Водоподготовка для котельных особенности, способы, рабочее оборудование. Опыт проектирования и эксплуатации комплексов хво котельных на основе современного автоматизированного оборудования

Вода, одновременно являющаяся дешевым теплоносителем и универсальным растворителем, может представлять угрозу для водонагревательного и парового котлов. Риски, в первую очередь, связанны с наличием в воде определенных примесей. Решение и предотвращение проблем в работе котельного оборудования невозможно без четкого понимания их причин, а так же знания современных технологий подготовки воды.

Для котловых систем характерны три группы проблем, связанных с присутствием в воде следующих примесей:

нерастворенных механических;
растворенных осадкообразующих;
коррозионноактивных.

Каждый тип примесей может служить причиной выхода из строя того или иного оборудования установки, а так же вносит свой вклад в снижение эффективности и стабильности работы котла. Использование в системах воды, не прошедшей механическую фильтрацию, приводит к наиболее грубым поломкам— выходу из строя циркуляционных насосов, уменьшению сечения, повреждению трубопроводов, запорной и регулировочной арматуры. Обычно механические примеси— это песок и глина, присутствующие как в водопроводной так и в артезианской воде, а так же продукты коррозии трубопроводов, теплопередающих поверхностей и других металлических частей, которые находятся в постоянном контакте с агрессивной водой. Растворенные примеси могут вызывать серьезные неполадки в работе энергетического оборудования, которые обуславливаются:

образованием накипных отложений;
коррозией котловой системы;
вспениванием котловой воды и уносом солей с паром.

Эта группа примесей требует особого внимания, поскольку их присутствие в воде зачастую не так очевидно, как наличие механических примесей, а последствия от их воздействия на котельное оборудование могут быть весьма печальны— от снижения энергоэффективности системы, до полного ее разрушения.

Карбонатные отложения, вызываемые повышенной жесткостью воды— хорошо известный результат процессов накипеобразования, протекающем даже в неизношенном оборудовании, однако далеко не единственный. Так при нагреве воды выше 130°Срезко снижается предельнаярастворимость сульфатов кальция, что приводит образованию особоплотной накипи гипса

(см. Таблицу №1)

Образующиеся накипные отложения ухудшают теплопередачу теплообменных поверхностей, что приводит к перегреву стенок котла и снижению срока его службы, а так же к увеличению потери тепла. Ухудшение теплообмена приводит к перерасходу энергоносителей, что отражается на эксплуатационных затратах. Образование на поверхности нагрева даже незначительного по толщине (0,1-0,2мм) слоя отложений приводит к перегреву металла и, как следствие, появлению отдушин, свищей и даже разрыву труб.

Образование накипи является однозначным признаком использования в котловой системе воды низкого качества. В этом случае неизбежно развитие коррозии металлических поверхностей и накоплении вместе с накипными отложениями, продуктов окисления металлов.

В котловых системах могут происходить два типа коррозионных процессов: химическая и электрохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия связанна с образованием большого количества микрогальванических пар на металлических поверхностях. В большинстве случаев коррозия возникает в неплотностях металлических швов и развальцованных концов теплообменных труб; результатом таких поражений являются кольцевые трещины. Основными стимуляторами коррозии являются растворенный кислород и углекислый газ.

Если конструкции выполнены из черного металла, отклонение от диапазона рН 9-10 приводит к развитию коррозии. В случае алюминиевых конструкций превышение рН 8,3-8,5 приводит к разрушению пассивирующей пленки и коррозии металла. Особое внимание следует обращать на поведение газов в котловых системах.С повышением температуры растворимость газов снижается — происходит их десорбция из котловой воды. Этот процесс обуславливает высокую коррозионную активность кислорода и диоксида углерода. Кроме того, в процессе нагрева и испарения воды происходит разложение гидрокарбонатов на карбонаты и диоксид углерода, который уносится вместе с паром и обуславливает снижение рН и высокую коррозийную активность конденсата. Поэтому при выборе схемы химводоочистки и внутрикотловой обработки следует предусматривать способы нейтрализации кислорода у диоксида углерода.

Другой вид химической коррозии— хлоридная коррозия. Из-за своей высокой растворимости, хлориды присутствуют во всех доступных источниках водоснабжения.Они разрушаютпассивирующую пленку на поверхности металла, что стимулирует развитие вторичных коррозийных процессов. Гранично-допустимая концентрация хлоридов в воде котловых систем— 150-200 мг/л.

Накипеобразование и коррозионные процессы являются результатом использования в котловой системе воды низкого качества— химически нестабильной и агрессивной.Эксплуатировать котловые системы на такой воде экономически нецелесообразно и опасно с точки зрения техногенных рисков.

Обычно в качестве источников водоснабжения котловых систем используются водопровод или артезианские скважины. Каждый тип воды имеет свои недостатки и набор типичных проблем. Первый типичной проблемой любой воды являются соли кальция и магния, обуславливающие общую жесткость. В Российской Федерации, в зависимости от региона и типа источника водоснабжения, жесткость как водопроводной, так и артезианской вод, обычно, находится в пределах 2-20мг-экв/л.Другой типичной примесью являются растворенные соли железа, содержание которых может находиться в интервале 0,3-20 мг/л. При этом в большинстве артезианских скважин концентрация растворенного железа превышает 3 мг/л.

Котловые системы по их назначению принято подразделять на водогрейные и паровые. Для каждого типа существует свой набор требований кхимочищенной воде, которые также зависят от мощности котла и температурного режима. Требования к количеству воды для котловых систем устанавливаются на уровне, обеспечивающем эффективность и безопасность работы котла при минимальном риске образования отложений и коррозии. Разработку официальных требований осуществляют надзорные органы (Бсэнергонадзор), однако эти требования всегда мягче рекомендаций производителя, которые устанавливаются исходя из гарантийных обязательств. В Европейском Союзе требования производителей проходят всестороннюю экспертизу в органах стандартизации и профильных организациях с точки зрения эффективности и длительной эксплуатации котла. Поэтому целесообразно ориентироваться именно на эти требования.

Расход подпиточной воды для котловых систем и требования к ее качеству определяют оптимальный набор водоочистительного оборудования и схему химводоотчистки. Особое внимание во всех нормативных документах, касающихся качества подпиточной воды, уделяется таким показателям как: жесткость, РН, содержание кислорода и углекислоты.

Водогрейные котлы

Системы водогрейных котлов относятся к системам закрытого типа. В этих системах вода не должна изменять свой состав. Закрытая система заполняется химически отчищенной водой один раз и не требует постоянной подпитки. Потери обычно случаются из-за протечек в трубопроводах или вследствие ошибок в обслуживании. При правильной эксплуатации пополнение химически очищенной водой в водогрейных контурах осуществляется перед началом отопительного сезона или не чаще, чем один раз в год (исключением является аварийная ситуация).

Однако если речь идет о бытовом водогрейном котле, система химводоотчистки используется так же для постоянного холодного и горячего водоснабжения.

Обязательное условие для всех видов воды, используемой в котлах всех типов— отсутствие взвешенных примесей и окраски. Для охладительных систем с предписанными рабочими температурами до 100°с большинство производителей используют упрощенные требования к качеству воды, минимизирующие только уровень общей жесткости.

Для отопительных установок с допустимой температурой нагрева выше 100°С, рекомендуется использование деминерализованной или умягченной воды, и в зависимости от типа устанавливаются нормативы ее качества.

Таблица №2

Системы водоподготовки для водогрейных котлов можно классифицировать в соответствии с мощностью котельной установки и ее назначением.

Для бытовых котлов — очистка для заполнения замкнутой системы отопления, холодного и горячего водоснабжения. Она должна соответствовать требованиям производителя котельного оборудования и нормативам на питьевую воду.

Для котлов средней мощности (до 1000 кВт)— системы для периодической подпитки котлового контура, как правило с корректировкой рН и растворенного кислорода.

Для промышленных котлов— системы постоянной подпитки глубокоумягченной водой с обязательной корректировкой рН и растворенного кислорода.

Часто в качестве источника водоснабжения бытовых водогрейных котлов используется водопроводная вода с характерным набором проблем: механические примеси и повышенная жесткость. Схема отчистки, в этом случае, состоит из двух стадий: механическая фильтрация и умягчение.

Очистка от механических примесей должна осуществляться в механических фильтрах сетчатого, дискового или картриджного типа.

При выборе механического фильтра необходимо соблюдать условия— рейтинг фильтрации не выше 100 мкм, иначе высока вероятность попаданий примесей в систему водоочистки или питательную воду.

Для корректировки жесткости используют системы умягчения, основанные на применении сильнокислотных катионов в натриевой форме. Эти материалы осаждают катионы кальция и магния, обуславливающие жесткость воды, взамен выделяя эквивалентное количество ионов натрия, которые не образуют при нагревании воды нерастворимых соединений.

При использовании воды из артезианской скважины системы умягчения будут недостаточно, так как в артезианской воде обычно повышенное содержание железа и марганца. В этом случае применяется один из вариантов сорбционно-окислительных технологийкак то: аэрация с последующей сорбцией на каталитических фильтрах, хлорирование и осаждение на сорбционных фильтрах, либо использование окислительных фильтров на основе зеленого песка, регенерируемого перманганатом калия.

При использовании традиционной трехступенчатой технологии подбор оборудования и фильтрующих материалов начинается с подробного химического анализа. Его результат должен быть тщательно проанализирован специалистом-химиком, который затем правильно подберет фильтрующие материалы для каждой стадии и определит требуемую конфигурацию оборудования. Многоступенчатая технология сложна в эксплуатации, кроме того, в этом случае производится раздельная регенерация различными реагентами и отмывка трех видов загрузок, используемых в системе, что требует значительного расхода воды на собственные нужды. Для регенерации фильтров с использованием зеленого песка применяется раствор перманганата калия. Приобретение и сброс его в канализацию требует специального разрешения.

В противовес многостадийному построению системы водоподготовки специалистами украинской компании НПО «Экософт» разработана более современная и эффективная комплексная одностадийная технология на основе многокомпонентнойфильтрующей загрузки, состоящей из пяти ионообменных и сорбционных материалов, которые регенерируются раствором поваренной соли, что исключает образование высокотоксичных отходов и сокращает расходы воды на собственные нужды. Системы ХВО на базе технологии Ecomixаналогичны стандартным системам умягчения по принципу работы, аппаратурному оформлению и сервису. Для обслуживания такой системы не требуется специально подготовленный персонал.

Системы очистки для котлов средней мощности до 1000 кВт аналогичны системам для бытовых водогрейных котлов. В этом случае подготовленная вода применяется как для заполнения контура котла, так и для подпитки. Для современных котлов объем на подпитку обычно не превышает 1,5 м3/ч. Для водогрейных котлов мощностью 500-1000 кВт, как правило, надо применять реагенты длявнутрикотловой обработки. Традиционно применяют автоматически дозирующие станции для ввода реагента в предварительно подготовленную воду и реагенты для связывания кислорода (сульфит или бисульфит натрия), корректировки рН (гидроксид натрия или тринатрийфосфат). Такой подход требует наличия нескольких дозирующих станций, тщательно подготовленных растворов и постоянного контроля концентрации дозируемых веществ. При этом контроль дозирования заключается только в измерении рН котловой воды.

Очистка для промышленных водогрейных котлов— более сложная задача. Поэтому в зависимости от требований к жесткости очищенной воды могут применяться как одноступенчатые системы умягчения, так и двухступенчатые. При этом оборудование химводоподготовки должно обеспечивать непрерывную подпитку водогрейного контура, а рабочий расход подготовленной воды может варьироваться в широком диапазоне и определяется для каждой котельной индивидуально. Типичная схема подготовки состоит из механической фильтрации, ступени обезжелезивания, умягчения или комплексной отчистки (при использовании на 1-ой ступени комплексной отчистки отпадает необходимость в ступени обезжелезивания) на 1-ой ступени и умягчения на 2-ой ступени, завершающаяся деаэрацией и корректировки рН. В случае промышленных водогрейных котлов могут применяться как физические методы деаэрации и корректировки рН (вакуумные или мембранные деаэраторы), так и химические (дозирование реагентов).

Химводоочистка для паровых котлов

В отличие от водогрейных котлов, в паровом котле происходит непрерывный процесс испарения. Потери пара в парогенераторных системах неизбежны, поэтому необходимо постоянное их восполнение химочищенной водой. Примеси, поступающие в котел с химочищенной жидкостью, непрерывно накапливаются, следовательно, солесодержание в котле постоянно увеличивается. Для предотвращения перенасыщения котловой воды осуществляется замещение ее части химочищенной водой за счет непрерывной и периодической продувки. Таким образом, возникает необходимость пополнения контура очищенной водой в объеме, достаточном для компенсации продувочной воды и пара. Очевидно, что чем выше качество очищенной воды, тем меньше примесей вноситься в систему и меньше величина продувки, а значит тем выше качество пара и ниже расход энергоносителя.
К воде, используемой в системах с паровым котлом, предъявляются наиболее жесткие требования, которыепринято разделять на две группы в соответствии с типом воды— для питательной (Таблица №3) и котловой (Таблица №4).

Таблица № 3 Основные требования к качеству питательной воды.

Рабочее давление (бар)
рН при 25°С
Общая жесткость (мг-экв/л)


Железо общее (мг/л)
Медь (мг/л)
Перманганатная окислямость (мгО 2 /л)
Электропроводность при 25°С (мкСм/см)	≤5% от предельного значения котловой воды

Таблица № 4 Основные требования к составу котловой воды.

При выборе схемы подготовки воды определяющим критерием является также величина непрерывной продувки котла, которая является расчетной и зависит от качества очистки, доли возврата конденсата и типа котла. Величина непрерывной продувки котла нормируется СНиПом на котельные установки. Так например, для котельных, оборудованных паровыми котлами с давлением менее 14 бар, продувка не должна превышать 10%, а для котлов с рабочим давлением до 40 бар — 5%.

В зависимости от расчетной величины продувки и минерализации исходной воды принимается решение о выборе схемы подготовки.При низкой минерализации достаточно использования двухстадийных систем комплексной очистки и умягчения, аналогичных системам водогрейного котла.В случае высокой минерализации потребуется применение комбинированной технологии, включающей стадии умягчения или комплексной отчистки и обратноосмотической деминерализации.

Если расчетная величина продувки превышает нормативную, следует снижать солесодержание химочищенной воды, то есть выбирать схему, включающую стадию деминерализации. В противном случае необходимо применять схему двуступенчатого умягчения. Следует отметить, что чем выше величина непрерывной продувки, тем выше расходы на нагрев, то есть возрастает расход энергоносителя и затраты на приготовление воды (увеличивается частота регенерации и, как следствие, увеличивается расход поваренной соли). Кроме того, высокая непрерывная продувка требует больших капитальных вложений и на компоненты парового котла. С точки зрения экономической обоснованности выбора химподготовки более выгодной оказывается схема глубокого умягчения на основе баромембранных технологий. Суть баромембранных методов состоит в пропускании воды через полупроницаемые мембраны, задерживающие примеси различного состава. Одной из наиболее прогрессивных схем деминерализации в настоящее время считается технология, включающая стадии ультрафильтрации, обратноосмотической деминерализации и электродионизации. Стадия ультрафильтрация используется для удаления взвешенных веществ, коллоидных примесей, части органических примесей (высокомолекулярную органику), а так же удаления бактерий, водорослей и прочих микроорганизмов, размер которых превышает сотые доли микронов. По своей сути ультрафильтрация является аналогом коагуляции в осветлителях и очистки на механических фильтрах, однако лишена недостатков, свойственных периодичной технологии. Так, основными преимуществами ультрафильтрационных установок являются:

Отсутствие необходимости содержания известкового хозяйства — при эксплуатации ультрафильтрационных установок требуется только периодическая кислотная и щелочная промывка модулей, однако количество реагентов в десятки раз меньше, чем в ионообменной технологии;
Отсутствие необходимости точного соблюдения технологических параметров (температуры, рН, скорости потока), как это требует эксплуатацияосветлителей.При этом качество очистки остается стабильно высоким и не зависит ни от условий эксплуатации, ни от человеческого фактора;
Существенное (в 2-4 раза) сокращение производственных площадей для размещения основного и вспомогательного оборудования;
Простота эксплуатации, возможность автоматизации процесса.

В промышленности ультрафильтрация начала применяться в 90-х годах прошлого столетия и сейчас считается наиболее эффективным методом механической очистки воды, особенно в качестве предподготовки воды в баромембранных технологиях.

В настоящее время существует несколько типов ультрафильтрационных мембран, отличающихся как технологическими особенностями, так и используемыми материалами. Наиболее прогрессивными с точки зрения эксплуатации считаются мембраны, работающие по принципу фильтрации снаружи - внутрь, позволяющие применять водо-воздушную промывку для интенсивного удаления отфильтрованных примесей. Среди материалов отдается предпочтение гидрофильным мембранам, изготовленным из механически и химически стойких полимеров (например, гидрофилизированногополивинилиденфторидаСН-PVDF).

На стадии обратноосмотической деминерализации происходит удаление из воды растворенных в ней примесей. В зависимости от требуемого качества очистки используют одно- или двухступенчатую схему. Как правило, остаточное солесодержание после первой ступени составляет 5-20 мг/л, что соответствует качеству воды после первой ступни Н/ОН ионизирования. В случае необходимости более глубокой деминерализации используют вторую ступень.

Важной особенностью применения метода обратного осмоса в технологиях подготовки в для энергетики является комплекс мер, направленных на поддержание достаточной производительности мембранных элементов в процессе их эксплуатации. Ухудшение проницаемости мембран, наблюдаемое при очистке практически любого происхождения, связано с образованием на их поверхности отложений различной природы: коллоидных и взвешенных частиц, неорганических осадков, крупных органических молекул, а так же с активностью микроорганизмов, для которых мембрана служит благоприятным субстратом. Избежать вышеупомянутых эффектов можно при соблюдении трех условий—надлежащей предварительнойподготовке воды, качественной и регулярной промывке мембранных элементов и использовании специальных реагентов—антискалантов. Антискаланты предотвращают рост кристаллов малорастворимых соединений на поверхности мембраны. Большинство современных антискалантов представляют собой смеси нескольких активных компонентов. Главным преимуществом современных антискалантов является высокая эффективность предотвращения отложения большинства труднорастворимых соединений кальция, магния, железа, марганца и кремния в широком диапазоне рН, температур и составов воды. Современные антискаланты проявляют высокую активность даже при небольших дозах 2-5 г/м3. Суммируя изложенное выше, можно выделить основные преимущества обратноосмотической деминерализации:
Исключительная надежность метода, обуславливающая стабильно высокое качество деминерализованной воды вне зависимости от сезонных колебаний качества исходной воды, технологических параметров и человеческого фактора;
Высокая экономическая эффективность— замена первой ступени ионообменной деминерализации на обратноосмотическую позволяет на 90-95% снизить потребность в кислоте и каустике, что по стоимости во много раз перекрывает увеличение затрат, связанных с расходом энергопотребления;
Как и для ультрафильтрационных систем сокращение производственных площадей и автоматизация технологических процессов;
Отдельного внимания в подготовке воды для паровых котлов заслуживает внутрикотловая обработка, основными задачами которой являются:

Защита котлового оборудования от коррозии;
Корректировки рН;
Защита пароконденсатного тракта от углекислотной коррозии;
Предупреждение накипеобразования при сбоях водоподготовки.

Традиционная схема химической коррекции состава воды требует использования нескольких реагентов, которые необходимо вводить в разных точках, четко соблюдая объемы дозирования и контролируя содержание каждого компонента в системе. С одной стороны привлекает низкая цена и доступность таких реагентов, с другой— практически показывает их существенные недостатки: сложность обеспечения полной защиты поверхностей, использование нескольких дозирующих станций, повышение солесодержания, высокий расход реагентов и необходимость постоянного трудоемкого контроля и настроек.
Современный подход к вопросу химической коррекции воды для паровых котлов представляет применение реагентов комплексного действия на основе пленкообразующих аминов. Эти реагенты одновременно:

Корректируют рН питающей, котловой воды и конденсата;
Образуют защитную пленку на поверхности сборника питающей воды, котлаи линии конденсата;
Препятствуют осадкообразованию в системе;
Частично переходят в паровую фазу и защищают пароконденсатный тракт от углекислотной коррозии за счет корректировки рН конденсата.

В состав реагента комплексного действия входят высокомолекулярные полиамины, диспергирующие полимеры инейтрализующие амины. Все компоненты имеют органическую природу, поэтому солесодержание котловой воды не повышается. Пленкообразующие амины блокируют рост кристаллов на теплопередающих поверхностях, в результате образуются аморфные осадки, которым не дают прилипнуть к поверхности диспергерующие полимеры. Впоследствии осадок легко удаляется при периодической промывке. Нейтрализующие амины работают как ингибиторы коррозии— они связывают углекислоту и обеспечивают безопасный рН. Сформированная на поверхностях пленка из полиаминов является водоотталкивающей, поэтому применение такого реагента защищает непосредственно трубы, а не просто корректирует состав жидкости.

На нужды горячего водоснабжения и подпитку поступает вода из существующего хозяйственно-питьевого водопровода котельной, отвечающая требованиям ГОСТ 2874–82 «Вода питьевая».

Требования к качеству подпиточной воды приняты по «Нормам качества подпиточной и сетевой воды тепловых сетей НР 34–70–051–83».

Для уменьшения содержания железа в проекте предусматривается установка обезжелезивания. Умягчение воды по способу натрий-катионирования.

Обезжелезивание воды происходит в фильтрах обезжелезивания. Через фильтр, загруженный сульфоуглем, пропускается аэрированная вода в течение 170–180 часов. За это время на поверхности зерен сульфоугля образуется пленка из соединений железа, служащая в дальнейшем катализатором. Когда потери напора в слое загрузки возрастают до 10 м. вод. ст., фильтр отключают на промывку.

Химводочистка воды принята по схеме двухступенчатого Na-катионирования. К установке принят блок из четырех Na-катионитовых фильтров. Два фильтра работают на 1-ой ступени умягчения, один - на 2-ой ступени умягчения и один резервный.

В баке мокрого хранения соли поддерживается постоянный уровень при помощи бачка постоянного уровня, 26% раствор соли из бака мокрого хранения поступает в емкость для хранения. Концентрированный раствор соли при помощи эжектора разбавляется до 7% концентрации и подается на регенерацию.

Для подпитки сети используется вода из системы водоснабжения, которая после химводоочистки поступает в вакуумную деаэрационную установку ДСА–50. Деаэрированная вода через регулятор давления поступает в обратный сетевой трубопровод для подпитки теплосети.

7.3. Выбор схемы водоподготовки

Расход пара на технологию D Т = 18 т/ч.

Количество потерянного конденсата:

G к =(1-  )  D Т = (1-0,7)  18=5,4 т/ч

где - доля возврата конденсата, принимаем (60-70%);

D Т – расход пара на производство, т/ч.

Количество возвращаемого конденсата:

G Т = D Т - G К = 18 - 5,4 = 12,6 т/ч

Расход пара на деаэрацию и подогрев сырой воды.

Принимается равной 9% от D Т:

D д + D св = 0,09  D Т = 0,09  18 = 1,62 т/ч

Потери пара внутри котельной принимается равными 2 % от D T:

D пот =0,02  D T =0,02  18=0,36 т/ч

Полное количество пара, производимого котельной:

D = D T + D д + D св + D пот = 18+1,62+0,36=19,98 т/ч

Количество пара, которое можно получить из расширителя непрерывной продувки:

где
т/ч

Р пр – величина прдувки (2-10%), принимаем 3%;

i l 1 - энтальпия котловой воды при давлении в котле

826,1кДж/кг;

i ll н иi l 2 – энтальпия пара и воды при давлении в

расширителе (1,5 кгс/см 2);

i ll н = 2692,39 кДж/кг;i 1 2 = 464,54 кДж/кг;

 - степень сухости пара, выходящего из расширителя

 под – КПД подогревателя (расширителя) (0,98)

Количество воды уходящей из расширителя:

G 1 пр = G пр - D пр =0,6 – 0,1=0,5 т/ч

Количество питательной воды, поступающей в котлы:

G пит =  D + G 1 пр =19,98+0,5=20,48 т/ч

Общее количество воды на выходе из деаэратора (питательная вода):

G д = G пит =20,48 т/ч

Если принять, что количество выпара из деаэратора питательной воды равно 0,4% расхода подаваемой через него воды, то:

D вып =0,004  G д =0,004  20,48=0,08 т/ч

Тогда производительность химводоочистки должна быть:

G хво = G к + G 1 пр + D пот + D вып =18+0,5+0,36+0,08=18,94 т/ч

Расход сырой воды на ХВО учитывается величиной коэффициентаk= 1,1-1,25. Этот коэффициент учитывает количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, обмывку и прочие нужды ХВО

G св = k  G хво =1,25  18,94=23,68 т/ч

Так как от производственных потребителей конденсат возвращается не полностью, то питание котлов предусматривается химически очищенной водой. Согласно нормам качества питательной воды для экранированных котлов давлением до 14 ата не должна превышать 20 мг-экв/кг.

(Справочник эксплуат-ка газ. котельных стр.223)

Замена в котлах твердого и жидкого топлив газовым позволяет увеличить их производительность за счет: дополнительного экранирования топок; повышения теплового напряжения топочного объема; правильного выбора количества горелок, их конструкции и мест установки; улучшения условий теплопередачи в конвективной части котла благодаря уменьшению загрязненности поверхностей нагрева; увеличения к.п.д. котла благодаря отсутствию потерь тепла с механическим и химическим недожогами и возможности сжигания газа с меньшими избытками воздуха.

Обязательным условием эффективной и долговечной эксплуатация любого оборудования, контактирующего с водной средой, является ее высокое качество. Методы грубой водоочистки не способны полностью устранять вредные примеси. В таких ситуациях необходима организация химводоподготовки или как ее еще называют химводоочистки - применение специальных технологий обработки воды, корректирующих ее химический состав.

Так, с помощью химических методов очистки воды можно устранить вещества, которые способны вызывать коррозию, а, следовательно, и приводить к поломке элементов оборудования и распределительной сети холодного и горячего водоснабжения. В системах теплоснабжения химводоподготовка позволяет защитить все элементы пароконденсаторного тракта, а также очищать теплообменное оборудование. Химические реагенты могут применяться и для ингибирования процессов отложения различных солей как на оборудовании, так и в ионообменных установках.

Некоторые примеры установленных нами систем химводоподготовки

ХВП котельной Санкт-Петербург

ООО "Завод АТИ"

ЗАО "Цитомед"

ХВО для Мариинского театра

Оборудование для систем отопления, кондиционирования, оборотного водоснабжения и котельных стоит достаточно дорого, но для того, чтобы оно прослужило долго, необходима профессиональная химводоподготовка и химводоочистка (улучшение качества воды до соответствия определенным требованиям), сокращенно ХВП или ХВО. После таких мероприятий котельные прослужат на 10-20 лет больше, а расход энергоносителя будет экономичнее на 20-40%.

В результате использования химводоочистки увеличивается производительность, продлевается срок эксплуатации устройств, предотвращаются аварийные ситуации на водопроводе.

Область применения ХВП

Химическая очистка воды являются одним из самых востребованных методов ХВО в промышленности и быту. Так, наиболее часто необходимость в использовании системы химводоподготовки возникает в следующих случаях:

При эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
В системах кондиционирования.
В сетях теплоснабжения.
В системах оборотного водоснабжения.
В промышленности, где требуется высокоочищенная водная среда.

Типовые решения ХВП для водогрейных и паровых котельных

Этапы химводоподготовки и реагенты

Суть ХВП - это очистка водной среды от различных веществ химическим способом с применением специальных реагентов, которые либо выполняют главную функцию в химводоочистке и водоподготовке (например, катиониты, коагулянты, флокулянты), либо используются как вспомогательный компонент, повышающий эффективность основного метода (антискаланты для систем обратного осмоса).

Любая система химводоподготовки требует предварительной очистки воды от грубых механических примесей, что позволяет провести дальнейшую химводоочистку более эффективно. Независимо от назначения и цели водоподготовки она должна включать:

Снижение уровня жесткости - для этого вида ХВП используются специальные фильтры умягчения воды , принцип действия которых основан на катионных ионообменных смолах;
Деминерализация - снижение концентрации различных солей. Наиболее действенными являются обратноосмотические установки , обеспечивающие ультратонкую очистку воды. Однако при больших объемах водопотребления преимущественно используются менее дорогостоящие технологии - ХВО с помощью специальных реагентов или ионообменные смолы;
Коррекционная антикоррозийная химводоподготовка - позволяет предотвращать как кислородную, так и углекислотную коррозию в закрытых отопительных системах и контурах охлаждения;
ХВО с целью очистки «рабочих» поверхностей от различных отложений (соединений железа, солей жесткости и др.) и повышения скорости их удаления;
Угнетение роста микроорганизмов в замкнутых системах, включая оборотное водоснабжение. С этой целью используются химические методы очистки воды с биоцидами - специальными средствами с дезинфицирующими свойствами, которые способны подавлять рост бактерий, растворять биологическую пленку на внутренней поверхности труб и оборудования, ингибировать коррозию;
Регенерация катионитов, которые использовались для обезжелезивания и умягчения. Средства для ХВП удаляют с поверхности ионообменных смол ионы солей железа и жесткости, позволяют сэкономить расход солевого регенерационного раствора, увеличить фильтрующую способность и продолжительность фильтроцикла.

Для точного дозирования реагентов для химводоподготовки используются специальные дозирующие насосы и системы, а для хранения приготовленных растворов ХВП - реагентные баки.

Какой способ химводоочистки выбрать?

Выбор системы ХВО довольно таки трудоемкий процесс, требующий специальных знаний и навыков. Кроме того, для правильного подбора необходимых в конкретном случае устройств и технологий химической очистки воды необходимы сведения о ее исходном качестве. Так, при выборе способа и реагента химводоочистки необходимо учитывать рН водной среды (при повышенной щелочности используются специальные реагенты в процессе умягчения), вид солей жесткости и материал, из которого изготовлено оборудование, контактирующее с водной поверхностью (медь, латунь, нержавеющая или углеродистая сталь).

Компания «Русватер» выполняет проектирование систем химводоподготовки и химводоочистки с применением современных технологий и качественных европейских реагентов. Обратившись к нашим специалистам вы сможете пройти все этапы в одной организации: начиная с исследования показателей химического состава воды и, заканчивая, выбором необходимых методов ХВО, подбором устройств и реагентов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Назначение ХВО

Химводоочистка (ХВО) предназначена для снабжения химочищенной водой производственных установок и паровой котельной.

Режим эксплуатации водоподготовительных установок и водно-химический режим должен обеспечить работу котельной и тепловых сетей без повреждений и снижения экономичности, вызванных коррозией внутренних поверхностей водоподготовительного, котельного и сетевого оборудования, а также образованием накипи и отложений на теплопередающих поверхностях, и шлама в оборудовании и трубопроводах котельной и тепловых сетей. Чтобы избежать подобных последствий, рекомендуется использовать химводоочистку (ХВО).

Система очистки воды для подпитки котлов включает в себя:

Удаление примесей на механических фильтрах;

Удаление солей жёсткости (умягчение воды) на Na-катионитовых фильтрах;

Обескислороживание и удаление углекислоты (декарбонизация).

Для предупреждения образования в котле кальциевой накипи применяется ввод фосфатов натрия в питательную воду на входе ее в барабаны котлов. Одновременно путем фосфатирования может поддерживаться определенная щелочность (РН) котловой воды, обеспечивающая защиту металла котла от коррозии. Раствор фосфата приготавливается в мешалках Е-9/1,2 с циркуляционными насосами Н-13/1,2, осветляется в фильтре Ф-6 и поступает в расходные емкости Е-10/1,2, откуда насосами-дозаторами Н-14/1-6 подается в котлы.

Для связывания углекислоты, выделяющейся в пар, из-за термического распада и гидролиза солей бикарбонатной и карбонатной щелочности, а также для защиты питательного тракта от углекислотной коррозии в питательную воду вводится раствор аммиачной воды. Аммиачная вода насосами-дозаторами Н-17/1,2 аммиачного хозяйства подается во всасывающую линию питательных насосов Н-9/1-3. Подача аммиачной воды ведется в автоматическом режиме.

Для поддержания солевых балансов котлов предусмотрена непрерывная продувка. В целях использования тепла продувки установлены сепараторы непрерывной продувки С-1,2. Вторичный пар, получаемый в сепараторах поступает в деаэраторы Да-1/1,2, а оставшаяся часть охлаждается в Х-2/1,2 и сбрасывается в остывочный колодец.

2. Химводоочистка для котельных, ТЭЦ и других энергообъектов

Вопросы подготовки и обработки воды для энергетических объектов в настоящее время приобрели особую актуальность в связи с неизбежностью замены устаревшего энергетического оборудования на современное и более совершенное, но требующего строгого соблюдения норм эксплуатации.

Непрерывное упаривание котловой воды в котлах с многократной естественной или принудительной циркуляцией приводит к возрастанию концентрации растворённых и взвешенных в ней примесей (солей, окислов, гидратов окислов) которые могут, отлагаясь на внутренней поверхности обогреваемых труб, значительно ухудшить условия их охлаждения, а также стать причиной перегрева металла и аварийной остановки котла из-за разрыва труб. Кроме того, чрезмерное повышение концентрации примесей в котловой воде недопустимо из-за уноса их паром из барабана с каплями воды или в виде парового раствора в пароперегреватель. Во избежание возрастания концентрации примесей в котловой воде производятся непрерывные и периодическиепродувки котла. Предельно допустимая концентрация примесей определяется конструкцией и параметрами котла, составом питательной воды и тепловыми напряжениями экранных поверхностей нагрева.

Продувка котла выполнятся с целью удаления загрязняющих примесей из пароводяного тракта котла. Различают непрерывную продувку котла: постоянный вывод растворённых примесей с частью котловой воды из верхнего барабана, и периодическую (шламовую) продувку котла - повторяющееся не чаще 1 раза в смену удаление нерастворимых примесей с частью котловой воды из нижних коллекторов циркуляционного контура котла. Тепло продувочной воды обычно утилизируется.

Наличие кислорода и агрессивных анионов, особенно хлоридов, в воде резко сокращает срок работы энергетических установок вследствие коррозии, которая в ряде случаев вызывает коррозионное растрескивание. За счёт деаэрации и водоподготовки изменяются стационарный потенциал и значения критических потенциалов и критических токов металла. Важным фактором, оказывающим влияние на коррозионную устойчивость материала котла, является значение pH котловой воды. Так, при уменьшении значения pH с 9,5 до 8,5 скорость растворения магнетита увеличивается в 5 раз. Требования к значению pH питательной воды строго регламентируются в требованиях к водно-химическому режиму котлов. Во многих случаях необходимой оказывается корректировка значения pH питательной воды, путём дозирования щелочи в воду, подготовленную для питания паровых котлов. химводоочистка паровой котел

В то же время, дополнительное введение щелочи в питательную воду увеличивает солесодержание в котловой воде, что приводит к увеличению потерь воды и тепла, связанных с непрерывной и периодической продувкой котла. Использование обессоленной воды, для подпитки котла позволяет на 5% увеличить экономичность котла и на столько же снизить расход подпиточной воды. Питание котлов обессоленной водой уменьшает и хлоридную коррозию металла, происходящую за счет анионов хлора. Следует отметить также, что необходимость дозирования щёлочи для коррекции pH в обессоленную воду приводит к увеличению солесодержания подпиточной воды практически до исходного значения.

Физические и химические свойства воды и/или пара во многом определяют срок службы оборудования. Накипь, кислородная и углекислотная коррозия обусловлены низкими качествами подпитывающей и питательной воды, а также отсутствием соответствующего контроля и химической коррекции свойств воды в котлах, пароконденсатных трактах и тепловых сетях. Эти проблемы приводят к снижению теплопередачи, уменьшению срока службы и выходу из строя оборудования, увеличению теплопотерь.

Правильный подбор водоподготовки позволяет избежать этих проблем уже на стадии проектирования и строительства новых систем тепло и водоснабжения и предотвратить их развитие в существующих системах.

Качество котловой и питательной воды регламентируется нормативными документами, а также соответствующими требованиями фирм-производителей котельного оборудования:

· ПБ 10-574-03? "Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов"

· ГОСТ 20995-75. "Котлы паровые стационарные с давлением до 3.9 Мпа. Показатели качества питательной воды и пара"

· "РД 24031.120-91. "Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов, организация воднохимического режима и химического контроля"

· ПБ 10-575-03 "Правила устройства и безопасной эксплуатации электрических котлов и электрокотельных".

В зависимости от качества исходной воды и предъявляемых требований система водоподготовки может включать следующие стадии:

· предварительная очистка воды от механических примесей, сероводорода, железа;

· умягчение воды (Na+ -- катионирование) в одну или две ступени;

· обессоливание методом обратного осмоса или ионным обменом;

· глубокое обессоливание на фильтрах смешанного действия (ФСД) - декарбонизация и деаэрация;

· коррекционная обработка воды реагентами.

Широкий интерес к использованию метода обратного осмоса как метода обессоливания при подготовке воды для паровых котлов вызван тем, что его применение позволяет на 90% сократить количество потребляемых реагентов (поваренной соли, кислот, щелочей), избавившись таким образом от громоздкого и чрезвычайно вредного реагентного хозяйства, стоков, содержащих эти реагенты и снизить процент продувок паровых котлов до 0,5% вместо 10 и более процентов.

Мембранные методы могут применяться как в комбинациях, так и самостоятельно.

Мы предлагаем Вам рассмотреть наши предложения по:

· Установкам умягчения воды (Na+ -- катионирование), работающих в автоматическом режиме;

· Установкам обессоливания, работающим по технологии обратного осмоса;

· Оборудованию для снижения щелочности воды;

· Оборудованию для корректировки воднохимического режима котлов, путем дозирования химических реагентов.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Понятие и строение парового котла, его назначение и функциональные особенности. Характеристика основных элементов рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке. Конструкция парового котла типа ДЕ. Методы и средства управления работой котла.

курсовая работа , добавлен 27.06.2010

Краткое описание котельного агрегата ДКВР-6,5-13. Выбор водоподготовительного оборудования. Теплообменники, сепараторы непрерывной продувки. Принципиальная схема газоснабжения котельной. Автоматика безопасности котла. Отопление и вентиляция помещения.

курсовая работа , добавлен 09.09.2014

Генерация насыщенного или перегретого пара. Принцип работы парового котла ТЭЦ. Определение КПД отопительного котла. Применение газотрубных котлов. Секционированный чугунный отопительный котел. Подвод топлива и воздуха. Цилиндрический паровой барабан.

реферат , добавлен 01.12.2010

Реконструкция котельной на Новомосковском трубном заводе: определение нагрузок и разработка тепловых схем котельной, выбор основного и вспомогательного оборудования; расчет системы водоподготовки; автоматизация, обслуживание и ремонт парового котла.

дипломная работа , добавлен 16.08.2012

Элементы рабочего процесса в котельной установке. Обоснование необходимости автоматизации технологических параметров. Система автоматического регулирования и контроля питания котла, ее монтаж и наладка. Спецификация на монтажные изделия и материалы.

дипломная работа , добавлен 01.06.2015

Конструкция котельной установки, характеристика ее оборудования. Пуск котла, его обслуживание при нормальной эксплуатации. Перечень аварийных случаев и неполадок в котельном цехе. Экономичность работы парового котла. Требования по технике безопасности.

дипломная работа , добавлен 01.03.2014

Часовые производственные показатели котельной в номинальном режиме. Расход химочищенной воды для подпитки котлов и теплосети. Годовой отпуск тепловой энергии на теплофикацию. Абсолютные и удельные вложения капитала в котельной. Материальные затраты.

курсовая работа , добавлен 11.12.2010

Расчет и анализ основных параметров системы теплоснабжения. Основное оборудование котельной. Автоматизация парового котла. Предложения по реконструкции и техническому перевооружению источника тепловой энергии. Рекомендации по осуществлению регулировки.

дипломная работа , добавлен 20.03.2017

Принципиальное устройство парового котла ДЕ, предназначеного для выработки насыщенного пара. Расчет процесса горения. Тепловой баланс котла. Расчет топочной камеры, конвективных пучков, экономайзера. Расчет и выбор тягодутьевых устройств и дымовой трубы.

курсовая работа , добавлен 11.06.2010

Описание реконструкции котла КВ-ГМ-50 для сжигания угля. Выполнение теплового расчета котельной установки и вентиляции котельного зала. Краткая характеристика топлива. Определение количества воздуха, продуктов сгорания и их парциальных давлений.

Одной из самых восприимчивых к накипи сфер, где на сегодня обойтись без умягчающих установок не получится, является теплоэнергетика. Чтобы люди были обеспечены горячей, ровно, как и холодной водами и отоплением в стужу, и круглый год, горячей, непосредственно, нужно позаботиться и о качестве технической воды. Потому и химводоочистка котельных до сих пор удерживает главенствующее место среди доступных средств получить гладкие поверхности оборудования, без особых усилий.

В чем заключается должностная инструкция аппаратчика химводоочистки котельной?

К питьевой воде преъявляются особые требования. Об этом знают абсолютно все. Если аппаратчик хочет иметь здоровье, то он, прежде всего, должен употреблять не только качественную пищу, но и не менее качественную воду. Потому подготовка воды в любой сфере, среде, где проживают люди, неотрывно будут связаны непосредственно с водоподготовкой питьевой воды. Но какая же тут связь аппаратчика химводоочистки котельной и не только?

Потребность в воде проявляет себя не только в необходимости человека чем-то питаться и что-то пить. Вот тут и стали образовываться первые запросы на техническую воду. Есть несколько бытовых запросов по бытовой воде, которые требуют чистой технической воды, и в питьевом качестве воды особой нужды нет.

Есть еще отопление, которое тоже откладывает свой неизгладимый осадок на поверхности. При этом, должностная инструкция аппаратчика заключается в слежке за работой котельной и ее систем. И уже в этой сфере химводоочистка котельной, как минимум должна быть в обязательном порядке, если собственник отопительной системы не выбрал другого способа умягчить техническую воду. Для котла качественная очистка воды напрямую связана со сроком работы оборудования. И чем чище вода подается в котельную, тем дольше и качественнее такая котельная работает. Своевременная подача умягченной воды в систему означает только одно – на внутренних поверхностях не только котла и сопутствующего оборудования, но еще и на поверхностях бытовых приборов в дальнейшем не будет образовываться накипь, и значит не будет проблемы с известковым налетом, который так легко образуется и так сложно устраняется, с тяжелыми последствиями.

Означает умягчение:

Это еще и антикоррозионный раствор;
Это антибактерицидный раствор.

Как известно химикаты в воду могут добавляться по-разным запросам, и только механическая чистка воды от твердых примесей не требует их применения. Правда, сказать, что химикаты не нужны совсем, нельзя. При фильтрации в механическом очистителе могут накапливаться бактерии. Они начинают цвести и тем самым значительно снижают пропускную способность фильтрующей засыпки.

На каком этапе простейшей водоподготовительной системы могут использовать химическое очищение воды? Для котельных такие очистки применимы и возможно воспользоваться магнитным или электромагнитным облучением в качестве очистной процедуры нет пока никакой возможности.

Самая простая водоподготовительная схема всегда начинается с осветлительной части. Чтобы получить прозрачную воду, сперва следует обратиться к должностной инструкции аппаратчика, а уже потом убрать из воды все видимые твердые примеси. А поскольку котельные, особенно в частных домах могут использовать первичную воду, то осветление или механическая чистка будут в такой системе обязательным элементом. Здесь устранят все видимые примеси, делающие воду мутной.

При наличии в воде солей металлов, наступает черед устранить соли кремния, соли железа. Потом в обязательном порядке устраняются бактериальные примеси и приходит черед умягчения. Химводоочистка котельных часто подразумевает непосредственно умягчение котловой воды путем добавки туда химических реагентов. Дальше уже все зависит от вида котельной и грамотности аппаратчика, т.к. следующие этапы могут быть специфическими, например, устранение растворенных газов. Для паровой котельной такие примеси в воде губительны. Они могут привести к поломкам и скорому износу.

Любая химическая сопровождается образованием новых веществ, которые потом либо растворяются в воде, либо выпадают в осадок, давая, таким образом, полностью очистить воду от нежелательной примеси, без лишних затрат. Но с появлением безреагентных приборов так называемая ХВО, теряет свою актуальность.

Котельные и их очистные проблемы

Котельная вода кажется обычному потребителю чем-то естественным. Разве нужна такой воде какая-то обработка, ведь централизованная очистка полностью готовит воду к работе в такой системе. В этом случае обычный человек забывает о таком понятии, как накипь и известковые отложения на внутренних поверхностях оборудования.

К чему приводит некачественная вода дома, на даче, в частном коттедже, знает каждый не понаслышке. Поломки бойлера и частота замены чайника раз в полгода – яркие свидетельства работы некачественной воды. Для котельной процесс запущенный накипью, может вызвать более ощутимые последствия.

Главным назначением работы является обеспечение города или села горячей водоподачей и теплом в домах. Для этого воду следует греть постоянно, без перерывов, круглосуточно, круглогодично. Для таких процедур, умягченная вода должна поступать в систему точно также без перебоев. Как это обеспечить? Только чисткой и подготовкой воды в режиме он-лайн, нон-стоп.

Добиться такого эффекта можно по-всякому и одна из вариаций, как раз химводоочистка котельных. В котельную вода попадает сырая, то есть мало очищенная . Во всяком случае, вопросам устранения жесткости внимания никто не уделял. Для того, чтобы передать воду дальше в систему ее следует нагреть. Чем собственно теплообменник и занимается. Это определенная сложность для работы аппратчика котельной. Сперва воду нагревают до температуры, не более 30 градусов. В таком слегка подогретом состоянии накипь только начинает формироваться, потому воду в срочном порядке дальше отправляют в умягчители, катионного типа.

Здесь воду фильтруют через катионную ионообменную смолу. Соли жесткости остаются в ней, а соли натрия уходят в новую мягкую воду.

ХВО

Данный вид очистки относится к химической, по определенным причинам. Здесь должны проходить определенные химические реакции и вид очистки считался ХВО . Но непосредственно в процессе фильтрации химические реакции происходят, но дополнительно химикаты не используются. Просто происходит замена одних ионов на другие. А вот когда забитые картриджи восстанавливают, тогда химикаты точно используют, т.к. устранить из смолы соли жесткости можно только массированной атакой сильно соленого раствора.

Что касается обычных , то по аналогии с ними были созданы дозаторы с автоматическим блоком управления. Они замеряют электропроводимость воды, спустя определенный отрезок времени. И если вода показывает высокую проводимость электричества, значит вода обладает высоким порогом жесткости. И значит пришло время примешивать в состав воды умягчающие средства и ХВО. Аналогия та же, что и при промывке с целью профилактики. Только при дозированном умягчении, соли жесткости не оседают на поверхностях, они вступают в реакцию с химикатами и выпадают в легко уносимый осадок, что очень удобно для потребителя. Правда, расходы химикатов в данном случае, назвать экономными вряд ли получится.

Химводоочистка котельных помогает быстро решить проблему образования нежелательного осадка на поверхностях оборудования. Если средств на магнитную или электромагнитную установку пока нет, то такой простой способ получить быстро мягкую воду вполне имеет право на жизнь. Точно также в котельной на даче, где использование котла непостоянное, есть смысл просчитать затраты на такую систему ХВО и полноценную электромагнитную обработку. Все-таки в российских реалиях и воровство не следует забывать. Можно потратиться на компактную магнитную установку, а ее через полгода снимут. С реагентным дозатором риск кражи ниже.