Химическая обработка воды для подпитки теплосети

В теплоэнергетике основным теплоносителем является вода и образующийся из нее пар.

Содержащиеся в воде примеси, попадающие в паровой котел с питательной водой, а в водогрейный – с сетевой, образуют на поверхности теплообмена низкотеплопроводные отложения и накипь, которые теплоизолируют поверхность изнутри, а так же вызывают коррозию. Процессы коррозии в свою очередь являются дополнительным источником поступления примесей в воду.

В результате растет термическое сопротивление стенки, снижается теплопередача, а, следовательно, повышается температура уходящих газов, что ведет к уменьшению КПД котла и перерасходу топлива. При чрезмерных повышениях температуры металла труб уменьшается их прочность, вплоть до создания аварийной ситуации.

При низких и средних давлениях в барабанных котлах примеси попадают в пар только вследствие уноса капелек котловой воды, т. е. если недостаточно эффективна осушка аппарата. При высоких давлениях примеси начинают растворяться в паре и тем интенсивнее, чем выше давление, и, в первую очередь, кремниевая кислота.

Поэтому с ростом давления значительно повышаются требования к качеству питательной и добавочной воды. Требования к надежности водного режима сформулированы в виде норм водного режима в правилах технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) и в правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Наличие отложений вызывает необходимость очистки оборудования, а это трудоемкая и дорогостоящая операция. Таким образом, обработка воды является необходимым атрибутом любой котельной. Чистота воды и пара в отдельных агрегатах и частях трактов котельной, объединяемая общим понятием водного режима котельной, оказывает существенное влияние на экономичность и надежность ее работы.

1. Задачи химводоподготовки котельной

Экономичная и безупречная работа оборудования котельной обеспечивается введением рационального водно-химического режима (ВХР), который заключается:

1) в предупреждении образования отложений примесей воды на внутренних поверхностях нагрева

2) в сведении к минимуму коррозии метала энергетического оборудования

3) получении чистого пара

Для решения этих задач необходимо:

1) обеспечить нормы качества питательной воды паровых котлов путем подготовки добавочной воды и очистки конденсата

2) обеспечить нормы качества сетевой воды водогрейных котлов путем подготовки питательной воды и очистки сетевой

3) производить корректировку ВХР

4) оснастить котел устройствами для обеспечения требуемого качества котловой воды и пара и его режима.

Требования к ВХР сформулированы в Правилах технической эксплуатации (ПТЭ).

2. Примеси природных вод

Содержащиеся в воде примеси различают:

А) по степени дисперсности:

· Истинорастворимые – в виде отдельных ионов, молекул и их небольших агломератов размером d<1нм.

· Колоиднодисперсные – агломераты молекул от 1 до 100 нм. Они не выделяются из воды под действием сил тяжести.

· Грубодисперсные – агломераты размером более 100 нм. С течением времени ГДП всплывают на поверхность или выпадают в осадок.

Б) по химическому составу:

1) минеральные, которые делятся в свою очередь на:

· Растворимые в воде газы (О₂, N₂, CO₂), которые образуются в результате распада органических веществ.

· Соли, кислоты, основания, находящиеся в дисоциированном состоянии, т.е. в виде отдельных ионов.

2) органические – попадают в воду из почвы и с бытовыми стоками. Такие примеси объединяют под общим названием – гумусовые, а их кислоты и соли называют соответственно гуминовыми и гуматами. Являются главной причиной ухудшения органических свойств воды (появляются запахи, привкусы).

Природные воды в основном содержат катионы Ca²⁺, Mg²⁺, Na²⁺ и анионы SO₄^2-, Cl^-, HCO₃^-, в меньшей степени Fe²⁺ и HSiO₃^-, NO₂^-, NO₃^2-.

Для удаления примесей существует множество различных технологических процессов. Во многом выбор той или иной схемы водоподготовки зависит от:

1. качества исходной воды,

2. требований к качеству обработанной воды,

3. наличия и доступности оборудования и реагентов.

3. Показатели качества воды

Показатели качества исходной воды делятся на физико-химические и технические. К физико-химическим показателям относятся:

1) Концентрация ГДП (С_ГДП)

Определяют фильтрованием пробы через бумажный фильтр с последующим его высушиванием до постоянной массы. Выражают в мг/кг.

На практике, для определения концентрации ГДП как правило определяют прозрачность с помощью цилиндра Снеллена. При С_ГДП<3мг/кг определяют мутность воды, сравнивая пробу с соответствующей пробой мутности (мутнометр).

2) Концентрация истинорастворимых примесей.

Ионный состав воды определяют, измеряя концентрацию отдельных видов ионов, методами химанализа или с помощью специальных приборов. Выражают в мг-экв/кг или мг/кг.

Суммарная концентрация всех ионов воды показывает общее солесодержание (минерализацию) воды.

3) Удельная электропроводимость растворов.

Указывает на суммарную концентрацию в них ионно-генных примесей, зависит от типа электролита и степени его диссоциации. Измеряют кондуктометром. Удельная электропроводимость незаменима, когда необходимо измерить малое солесодержание, которое трудно определить обычными способами.

4) Показатель концентрации водородных ионов pH

Определяется в природной воде характером и концентрацией примесей в воде.

Нейтральная среда при t=22^оС pH=7

Щелочная среда pH>7

Кислая среда pH<7.

5) Концентрация коррозионно-активных газов.

Зависит от природы газа, его парциального давления, температуры воды, солесодержания воды, уровня pH.

К техническим показателям в свою очередь относятся:

1) Сухой остаток (S)

Измеряется в мг/кг. Определяют упариванием пробы профильтрованной воды с последующим высушиванием остатка при температуре 105 ÷ 110 ^оС до постоянной массы. По сухому остатку оценивают солесодержание воды.

2) Щелочность воды (Щ_о)

Общей щелочностью воды называется суммарная концентрация гидроксид ионов (OH^-) и анионов слабых кислот (HCO₃^-, СО₃^2-, HSiO₃^-) и некоторых гуматов, которые гидролизуясь дают щелочную среду. В зависимости от аниона различают гидратную, бикарбонатную и карбонатную щелочность. В природных водах преобладает бикарбонатная щелочность.

3) Жесткость воды (Ж_о)

Это суммарная концентрация содержащихся в воде катионов кальция и магния. Жесткость в зависимости от катиона делится на кальциевую и магниевую. Также жесткость делится на карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость обусловлена наличием в воде бикарбонатов кальция и магния, т.к. они труднорастворимы в воде. Остальные растворимые в воде соли кальция и магния обуславливают некарбонатную жесткость.

Жесткость воды наиболее важный показатель ее качества, т.к. является причиной отложений на теплопроводящих поверхностях. Удаление из воды ионов жесткости называется умягчением воды.

4) Окисляемость воды.

Косвенным путем характеризует концентрацию органических веществ в воде. Измеряется в мг О₂/кг.

5) Кремнесодержание воды ()

Условно выражает все многообразие кремниевых кислот в воде.

4. Требования к качеству обработанной воды

Согласно главе 10 "Водоподготовка и водно-химический режим" СНиП II-35-76 "Котельные установки" водно-химический режим работы котельной должен обеспечивать работу котлов, пароводяного тракта, теплоиспользующего оборудования и тепловых сетей без коррозионных повреждений и отложений накипи и шлама на внутренних поверхностях, получение пара и воды требуемого качества.

Технологию обработки воды следует выбирать в зависимости от требований к качеству пара, питательной и котловой воды, воды для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, количества и качества сбрасываемых стоков, а также от качества исходной воды.

Показатели качества исходной воды для питания паровых котлов, производственных потребителей и подпитки тепловых сетей закрытых систем теплоснабжения необходимо выбирать на основании анализов, выполненных в соответствии с ГОСТ 2761—57* "Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Правила выбора и оценки качества".

Вода для подпитки тепловых сетей открытых систем теплоснабжения и систем горячего водоснабжения должна отвечать ГОСТ 2874—73 "Вода питьевая".

Санитарную обработку исходной воды для систем горячего водоснабжения в проектах котельных предусматривать не допускается.

Показатели качества пара и питательной воды паровых котлов должны соответствовать ГОСТ 20995—75 "Котлы паровые стационарные давлением до 4 МПа. Показателя качества питательной воды и пара".

Нормы качества воды для заполнения и подпитки тепловых сетей, систем отопления и контуров циркуляции водогрейных котлов должны удовлетворять требованиям норм и правил по проектированию тепловых сетей, а также требованиям инструкций заводов изготовителей по эксплуатации водогрейных котлов.

Требования к качеству котловой (продувочной) воды паровых котлов по общему солесодержанию (сухому остатку) следует принимать по данным заводов — изготовителей котлов.

Допускаемую величину относительной щелочности котловой воды паровых котлов следует устанавливать в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов, утвержденными Госгортехнадзором СССР.

Величину щелочности котловой воды по фенолфталеину в чистом отсеке котлов со ступенчатым испарением и в котлах без ступенчатого испарения следует принимать ³50 мкг-экв/л при конденсатно-дистиллятном питании и ³500 мкг-экв/л—при питании котлов с добавкой умягченной воды.

Наибольшее значение щелочности котловой воды не нормируется.

Таким образом, качество воды для подпитки тепловых сетей должно удовлетворять следующим нормам:

Содержание свободной угольной кислоты 0

Значение pH для систем теплоснабжения:

- открытых 8.3 – 9.0*

- закрытых 8.3 – 9.5*

Содержание растворенного кислорода, мкг/дм³, не более 50

Количество взвешенных веществ, мг/дм³, не более 5

Содержание нефтепродуктов, мг/дм³, не более 1

Общая жесткость не более 0.05 мг – экв / дм³

* Верхний предел значения pH допускается только при глубоком умягчении воды, нижний – с разрешения АО – энерго может корректироваться в зависимости от интенсивности коррозионных явлений в оборудовании и трубопроводах систем теплоснабжения. Для закрытых систем теплоснабжения с разрешения АО – энерго верхний предел значения pH допускается не более 10.5 при одновременном уменьшении значения карбонатного индекса до 0.1 (мг- экв / дм³)², нижний предел может корректироваться в зависимости от коррозионных явлений в оборудовании и трубопроводах систем теплоснабжения.

Нормирование содержания свободной углекислоты и растворенного кислорода в подписочной воде необходимо для предотвращения коррозии оборудования тепловых сетей и образования отложения продуктов коррозии на внутренней поверхности нагрева подогревателей, водогрейных котлов, в трубопроводах и отопительных приборах.

В подпиточной воде нормируется также содержание нефтепродуктов, так как присутствие в воде этих веществ приводит к интенсификации накипеобразования, особенно в сетевых подогревателях и водогрейных котлах, затрудняет борьбу со шламообразованием.

Показатели качества газотрубных котлов не должны превышать: