичным логарифмом этого числа, взятым с обратным знаком, и обозначать pH. Следовательно, для абсолютно чистой воды pH = 7. При pH, меньшем 7, концентрация ионов водорода увеличивается, что свидетельствует о кислой реакции воды. Для воды, содержащей растворенные щелочи. pH больше 7.

Коррозионно-активными газами, содержащимися в воде, являются кислород и углекислый газ. Содержание их в воде выражается в мкг/кг или мг/кг.

В соответствии с правилами Госгортехнадзора к питательной воде котлов, имеющих естественную циркуляцию при давлении до 4 МПа, и к подпиточной воде водогрейных котлов применяются определенные требования к воде и пару. Нормы качества питательной воды для парогенераторов при докотловой обработке в соответствии с ГОСТ 20995-75 приведены в табл. 6-1.

Нормам качества подпиточной воды для тепловых сетей соответствуют требования к воде и пару СНиП 11-36-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования» приведены в табл. 6-2.

Требования к воде и пару предъявляются при питании котельных агрегатов химически очищенной водой малой жесткости когда возможно отложение накипи на поверхностях нагрева. Поэтому применяют коррекционный метод обработки, вводя в котловую воду специальные реагенты, называемые коррекционными веществами. В качестве коррекционных веществ в котловую воду экранированных котлов вводятся фосфаты.

Ввод фосфатов служит также для предупреждения межкристаллитной коррозии. Для паровых котлов давлением более 1,6 МПа рекомендуется солефосфатный режим, при котором в котловой воде допускается наличие определенного избытка щелочей наряду с фосфатами, сульфатами и хлоридами. Эти соединения оказывают положительное воздействие на металлы, так как они, имея ограниченную растворимость при высоких температурах, при упаривании котловой воды выпадают в оса­док и закупоривают неплотности в котле. Избыток фосфатов в котловой воде с одной ступенью испарения должен быть при солефосфатном режиме не менее 10 и не более 20 мг/кг; для котлов со ступенчатым испарением по чистому отсеку не менее 10 и по солевому отсеку — не более 75 мг/кг.

В последнее время наряду с фосфатированием для барабанных паровых котлов предъявляются требования к воде и пару и рекомендуется комплексонный водный режим, разработанный Т. А. Моргуловой. При этом режиме в питательную воду вводится определенная доза этилендиаминтетра — уксусной кислоты (ЭДТА) или ее двухзамещенной натриевой соли, называемой трилоном Б. Эти соединения способны образовывать растворимые в воде комплексы со всеми накипеобразующими катионами, включая железо, при значениях pH воды не выше 9,5. Комплексно должен вводиться в питательную воду перед питательным насосом. Весь тракт дозирования должен быть выполнен из нержавеющей стали. Концентрация дозируемого раствора не должна превышать 15 мг/кг.

Пар, получаемый в котле, должен быть чистым во избежание отложения накипи на внутренней поверхности труб пароперегревателя н теплообменных аппаратов. Качество пара, получаемого в котлах, зависит от его влажности и концентрации загрязняющих котловую воду веществ.

Влажный пар характеризуется влажностью и солесодержанием. Влажностью называют массовую долю влаги, содержащейся в насыщенном паре. Под солесодержанием пара понимают отношение (мг/кг)

Качество насыщенного и перегретого пара в соответствии с ГОСТ 20995-75 должно отвечать нормам, приведенным в табл. 6-3.

Для снижения влажности пара применяются паросепарационные устройства, описанные в § 6-6. Для уменьшения содержания веществ, загрязняющих котловую воду, производится продувка, т. е. удаление части котловой воды и замена ее питательной водой. Содержание загрязняющих веществ в котловой воде тем меньше, чем больше при прочих равных условиях продувка.

Различают продувку непрерывную и периодическую. Непрерывная продувка производится без перерывов в течение всего времени работы котла, а периодическая — кратковременно через большие промежутки времени. В результате периодической продувки из котла вместе с небольшим количеством котловой воды удаляют осевший шлам, который образуется из веществ, кристаллизующихся в объеме котловой воды. Периодическую продувку производят из нижних точек (нижний барабан и нижние коллекторы экранов). Непрерывная продувка обеспечивает равномерное удаление из верхнего барабана растворенных в котловой воде солей. С непрерывной продувкой теряется значительное количество теплоты. При давлении пара 1,0-1,4 МПа каждый процент неиспользуемой продувки увеличивает расход топлива примерно на 0,3%. Использование теплоты непрерывной продувки возможно в системе отопления, в водяных тепловых сетях для подпитки или в специально устанавливаемых сепараторах (расширителях) для получения вторичного пара. Однако использование теплоты продувочной воды не означает, что продувка может быть большой. Следует учитывать, что котловая вода имеет более высокий тепловой потенциал по сравнению с водой, используемой в сепараторе (расширителе) продувки. Поэтому необходимо всемерно снижать продувку.

Одним из наиболее эффективных методов снижения потерь котловой воды с продувкой является ступенчатое испарение. Ступенчатое испарение заключается в том, что в водяном объ­еме котла создают зоны с различным содержанием солей в котловой воде. Это достигается разделением водяного объема барабана котла с его поверхностями нагрева на отдельные отсеки. При этом продувка производится из отсека с наиболее высоким содержанием солей, а отбор основной массы пара, направляемого в пароперегреватель, производят из отсека с наименьшей концентрацией солей в котловой воде.

Простейшим является двухступенчатое испарение, сущность которого заключается в следующем. Водяной объем верхнего барабана разделяется перегородкой с отверстием на два отсека (рис. 6-4): чистый 6 и солевой 2. Питательная вода поступает в чистый отсек, а солевой питается из чистого через отверстие в перегородке 3. В чистом отсеке образуется примерно 80 % пара, а в солевом -20%. Следовательно, из чистого отсека в солевой поступает 20 % воды, которая для чистого отсека является продувочной.

При такой продувке содержание солей в чистом отсеке крайне мало и из него получается пар весьма хорошего качества. В солевом отсеке поддерживается высокое содержание солей за счет малой продувки и, следовательно, получаемый из него пар имеет высокое солесодержание. Однако из пара, выдаваемого солевым отсеком, стремятся удалить капельки котловой воды, пропуская пар через сепарирующие устройства и затем в паровое пространство чистого отсека. При прохождении через это пространство пар солевого отсека дополнительно очищается. В результате качество пара, выдаваемого котлом, определяется содержанием солей в котловой воде чистого отсека. Конструктивно ступенчатое испарение в котлах выполняют с расположением солевых отсеков непосредственно в верхнем барабане или устанавливают выносные циклоны. Чаще всего на вторую ступень испарения включают боковые экраны котла.

Режим продувки и качество котловой воды устанавливаются путем специальных теплохимических испытаний. Предельные значения солесодержания котловой воды, рекомендуемые заводами-изготовителями котлов, приведены в табл. 6-4.

Источник