Оборот воды в котельной
В зависимости от давления, на котором работает парогенератор, различают три типа котлов: низкого давления (0,5–20 бар), среднего давления (20–40 бар) и высокого давления (40–80 бар). Упрощённая схема оборота воды в системе выглядит так:
Котел заполняется питающей водой, которая состоит из двух частей: конденсата, также известного как оборотная вода, и новой воды, которая прошла очистку и называется подпиточной.
Пар, образующийся в зоне испарения, часто содержит пузырьки газов, особенно углекислого. При повышенном давлении пар переносит (отдувает) соли, такие как силикаты, и при высоких температурах — хлориды.
Вода в нижней части котла остаётся в жидком состоянии и насыщается всеми веществами, которые были в испарившейся воде. За исключением тех, которые были унесены с паром. Чтобы снизить концентрацию этих веществ, необходимо проводить «слив» или «продувку». В этом случае часть воды из котла сливают в канализацию.
Проблемы, вызываемые солями и примесями в воде
- Образование накипи на стенках котла приводит к кристаллическим отложениям, которые затрудняют теплопередачу и могут вызвать локальный перегрев, известный как «прожоги». Чем меньше теплопроводность накипи, тем более опасной она становится.
Сравнительные показатели теплопроводности, ккал/(м*час) на 1 °С:
Cталь — 15;
CaSO4 — от 1 до 2;
CaCO3 — от 0,5 до 1;
SiO2 — от 0,2 до 0,5.
Накипь в котле образуется в основном из-за присутствия в воде солей кальция (карбонатов и сульфатов). При нагревании эти соли становятся менее растворимыми, чем при холодной температуре. Кроме того, если вода имеет высокую щёлочность, то в ней может содержаться повышенная концентрация силикатов.
В котлах с большим объёмом испарения перенасыщение раствора может произойти в перегретой поверхностной плёнке при уровне содержания солей, который ещё не требует проведения продувки.
Чтобы избежать образования отложений, накипи и коррозии, можно использовать специальные минеральные или органические вещества для кондиционирования воды. Это позволяет снизить затраты как на обработку подпиточной воды, так и на конструкционные материалы, из которых изготовлены котлы.
- Присутствие воды в паре, более или менее выраженное, в виде пузырьков в паровом потоке (пена и туман), одновременно снижает энергоэффективность пара и приводит к образованию солевых кристаллов в пароперегревателях и на турбинах. Степень присутствия воды зависит от вязкости и поверхностного натяжения воды, которые, в свою очередь, зависят от уровня щёлочности, наличия органических веществ и общего содержания солей. Объём воды, присутствующей в паре, также зависит от характеристик котла и режима выпаривания.
- Увлечение солей паром: при температуре кипения уносятся летучие минеральные вещества. Наиболее вредными из них являются силикаты, которые образуются при температуре выше 250 °С. Они оседают на лопатках турбин, что может привести к серьёзному снижению их работоспособности. Количество уносимой соли увеличивается с ростом давления и температуры и зависит от количества соответствующих веществ в котле.
Прежде чем изучать методы корректировки состава воды, важно понять, какие концентрации опасных веществ допустимы в жидкой фазе в зависимости от характеристик котла и, возможно, турбины. Исходя из этих параметров и с учётом возможности откачивания воды при продувке, можно определить, сколько соли допустимо содержать в подпиточной воде.
Чем меньше воды удаляется из котла во время продувки (и, следовательно, чем выше концентрация солей в котле), тем больше вероятность возникновения неполадок, связанных с уже упомянутыми проблемами. С другой стороны, если процент продувки слишком высок, это может привести к снижению энергоэффективности системы.
Требования к качеству питательной и котловой воды
Требование к качеству питательной и котловой воды приведены в Приложение № 9 ФНП «Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением». В этих правилах определяются предельно допустимые уровни содержания наиболее опасных примесей: железа, меди, силикатов (отложений), кальция и магния (накипи), а также электропроводности, которая отражает суммарную концентрацию ионов (коррозию и качество пара).
