Водний режим котла

У барабанних котлах з природною і багаторазової примусової циркуляцією для виключення можливості утворення накипу необхідно, щоб концентрація солей у воді була нижче критичної, при якій починається їх випадання з розчину. З метою підтримки необхідної концентрації солей з котла продувкою виводиться деяка частина води і разом з нею віддаляються солі в такій кількості, в якому вони надходять з живильною водою. В результаті продувки кількість солей, що міститься у воді, стабілізується на допустимому рівні, що виключає їх випадання з розчину. Застосовують безперервну і періодичну продувки котла. Безперервна продувка забезпечує рівномірне видалення з котла накопичилися розчинених солей і здійснюється з місця найбільшої їх концентрації в верхньому барабані. Періодична продувка застосовується для видалення шламу, що осів в елементах котла, і проводиться з нижніх барабанів і колекторів котла через кожні 12-16 год.

Схема безперервного продування котлів показана на рис. 12.5. Вода безперервної продувки подається в розширювач, де підтримується тиск менше, ніж в котлі. В результаті частина продувочной води випаровується і утворився пар надходить в деаератор. Частина, що залишилася в розширнику вода видаляється через теплообмінник і після її охолодження зливається в дренажну систему.

Безперервна продувка р,%, встановлюється по допустимої концентрації в воді котла розчинних домішок, найчастіше за загальним солевмістом, і виражається у відсотках паропродуктивності котла:

де Dnp і D - витрати продувочной води і номінальна паропродуктивність котла, кг / ч.Расход живильної води Dn.в. При наявності безперервного продування становить

Кількість води, що видаляється безперервної продувкою, встановлюється з рівняння сольового балансу котла

де Dn.в - витрата живильної води, кг / год; Sn.в. Sn і Snp - солевмісту живильної води, пара і продувочной води, кг / кг; 50 Тл - кількість речовин, відкладаються на поверхнях нагріву, віднесене до 1 кг одержуваного пара, мг / кг.

В котлах низького і середнього тиску кількість солей, що буря паром, незначно, і член DSn в рівнянні (12.3) можна прирівняти нулю.Нормальний водний режим котла не допускає відкладення солей на поверхнях нагріву, і член DS0 в цьому рівнянні також має дорівнювати нулю. Тоді кількість води, що видаляється з продувкою,

Підставляючи значення Dпв з виразу (12.2) з урахуванням формули (12.1), визначаємо продування,%,

В котлах високого тиску винесенням паром домішок внаслідок розчинності в парі гідроксидів металів і SiО2. а також відкладенням їх нехтувати не можна і величину продувки слід визначати з урахуванням члена DS і рівняння (12.3) за формулою

Застосування безперервного продування, що є основним засобом підтримки необхідної якості води барабанного котла, пов'язане зі збільшенням витрати живильної води і тепловими втратами. На кожен кілограм продувочной води витрачається теплота, кДж / кг,

де hnp і hп.в - ентальпії продувочной і живильної води, кДж / кг; % - ККД котла.

Правилами технічної експлуатації безперервна продування при харчуванні котла сумішшю конденсату і знесоленої води або дистиляту повинна бути не більше 0,5; при добавці до конденсату хімічно очищеної води - не більше 3; якщо втрати пара, що відбирається на виробництво, перевищують 40% - не більше 5%.

При зазначених нормах продувки і частковому використанні теплоти продувочной води втрати теплоти з продувкою складають 0,1-0,5% теплоти палива. З метою зменшення втрат теплоти з продувкою слід прагнути до зменшення кількості виведеної з котла води. Ефективним методом зниження продувки є поетапне випаровування води. Сутність ступеневої випаровування або ступінчастою продувки полягає в тому, що испарительная система котла поділяється на ряд відсіків, з'єднаних по пару і розділених по воді. Поживна вода подається тільки в перший відсік. Для другого відсіку живильною водою служить продувальна вода з першого відсіку. Продувальна вода з другого відсіку надходить в третій відсік і т. Д.

Продувку котла здійснюють з останнього отсека- другого при двухступенчатом випаровуванні, третього - при трехступенчатом випаровуванні і т. Д. Так як концентрація солей у воді другого або третього відсіку значно вище, ніж у воді при одноступенчатом випаровуванні, для виведення солей з котла потрібно менший відсоток продувки. Застосування ступеневої випаровування ефективно також як засіб зменшення виносу кремнієвої кислоти внаслідок високої гідратної лужності, що виникає в сольових відсіках. Системи ступеневої випаровування і продувки зазвичай виконують з двох або трьох відсіків. В даний час в більшості барабанних котлів середнього та високого тиску застосовується ступеневу випаровування. Підвищення вмісту солі води при декількох щаблях випаровування відбувається ступенями і в межах кожного відсіку встановлюється постійним, рівним вихідному з даного відсіку. При двухступенчатом випаровуванні система ділиться на дві нерівні частини - чистий відсік, куди подається вся живильна вода і виробляється 75-85% пара, і сольовий відсік, де виробляється 25-15% пара.

На рис. 12.6, а показана схема випарної системи з двоступінчастим випаровуванням з сольовими відсіками, розташованими всередині барабана котла, в його торцях, а на рис. 12.6, б - з виносними циклонами, які разом з включеними в них екранами утворюють сольові відсіки котла. При двухступенчатом випаровуванні відносна сумарна паропродуктивність сольових відсіків,%, необхідна для забезпечення заданого солевмісту води в чистому відсіку, при відсутності перекидання води в нього з сольових відсіків, визначається з виразу

де Snt = C, Sn, мг / кг; Sn "= С / СЦ-ь мг / кг; тут

Kl і Кll - коефіцієнти виносу солей з першого та другого ступенів випаровування; при низьких і середніх тисках Кl = ftil = 0,01 / 0,03%; Cl - кратність концентрацій в чистому відсіку і живильній воді. Концентрація солей у воді чистого відсіку, мг / кг,

Концентрація солей в продувочной воді, мг / кг,

Кратність концентрацій між сольовим і чистим відсіками під час відсутності перекидання води з сольового відсіку при двухступенчатом випаровуванні.

Допустимі граничні значення вмісту солі, кремнесодержанія і лужності води в барабанних котлах залежать від їх конструкції, тиску пара тощо. Уникнути появи накипу на поверхнях нагріву барабанного котла тільки шляхом поліпшення якості живильної води і продувки котла не завжди вдається. Додатково застосовують корекційний метод обробки води в котлі, при якому солі Са і Mg переводять в сполуки, нерозчинні у воді. Для цього вводять в воду реагенти - корекційні речовини, аніони яких пов'язують і беруть в облогу у вигляді шламу катіони кальцію і магнію.

В котлах при тиску понад 1,6 МПа в якості коригуючого реагенту застосовують тринатрийфосфат Na3 PО4 l2 H2 О. При введенні цього реагенту відбувається реакція з кальцієвими і магнієвими сполуками:

Утворені речовини: Са3 (РO4) 2. Са (ОН) 2 і Na2 SO4 - мають малу розчинність і випадають у вигляді шламу, що видаляється періодичної продувкою. При харчуванні котлів конденсатом з добавкою хімічно очищеної води створюють фосфатно-лужний водний режим котла, при якому зберігається вільна лужність. При добавці до конденсату дистиляту і хімічно знесоленої води підтримують чисто фосфатний водний режим котла при відсутності вільної лужності. Рекомендується наступний надлишок РВ у воді: у котлів без ступеневого випаровування 5 15; у котлів із ступінчастим випаровуванням в чистому відсіку 2 - 6 і в сольовому відсіку - не більше 50 мг / кг.

Для корекції якості води барабанних котлів з тиском вище 6,0 МПа останнім часом в ряді випадків в живильну воду дозуються або аміак з гідразином, або комплексон.

У прямоточних котлах, які не мають продувки, всі вступники в нього з живильною водою мінеральні домішки кристалізуються на поверхні, утворюючи відкладення накипу, або виносяться паром з котла. Відповідно сольовий баланс прямоточного котла має вигляд

На стенкаx поверхні нагрівання частково відкладаються солі жорсткості і продукти корозії металу в області, де їх мінімальна розчинність при даному тиску менше, ніж концентрація цих сполук на вході в котел. При цьому допустима концентрація даного з'єднання в живильній воді визначається допустимою інтенсивністю відкладень в котлі на одиницю маси води, що поступає:

де Сдоп - допустима концентрація даної домішки в воді; Смін - мінімальна розчинність при даному тиску; З хв доп - допустимі відкладення в котлі. Вище були показані залежності розчинності різних мінеральних домішок від температури води. Зіставлення концентрацій окремих з'єднань в живильній воді з характеристиками їх розчинності дає можливість визначити, чи будуть утворюватися відкладення, а при їх наявності - місце початку відкладень і швидкість їхнього зростання.
Швидкість зростання відкладень, кг / (м 2 * рік), визначається виходячи з рівняння змін ентальпії і розчинності домішок по довжині труби за формулою

У прямоточних котлах при високому і сверхкритическом тиску розчинність ряду сполук, в тому числі кремнекислоти і хлориду натрію, досить велика, і їх концентрація не доходить до стану насичення в котлі. Ці домішки виносяться разом з парою і майже не відкладаються на поверхні нагрівання. Тому допустима концентрація кремнекислоти і хлориду натрію в живильній воді визначається тільки умовами надійної роботи турбін, в проточної частини яких при зниженні тиску пара можливе утворення відкладень.

Осіли в трубах котла солі усувають в періоди зупинки водної та кислотної промиванням. Водну промивку здійснюють при черговій зупинці котла водою з температурою 100 ° С. Кислотна промивка проводиться через кожні 2-3 роки слабким розчином хромової або соляної кислоти.