Издательский Центр Аква-Терм

Подготовка воды для паровых котлов. Новые решения

Опубликовано: 26 июля 2010 г.

876

Н. Егоров

Решение задачи качественной подготовки воды для паровых котлов, предусматривающей умягчение, обессоливание, дегазацию и дозированное введение реагентов, требует проведения трудоемких и квалифицированных ручных измерений. Ошибки при их осуществлении приводят к перерасходу топлива, воды, реагентов, сбоям в работе оборудования, сокращению срока его службы. Сократить эксплуатационные затраты и защитить дорогостоящую технику от возможных неприятностей позволяет внедрение автоматизированного комплекса, осуществляющего анализ качества вода, управление дозирующими устройствами, другими исполнительными механизмами, информирование обслуживающего персонала о возникающих неполадках.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Недостаточно качественная подготовка воды часто становится причиной повреждения паровых котлов. Одни примеси (кислород и угольная кислота) в котловой и питательной воде или конденсате вызывают коррозионные повреждения оборудования, другие становятся причиной образования отложений. Если эти отложения не обнаружены и не удалены своевременно, они приводят к снижению КПД котла, а при дальнейшем росте становятся причиной перегрева теплообменных поверхностей с последующими повреждениями – вплоть до взрыва котла.

При недостаточно качественной водоподготовке возникают и такие проблемы, как вспенивание и унос воды. Наряду с ухудшением качества пара, это может значительно сократить срок службы элементов систем его транспортировки и оборудования потребителей. Поэтому качественные показатели воды для паровых котлов строго регламентируются.

В зависимости от производительности, характеристик исходной воды (как правило, ее источником служит водопровод) применяются различные способы водоподготовки. На практике чаще всего приходится решать проблемы умягчения и дегазации воды.

Умягчение и обессоливание
Наиболее часто используемый метод умягчения воды – ионный обмен, в ходе которого накипеобразующие ионы кальция и магния заменяются ионами натрия. Данный метод обычно применяют для небольших установок или при значительных объемах возвращаемого конденсата. Этот обмен происходит на поверхности гранул из синтетической – стирольной или фенольной – смолы, которыми заполнен ионообменный аппарат.

Схема процессов ионного обмена такова: в исходном состоянии на поверхности гранулы из синтетической смолы находятся ионы натрия. Во время работы установки умягчения их омывает вода с большим количеством ионов кальция и магния, замещаемых ионами натрия. При практически неизменившемся солесодержании обработанная вода не содержит ионов, придававших ей жесткость. Когда обменная способность смолы исчерпывается, проводится ее регенерация: «ионообменник» промывается слабым раствором поваренной соли. В ходе регенерации происходит новое обогащение смолы ионами натрия, благодаря высокой концентрации которых ионы кальция и магния вытесняются и вместе с остатками соли попадают в дренаж. После этого ионообменный аппарат вновь готов к работе.

Для установок с большим расходом добавочной воды или при необходимости получить котловую воду с низкой электропроводимостью применяют более дорогой метод – обратный осмос, основанный на использовании полупроницаемых мембран.

В зависимости от производительности установки обратного осмоса необходимо предварительное или последующее умягчение воды. При предварительном умягчении применяют ионообменные фильтры.

Если через обратноосмотическую установку требуется пропустить значительное количество воды, то перед ней, как правило, осуществляется также ввод реагента, предотвращающего зарастание мембран солями жесткости.

Термическая дегазация
После умягчения или обессоливания производится термическая дегазация воды, предназначенная для уменьшения содержания в ней кислорода (О2) и углекислого газа (СО2). В основе этой технологии лежат тот факт, что растворимость газов в жидкостях с повышением температуры снижается, а при кипении становится нулевой (рис. 1).

С целью уменьшения капитальных затрат для установок небольшой мощности, а также характеризующихся большим объемом возвращаемого конденсата, часто применяют системы частичной дегазации. Они работают в узком – от 85 до 90 °С – диапазоне температур. Растворенные в воде газы при нагреве покидают систему в виде выпара (смесь газов с паром). В названном диапазоне температур этот процесс не проходит полностью, и в воде остаются небольшие концентрации углекислого газа и кислорода. В связи с этим требуется дополнительная химическая обработка воды.

Для более крупных установок, а также систем с небольшим возвратом конденсата применяют деаэрационные установки атмосферного или вакуумного типа. Удаление газов при термической деаэрации происходит в результате диффузии и дисперсного их выделения. Одним из условий перехода газа в паровое пространство является увеличение площади контакта, достигаемое дроблением потока воды на тонкие струи, капли или пленки. Остаточные концентрации кислорода и углекислого газа при такой обработке пренебрежимо малы. На следующем этапе водоподготовки необходим лишь ввод небольшого количества реагента, связывающего эти вещества.

Дозирование реагента
Система водоподготовки для паровых котлов должна предусматривать химическое связывание остаточных солей жесткости и кислорода; дополнительно требуется и повышение значения рН. При этом часто имеет место передозировка реагентов, причинами которой в значительной мере становятся отсутствие непрерывного контроля и эмпирическое назначение доз. Так, отсутствие рентабельного аналитического метода непосредственного измерения остаточного содержания кислорода явилось причиной того, что об отсутствии кислорода судят по избытку дозируемого средства в воде.

Наряду с повышенным расходом реагентов такой подход неэффективен и с энергетической точки зрения. Передозировка химикатов часто приводит к повышению электропроводимости (солесодержания) воды, выпадению шлама, что, в свою очередь, ведет к энергетическим потерям. Возможны также проблемы из-за вспенивания котловой воды и, как следствие, остановка котла по причине снижения или повышения водяного уровня. В связи с уносом воды ухудшается качество пара, появляется опасность возникновения гидравлических ударов и повреждений в системах потребителей.

Аналитические измерения
Для обеспечения требуемого качества котловой воды необходимо непрерывно или периодически измерять ее параметры. Питательная и котловая вода паровых котлов, а также вода водогрейных установок характеризуются значениями рН, электропроводимости, щелочности, жесткости и содержания кислорода. Частота и объем таких измерений должны определяться требованиями изготовителя котельного оборудования, эксплуатирующей организации и соответствующими надзорными органами. Сегодня, за исключением измерения электропроводимости (данный параметр можно контролировать непрерывно с помощью специального электрода), это, как правило, делается вручную и характеризуется высокими затратами труда и времени. Необходимые анализы воды производятся ежедневно, а при оснащении установки оборудованием для работы без постоянного персонала – раз в три дня (такая периодичность, в частности, установлена в Германии и Австрии).

Для возможности выполнения измерений в репрезентативных местах системы предусмотрены участки отбора проб (обычно это бак питательной воды, патрубки продувки на котле и питающая линия после водоподготовительной установки). Эти точки оборудуются соответствующими охлаждающими устройствами, делающими возможным правильный и безопасный отбор воды.

Общую жесткость так же, как и значение щелочности, обычно определяют с помощью титрования или фотометрически – с применением соответствующих приборов. При титровании растворы реактивов вводятся в воду пробы до изменения ее цвета. На основании расхода раствора можно определить щелочность и общую жесткость воды. Фотометрический метод работает аналогично.

До сих пор содержание кислорода в воде можно было определить только с помощью очень дорогостоящего анализа. Кроме того, все обычные измерения недостаточно точны.

Автоматизированный и непрерывный анализ воды
Австрийская компания Loos International, известный производитель промышленного котельного оборудования, разработала и предложила на рынке модуль LWA (Loos Water Analyser), обеспечивающий полностью автоматизированный анализ и контроль значения рН питательной и котловой воды; содержания кислорода в питательной воде; остаточной жесткости подпиточной воды (рис. 2).

Предложены и новые методы измерений. Так, присутствие кислорода определяется по его фактическому значению. В качестве измерительного электрода используется заполненный реактивом стеклянный микрокапилляр, который при диффузии кислорода вырабатывает электрический ток. Его измерение позволяет определить содержание кислорода в диапазоне от 0,001 до 0,1 мг/л, характерном для котельной техники.

Измерение жесткости воды производится с помощью электрода на основе полимерной мембраны, пропускающей только ионы кальция и магния. В зависимости от количества ионов индуцируется напряжение, по которому судят о значении жесткости воды. Диапазон измерения – от 0,0018 до 0,18 ммоль/л. Все отклонения надежно фиксируются.

Величина рН питательной и котловой воды определяется измерительным электродом, выявляющим находящиеся в воде ионы водорода. Здесь также индуцируется небольшое напряжение, с помощью которого можно определить значение рН в диапазоне от 7 до 14.

Все электроды – самоконтролирующиеся. Периодически производятся автоматические контрольные измерения, по сравнению с исходной или имеющейся водой для обеспечения надежной работы. Конечно, все измерительные электроды со временем изнашиваются. Однако, по утверждению Loos International, стоимость их замены примерно соответствует стоимости индикаторных растворов и лакмусовых бумажек при ручном анализе воды.

Данные о результатах измерений сосредоточиваются в системе автоматического управления, передаются в соответствующие контуры.

Существует множество преимуществ автоматизированного контроля качества воды. В их числе – невозможность ошибочных измерений. Для получения точных данных при ручном контроле необходимо, чтобы измерения проводил высококвалифицированный персонал. При автоматизированном контроле исключены ошибки, происходящие из-за взятия не тех проб или использования не тех реактивов, и подтасовка результатов.

Наличие встроенной защиты котельной установки, срабатывающей при выходе измеренных значений за заданные пределы. В зависимости от вида и амплитуды нарушения нормального режима производится необходимое управляющее воздействие. Например, при значительном превышении жесткости закрывается клапан подачи питающей воды.

Сведения о превышении заданных параметров передаются в соответствующий блок системы автоматического управления, где производится анализ их причин. Возможна и непрерывная регистрация данных. Они могут передаваться через определенные интервалы либо в соответствующие эксплуатационные службы, либо на локальные принтеры или плоттеры. Это позволяет отказаться от ведения специальных журналов.

На основе данных измерения качества воды ведется управление различными насосами-дозаторами. От избыточного дозирования можно отказаться благодаря непосредственному измерению параметров воды. Это обеспечивает снижение расхода реагента, уменьшение потерь с продувкой и при удалении шлама.

Как уже говорилось, при обычной, неавтоматизированной, работе системы химводоподготовки объем выпара соответствует 0,5 % номинальной паропроизводительности котла. Следствие этого – потери энергии. Измерение содержания кислорода анализатором LWA позволяет целенаправленно управлять работой системы отвода выпара. В пределах допустимых границ клапан выпара может быть вообще закрыт и открываться только тогда, когда действительно необходима дегазация.

Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» # 1(35) 2007


 




Поделиться:

вернуться назад