Водное хозяйство теплогенерирующих установок. Системы питания теплогенератора водой.- 2 часа

Питательные устройства

Установка для питания котлов водой состоит из двух или нескольких питательных насосов, которые своими приемными патрубками присоединены ко всасывающей магистрали, а нагнетательными патрубками — к питательной линии или промежуточной сборной линии. Всасывающая магистраль соединена с питательным баком, в котором хранится запас воды, прошедшей через деаэраторную колонку. Из питательной линии вода поступает в водяной экономайзер, а далее — в котел. Промежуточная линия необходима только в тех случаях, когда котельные агрегаты установлены на электрической станции и питательная вода подогревается после насосов в подогревателях высокого давления.

Питательные устройства являются одним из самых ответственных элементов котельной. Ввиду незначительности запаса воды в современном котельном агрегате прекращение питания его водой даже на несколько минут может привести к полному испарению ее; после этого начнется катастрофический разогрев металла поверхностей нагрева котельного агрегата дымовыми газами, что может закончиться пережогом их и выходом котла из строя. Для питания котлов водой применяют насосы высокого давления, рассчитанные на подачу воды с температурой 105—150° С.

Различают три типа питательных насосов: центробежные с приводом от электрического двигателя, центробежные с приводом от паровой турбины и поршневые прямодействующие с паровым приводом.

Наиболее распространены центробежные насосы с электрическим приводом, которые обычно применяют как основные для питания котельных агрегатов во всем диапазоне их производительностей от нескольких сотен килограммов до 950 т пара в час и больше. Эти насосы выполняют производительностью от 5—10 до 600—700 м³/ч воды и более и на давление от 12—20 до 200—320 amм и выше.

Обычно насосы выполняют многоступенчатыми, состоящими из 3—12 ступеней, на скорость вращения 2 880—2970 об/мин. Корпус насосов пониженного давления выполняют из модифицированного чугуна, а насосов повышенного давления — из стали. Вал выполняют стальным, рабочие колеса и направляющие аппараты — из модифицированного чугуна или бронзы. Подшипники насоса выполняют как подшипники скольжения с кольцевой смазкой (и часто с водяным охлаждением) или шариковые. Осевое усилие насоса воспринимается гидравлической пятой. Насос и электродвигатель устанавливают на общей сварной раме, заливаемой в бетон фундамента. Валы насоса и электродвигателя соединяют эластичной муфтой. Мощность электродвигателей, приводящих питательные насосы, составляет 20—4 000 кВт и более в зависимости от производительности насоса и развиваемого им давления. Вариантом центробежного насоса является центробежно-вихревой насос. Центробежные насосы с паротурбинным приводом обычно применяют для питания котельных агрегатов средней и большой паропроизводительности. Эти насосы выполняют на такие же производительности и давления, как и центробежные насосы с электрическим приводом. Скорость вращения насоса с паротурбинным приводом обычно равна 4 000—6 000 об/мин, и по этой причине насос с паротурбинным приводом получается значительно более компактным, чем насос с электрическим приводом, так как его можно выполнить с меньшим числом ступеней (от 1 до 6) и колесами меньшего диаметра. Рабочие колеса обычно изготовляют из высокопрочной латуни или стали. Корпус насоса выполняют стальным. Для уменьшения осевого усилия в насосах предусматривают перепускную трубу, соединяющую разгрузочную камеру с камерой всасывания.

Паровая турбина также получается очень компактной, так как ротор ее обычно получается одноступенчатым. Турбина работает на паре тех параметров, на которые рассчитана котельная. Для упрощения установки турбину обычно проектируют для работы с выхлопом пара в атмосферу. Питательные насосы с паротурбинным приводом обычно устанавливают в качестве резервных, так как систематическая эксплуатация приводной турбины сложнее, чем эксплуатация электродвигателя, а, кроме того, такие турбины неэкономичны по расходу пара.

Поршневые паровые насосы обычно используют в качестве резервных для питания котельных агрегатов с паропроизводительностью до 6—10 т/ч и давлением до 14 amм, устанавливаемых в промышленных и отопительных котельных. Эти насосы выполняют горизонтальными и вертикальными, одно- и двухцилиндровыми. Насос состоит из двух основных частей: блока паровых цилиндров и блока гидравлических цилиндров, соединенных стальными колонками. На верхней части блока гидравлических цилиндров установлена стойка рычагов механизма парораспределения, в состав которого входят цилиндрические золотники, размещенные внутри парового блока. В блоке гидравлических цилиндров размещены четыре нагнетательных и четыре всасывающих тарельчатых клапана.

На приемном и напорном трубопроводах питательного насоса устанавливают задвижки для отсоединения от питательных линий после остановки его. Кроме того, на напорной стороне центробежных насосов устанавливают обратный клапан, чтобы предотвратить обратный проход воды из питательной линии в питательный бак через насос в случае неожиданного выключения электродвигателя или турбины, вращающих насос.

Центробежные насосы не могут длительно работать вхолостую или при малом расходе, так как при этом в результате трения дисков о воду в насосе она может закипеть. Поэтому в крупных насосах на напорной линии до обратного клапана предусматривают спускную трубу, отводимую в бак питательной воды, на которой ставят автоматический запорный клапан. При нормальных условиях работы насоса этот клапан закрыт; в тех случаях, когда закрывается обратный клапан насоса или производительность насоса снижается до 25—35% номинальной, клапан спускной линии автоматически открывается, увеличивая количество воды, проходящей через насос.

Питательные насосы размещают на 5—10 м ниже баков питательной воды, чтобы исключить возможность разрыва потока горячей жидкости при входе в насос в результате вскипания ее и образования паровых пузырей. Первое по ходу воды колесо насоса, засасывая воду, создает во входном патрубке насоса значительное разрежение, так что абсолютное давление воды в нем становится значительно более низким, чем атмосферное. О величине создаваемого разрежения можно составить свое представление, учитывая, что при работе насоса на холодной воде оно позволяет засосать воду с глубины 5—8 м. Разрежение, создающееся в приемном патрубке насоса, приводит к тому, что вода в нем закипает при температуре, значительно более низкой, чем 100° С. В результате при поступлении в насос горячей воды она может вскипеть в приемном патрубке. Это опасно, так как образование паровых пузырей приводит к гидравлическим ударам в питательных линиях и снижению производительности и давления насоса, что может привести к перерыву в подаче воды в котлы и возникновению аварии.

Превышение уровня воды в питательном баке над уровнем оси насоса должно быть тем большим, чем выше температура питательной воды. Насос теряет способность засасывать воду, когда температура воды составляет 70° С. При более высокой температуре воды опасность разрыва потока жидкости при входе в насос может возникнуть даже в тех случаях, когда насос залит водой; это произойдет, если столб жидкости в приемном трубопроводе будет недостаточно высок, чтобы создать во входном патрубке насоса абсолютное давление, более высокое, чем абсолютное давление парообразования, соответствующее температуре воды, поступающей в насос.

На величину требуемого превышения уровня воды в питательном баке над уровнем расположения оси насоса, кроме температуры питательной воды, влияют также давление, под которым находится вода в питательном баке, гидравлическое сопротивление системы трубопроводов между питательным баком и насосом и конструкция насоса. Необходимое давление во входном патрубке насоса зависит от его конструкции и, в частности, от числа его оборотов. Для насосов с электроприводом и 2 950 об/мин величина эта составляет 0, 5 — 0, 7 amм, а для турбонасосов с 4 000—7 000 об/мин она возрастает до 0, 8— 1, 0 amм. Для предельного уменьшения сопротивления трубопроводы следует выполнять короткими, с минимальным числом отводов, тройников и запорной арматуры и рассчитывать на скорость воды до 0, 5—1 м/сек. В этих условиях при подаче воды с температурой до 100° С и при атмосферном давлении в баке превышение уровня воды в баке над уровнем оси насоса должно быть > 5 м для насосов, развивающих давление 20 amм, и > 6 м для насосов более высокого давления. Согласно правилам Госгортехнадзора для питания паровых котлов в промышленных котельных устанавливают не менее двух приводимых в действие независимо друг от друга питательных насосов. В качестве независимых приводов понимают электрический и паровой. Суммарная производительность всех насосов с электрическим приводом должна составлять не менее 110%, а с паровым приводом — не менее 50% от номинальной паропроизводительности всех котлов. Допускается установка всех питательных насосов только с паровым приводом, а при наличии двух или нескольких источников питания электроэнергией— только с электрическим приводом.

В котельных электрических станций устанавливают питательные насосы с электрическим приводом, причем количество и производительность этих насосов выбирают с таким расчетом, чтобы в случае остановки любого из насосов, оставшиеся обеспечили работу всех рабочих котлов (без резервного) при номинальной их паропроизводительности с учетом расхода воды на продувку и других ее потерь. Кроме того, должны быть установлены резервные питательные насосы с паровым приводом в тех случаях, когда электростанция не связана параллельной работой с другими постоянно работающими электрическими станциями, а также когда на электростанции установлены котлы со слоевым сжиганием твердого топлива.

При прямоточных котлах каждый котел должен иметь самостоятельное питательное устройство с электрическим или паровым приводом, независимое от питательных котлов других конструкций.

Для прямоточных котлов паропроизводительностыо 450т/ч и выше на закритические параметры пара питательные насосы выбирают из расчета, чтобы в случае остановки самого мощного насоса, оставшиеся, включая резервный насос, обеспечили бы работу котла с паропроизводительностью не менее 50% номинальной. Все питательные насосы, присоединяемые к общей магистрали, должны иметь характеристики, допускающие параллельную работу.

Трубопроводы

Трубопроводы котельной предназначаются для подачи, распределения и отвода теплоносителя. Система трубопроводов соединяет все действующее теплотехническое оборудование котельной: котельные агрегаты и их элементы, насосы, баки, вспомогательные теплообменные аппараты и ар. Трубопровод состоит из системы труб, по которым движется теплоноситель, и арматуры, которая имеет назначение открывать, закрывать, регулировать и направлять это движение, а также обеспечивать нормальные условия работы трубопровода.

Различают трубопроводы для подачи, распределения и отвода воды — водопроводы и трубопроводы для подачи, распределения и отвода насыщенного и перегретого пара — паропроводы. Кроме того, в котельной могут быть мазуто - и газопроводы, обеспечивающие доставку и распределение жидкого и газообразного топлива.

В соответствии с назначением различают главные (основные) и вспомогательные трубопроводы. Главными водопроводами котельной являются питательные линии, соединяющие напорную сторону питательных насосов с котельными агрегатами и предназначенные для подачи питательной воды из питательных насосов в котельные агрегаты, а также всасывающие линии, соединяющие всасывающую сторону питательных насосов с питательными баками и предназначенные для подачи питательной воды из питательных баков в питательные насосы.

Главными паропроводами являются паропроводы, соединяющие котлы с распределительным коллектором, к которому присоединяют паропроводы, снабжающие паром различных потребителей, а также паропроводы, идущие к паровым питательным насосам и теплофикационным пароводоподогревателям, установленным в котельной.

К вспомогательным трубопроводам относят продувочные, сливные и дренажные водопроводы, обдувочные, форсуночные и выхлопные паропроводы, а также другие служебные водо- и паропроводы.

Скорость воды в питательных линиях составляет 1—2 м/сек, снижаясь до 0, 5—1 м/сек в ответвлениях к котлам. Скорость насыщенного пара в паропроводах составляет 20—40 м/сек, а скорость перегретого пара достигает 50 и даже 70 м/сек.

Трубопроводы, транспортирующие водяной пар с давлением свыше 2 am или горячую воду с температурой свыше 120° С, изготовляют, монтируют и эксплуатируют в соответствии с правилами Госгортехнадзора. Согласно этим правилам упомянутые трубопроводы делятся на четыре категории. Каждая категория трубопроводов отвечает требованиям, которые снижаются с повышением номера категории.

Трубопроводы, предназначенные для транспорта среды с температурой 300° С и выше и под давлением от 17 аm и выше, выполняют из бесшовных труб, которые изготовляют из углеродистой стали марок 10 и 20 при транспорте среды с температурой до 450° С и из легированной стали различных марок при транспорте среды с более высокой температурой. Остальные трубопроводы можно выполнять из труб со сварным швом. Качество труб, арматуры, фланцев, крепежных и других материалов должно удовлетворять требованиям правил Госгортехнадзора.

Трубопроводы монтируют на особых опорах, укрепляемых на колоннах и стенах здания, или на особых подвесках, прикрепляемых к его перекрытиям. Находящийся в работе трубопровод в результате термического удлинения труб, нагреваемых теплоносителем, удлиняется по сравнению с холодным (выключенным). Это удлинение, составляющее около 1, 2ммна 1 м длины и каждые 100° С температуры теплоносителя, может вызвать столь значительные термические напряжения в трубопроводе, что они приведут к разрушению его. Во избежание этого предусматривают возможность беспрепятственного температурного удлинения его в желательном направлении, для чего жестко закрепляют трубопровод только в местах присоединения его к оборудованию и на предельно ограниченном числе опор (мертвые точки). Остальные опоры выполняют скользящими на роликах или катках. Кроме того, предусматривают компенсацию тепловых удлинений трубопроводов компенсаторами различных типов. Наиболее распространены компенсаторы из труб, изогнутых П-образно, которые встраивают в прямые участки трубопровода между мертвыми точками. Термические напряжения могут также компенсироваться в тех случаях, когда трубопроводы выполняют изогнутыми (самокомпенсация).

Трубопроводы монтируют с уклоном не менее 0, 001 в сторону движения теплоносителя. В наинизших точках отключаемых участков трубопровода выполняют особые штуцера, через которые из паропроводов спускают сконденсировавшуюся воду, а из водопроводов — воду при необходимости опорожнения их. В наивысших точках трубопроводов устанавливают воздушники для удаления скопившегося воздуха.

С целью уменьшения тепловых потерь трубопроводы покрывают тепловой изоляцией; затем их окрашивают в цвета соответственно роду теплоносителя согласно указаниям правил Госгортехнадзора.

Арматура

Арматуру разделяют на запорную, регулирующую и предохранительную.

К запорной арматуре относят вентили, задвижки, клапаны и краны. Задвижки предпочтительнее вентилей, так как они имеют значительно меньшее гидравлическое сопротивление. Однако они не обеспечивают той плотности закрытия, которую создает вентиль. Поэтому в особо ответственных точках следует устанавливать вентили.

Регулирующая арматура служит для ручного или автоматического изменения подачи теплоносителя. Имеется довольно много различных конструкций регулирующих клапанов. Все они, однако, отличаются той особенностью, что в закрытом состоянии не обеспечивают полной плотности. Поэтому регулирующую арматуру надо ставить в сочетании с запорной. К предохранительной арматуре относят обратные и предохранительные клапаны.

Рис. Арматура.

а — задвижка; б—вентиль: в—обратный клапан; г - предохранительный клапан.

Обратные клапаны устанавливают перед котлами для предотвращения обратного тока воды из котла в питательную линию и на напорной стороне центробежных питательных насосов для предотвращения обратного тока воды из питательной линии в питательные баки при аварийной остановке насоса.

Предохранительные клапаны имеют назначение устранять опасность разрушения сосудов, работающих под внутренним давлением, при недопустимом повышении его. В этом случае предохранительный клапан под действием повысившегося давления открывается и соединяет внутреннее пространство сосуда с окружающей атмосферой, вследствие чего давление в сосуде начинает снижаться. Когда оно достигает давления, на которое отрегулирован предохранительный клапан, последний закрывается, разобщая внутренность сосуда и атмосферу, и в сосуде устанавливается нормальное давление.

Согласно правилам Госгортехнадзора каждый паровой котел производительностью более 100 кг/ч снабжают не менее чем двумя независимыми предохранительными клапанами, сообщающимися с его паровым пространством. Один из предохранительных клапанов является контрольным и имеет устройство, не позволяющее обслуживающему котел персоналу изменять регулировку клапана, но не препятствующее проверке его состояния.

У барабанных котлов часть предохранительных клапанов устанавливают непосредственно на барабане котла, присоединяя их к особому штуцеру, а часть — на выходном коллекторе пароперегревателя. У прямоточных котлов предохранительные клапаны можно устанавливать в любой точке паропроводов до запорного устройства.

Предохранительные клапаны выполняют трех типов: рычажные, пружинные и импульсные. На стационарных паровых котлах устанавливают рычажные и импульсные предохранительные клапаны, причем на котлах с давлением выше 40 am предохранительные клапаны должны быть только импульсными.

Вода и водное хозяйство

В природной (сырой) воде всегда содержатся взвешенные и растворенные твердые вещества, а также растворенные газы. Поэтому сырая вода для питания котлов непригодна, так как при наличии в воде твердых минеральных примесей котел быстро зарастает накипью и забивается шламом, а имеющиеся в воде коррозионно - активные газы (кислород и углерод) вызывают коррозию.

Наилучшей водой для питания котлов является конденсат пара, получаемый в производственных и отопительных поверхностных теплообменниках и конденсаторах паровых турбин электрических станций. При плотных теплообменниках и конденсаторах такой конденсат содержит весьма малое количество минеральных примесей, потому что растворенные в котловой воде минеральные примеси в процессе испарения ее почти не переходят в пар. Однако конденсат не покрывает полной потребности котельных агрегатов в питательной воде, так как часть пара и воды теряется из цикла и должна быть восполнена соответствующим количеством добавочной воды. На конденсационных электрических станциях эта потеря невелика и не превышает обычно 2—3%, но в производственных котельных и на ТЭЦ часто значительное количество конденсата не возвращается и потребность в добавочной воде может достигать 40—60% всего количества воды в цикле.

Добавочной водой в котельных любой мощности обычно служит сырая вода после тщательной химической и термической обработки ее в специальных установках. В зависимости от свойств воды, а также производительности котельной и давления пара в котлах эти установки могут быть относительно простыми или очень сложными. Обычно сырую воду очищают от грубодисперсных и коллоидальных примесей и накипеобразующих солей и освобождают от растворенного воздуха.

Грубодисперсные примеси удаляют из воды отстаиванием ее в резервуарах либо фильтрацией, т. е. пропуском через слой зерненного кварца, задерживающего грубодисперсную примесь. Во многих случаях процессы отстаивания и фильтрации воды, объединяют: основную массу грубодисперсной примеси отделяют в отстойниках, а более глубокое осветление производят в фильтрах, включенных за отстойниками.

Для удаления коллоидальных примесей воду подвергают коагуляции, т. е. обработке сернокислым алюминием (коагулянтом), в результате чего коллоидальные примеси превращаются в грубодисперсные, которые затем отделяют от воды фильтрацией. Удаление из воды накипеобразующих солей, т. е. умягчение ее, в настоящее время чаще всего осуществляют путем катионного обмена. При этом способе воду, подлежащую умягчению, пропускают через слой особого зернистого материала — катионита, который поглощает из воды катионы кальция и магния, взамен отдавая воде в эквивалентных количествах катионы веществ, не образующих накипи. Освобождение воды от растворенных в ней коррозионно -активных газов осуществляют вдеаэраторах различных типов.

На рис. 23-1 показана принципиальная схема водоумягчительной установки с предварительной коагуляцией и осветлением обрабатываемой воды сначала в отстойнике, а затем в механических фильтрах. Сырая вода по трубе 1 поступает в распределитель 2, где она разделяется на два потока. Один поступает в подогреватель воды 3, в который также подается пар по трубе 4, а затем в отстойник 6. Другой поток проходит через вытеснитель коагулянта 5 и вместе с растворенным коагулянтом также направляется в отстойник 6. Здесь вода отстаивается от значительной части механических и коллоидальных примесей, а затем поступает в промежуточный бак 7, откуда она насосом 8 подается в механические фильтры 9 для окончательного осветления. Далее в катионитовых фильтрах 10 вода освобождается от солей жесткости, после чего она подается в деаэраторную колонку 11, где освобождается от растворенных в ней газов, и стекает в питательный бак, из которого питательными насосами подается в котел.

Промышленно-отопительные котельные, как правило, питаются водой - из городского или промышленного водопровода, в котором она профильтрована и коагулирована. Поэтому в промышленно-отопительных котельных подготовка добавочной воды заключается обычно в умягчении и деаэрации ее.

В паровых электрических станциях конденсационного типа в качестве добавочной воды к конденсату применяют также дистиллят, т. е. сконденсированный пар, полученный в испарителях, в которых используется тепло пара, отобранного из промежуточных ступеней паровой турбины.

Несмотря на тщательную очистку, добавочная вода вносит в водопаровой цикл котельной некоторое количество примесей, так как ни в каких установках нельзя удалить из воды абсолютно все количество растворенных в ней минеральных веществ и газов. Попадая в котел, минеральные примеси постепенно накапливаются в. котловой Воде до состояния насыщения и при дальнейшем испарении воды начинают выпадать из нее с образованием накипи и шлама. Растворенные коррозионно - активные газы выделяются из воды сразу по поступлении ее в котел и вступают в химическое взаимодействие с металлом котла, понемногу разрушая его. Поэтому в процессе эксплуатации котельных организуют особый режим котловой воды, имеющий целью устранить или свести к допустимому минимуму образование накипи и коррозию, вызываемые остаточным содержанием минеральных примесей и газов в добавочной воде.

Свойства водных растворов твердых веществ

Твердые вещества, содержащиеся в воде, по степени их дисперсности разделяют на механически взвешенные примеси, состоящие из минеральных и иногда органических частиц размером 0, 5 мк и более, коллоидально- растворенные вещества, состоящие из частиц размером 0, 001 — 0, 5 мк, и истинно растворенные вещества.

В зависимости от конкретных условий в воде могут содержаться в растворенном состоянии различные вещества и притом в различных количествах. Количество вещества, растворенного в единице массы раствора, определяет концентрацию раствора и обычно выражается в миллиграммах или микрограммах на килограмм раствора (мг/кг или мкг/кг).

Как и всякая жидкость, вода может растворить только определенное максимальное количество того или иного вещества, образуя в этом случае насыщенный раствор. Избыточное количество вещества в раствор не переходит и остается в первоначальной фазе. Концентрация растворенного вещества, соответствующая насыщенному раствору, называется растворимостью этого вещества в данной жидкости. Различают вещества плохо и хорошо растворимые. Применительно к воде, например, плохо растворимы CaSO₄, СаСО₃, CaSiO₃, хорошо растворимы СаС1₂, MgCl₂.

Растворимость вещества зависит от температуры жидкости, в которой оно растворяется. При этом различают вещества с положительным термическим коэффициентом растворимости, у которых растворимость увеличивается с ростом температуры, и вещества с отрицательным термическим коэффициентом растворимости, у которых с ростом температуры растворимость уменьшается. Применительно к воде к первым относятся, например, СаС1₂, MgCl₂, ко вторым CaSO₄, CaSiO₃, MgSiO₃.

При установившемся состоянии вещества, растворенные в воде, остаются химически пассивными. Однако повышение температуры воды может привести к возникновению химических реакций между этими веществами и изменению их химического состава, а также к выпадению некоторых возникших веществ в осадок.

Когда в воде содержится большое количество солей с отрицательным термическим коэффициентом растворимости, нагрев ее может привести к насыщению раствора, после чего при дальнейшем повышении температуры начнется выпадение растворенного вещества в осадок. Растворенные вещества неизбежно выделяются из воды и при частичном испарении ее, так как они не переходят в пар. Поэтому в процессе испарения вода неизбежно насыщается растворенными в ней веществами, после чего излишек их начинает выделяться; в первую очередь выделяются соли с низкой растворимостью, например CaSO4, СаСО3, CaSiO3 и др.

Большинство твердых веществ, истинно растворенных в воде, представляет собой э л е к т р о л и т ы, т. е. вещества, молекулы которых в водной среде распадаются на ионы — атомы или группы атомов, несущие электрический заряд, тогда как обычные атомы нейтральны. Молекула электролита распадается на два иона. Один из них имеет положительный заряд и называется катионом, другой имеет отрицательный заряд и называется анионом. Металлы, входящие в молекулу электролита (Mg, Ca, Fe), становятся катионами, а металлоиды (Cl, S) и кислотные радикалы (SO₄, СО₃, SiO₃) — анионами. Водород в зависимости от конкретных условий может стать как катионом, так и анионом. В слабых растворах на ионы распадается все количество электролита, растворенное в воде; в более концентрированных растворах на ионы распадается только часть растворенного электролита. Отношение количества распавшегося на ионы электролита ко всему количеству электролита, растворенного в воде, называется степенью электролитической диссоциации его.

Особенности газовых растворов

Растворение газов в жидкостях приблизительно описывается законом Генри, который гласит, что концентрация газа, растворенного в жидкости, прямо пропорциональна давлению газа над раствором и растворимости его. Газы имеют различную растворимость, но она всегда уменьшается с повышением температуры жидкости.

При температуре кипения жидкость полностью теряет способность растворять газы, так что при этой температуре растворенных газов в жидкости не содержится.

В сырой воде обычно растворены азот, кислород, углекислый газ, сероводород. Все они нежелательны, но особенно вредными являются коррозионно- активные газы: кислород и углекислый газ. Кислород, попавший, в водопаровой тракт котельного агрегата, непосредственно вступает в реакцию окисления металла элементов этого тракта. Углекислый газ, особенно в котлах высокого давления, интенсифицирует кислородную коррозию, препятствуя образованию защитного окисного слоя на поверхности коррозирующего металла, вследствие чего скорость коррозии не уменьшается со временем.

Показатели качества воды

Основными показателями, характеризующими качество сырой, питательной и котловой воды, являются сухой (или растворенный) остаток, общее солесодержание, жесткость, щелочность, содержание кремниевой кислоты, концентрация водородных ионов и содержание коррозионно - активных газов.

Сухой (или растворенный) остаток характеризует содержание растворенных и коллоидальных неорганических и частично органических твердых примесей, выраженное в мг/кг или мкг/кг. Он определяется как остаток, высушенный при 110° С до постоянного веса после выпаривания воды, профильтрованной через плотный бумажный фильтр.

Общее солесодержание характеризует общее количество минеральных веществ, растворенных в данной воде, выраженное в мг/кг или мкг/кг. Оно является подсчитанной по ионному составу общей концентрацией солей в воде. Солесодержание, как правило, меньше растворенного остатка воды, поскольку последний включает также коллоидно-дисперсные вещества, которые не являются истинно растворенными веществами.

Жесткость воды характеризует содержание в ней кальциевых и магниевых солей, обусловливающих накипеобразующие свойства воды. Различают жесткость общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Общая жесткость представляет собой сумму величин временной и постоянной жесткости и характеризует суммарное содержание в воде кальциевых и магниевых солей. Временная жесткость характеризует содержание в воде бикарбонатов кальция и магния. Постоянная жесткость характеризует содержание перечисленных выше солей кальция и магния, за исключением двууглекислых. Численно величина жесткости воды выражается через концентрацию в воде соответствующих ионов растворенных веществ, выраженную в эквивалентных единицах, т. е. мг-экв/кг или мкг-экв/кг.

Величина общей жесткости воды равна выраженной в эквивалентных единицах суммарной концентрации в воде катионов кальция и магния, т. е.

Ж_о = Са²⁺/20, 04 + Мg²⁺/12, 16

где Са²⁺ и Мg²⁺ — концентрации в воде соответственно катионов кальция и магния, мг/кг; 20, 04 и 12, 16 — соответственно эквивалентные массы их, мг/мг-экв.

Величина карбонатной жесткости равна выраженной в эквивалентных единицах концентрации в воде анионов бикарбонатов кальция и магния, т. е.

Ж_к =НСО ^-₃/61, 02

где НСО ^-₃— концентрация в воде соответственно анионов бикарбонатов кальция и магния, мг/кг; 61, 02 — эквивалентная масса их, мг/мг экв. Наконец, величина постоянной (некарбонатной) жесткости равна:

Ж_п = Ж_о — Ж_к, мг-экв/кг.

Щелочность воды характеризует содержание в ней щелочных соединений, как-то: гидратов, карбонатов, бикарбонатов, фосфатов окисей натрия, кальция и магния. Величина щелочности воды равна суммарной концентрации в ней гидроксильных, карбонатных, бикарбонатных, фосфатных и других анионов слабых кислот, выраженной в эквивалентных единицах, т. е. мг-экв/кг или мкг-экв/кг. В зависимости от обусловливающих щелочность анионов различают гидратную щелочность, обусловленную концентрацией в воде гидроксильных анионов ОН-, карбонатную щелочность, обусловленную концентрацией в воде карбонатных анионов СОз-, бикарбонатную щелочность, обусловленную концентрацией в воде бикарбонатных анионов НСОз-.

Кремнесодержание характеризует общую концентрацию в воде различных соединений кремния, находящихся в молекулярной и коллоидальной формах. Условно кремнесодержание пересчитывают на SiO₂ и выражают в мг/кг или мкг/кг.

Концентрация водородных ионов является одной из важнейших характеристик воды. В воде происходит непрерывный обратимый процесс диссоциации молекул воды на ионы водорода Н+ и гидроксильные ионы ОН-.Количество одновременно диссоциирующих молекул крайне незначительно, составляя приблизительно одну десятимиллионную часть всех молекул воды. Тем не менее, в результате этой диссоциации, в воде содержится некоторое равновесное количество ионов водорода и гидроксильных ионов.

Если вода является химически чистой, т. е. не содержит никаких растворенных примесей, то количество водородных ионов в воде равно количеству гидроксильных ионов, так как оба эти иона одновалентны. В результате в химически чистой воде концентрация Н+ всегда равна концентрации ОН—. В воде, содержащей растворенные вещества, соотношение концентрации Н+ и ОН- изменяется. При этом если в воде растворены кислоты, которые диссоциируют, с появлением водородного иона, то общая концентрация водородных ионов возрастает, а если в воде растворены щелочи, которые диссоциируют с появлением гидроксильного иона, то возрастает концентрация гидроксильных ионов.

В практике концентрацию водородных ионов в воде выражают не непосредственно, а через отрицательный логарифм ее. В соответствии с этим показатель концентрации водородных ионов, выражаемый символом рН, для абсолютно чистой воды при температуре 22° С становится равным рН = 7

Для воды, содержащей растворенные кислоты, т. е. для воды с кислой реакцией, рН< 7; для воды, содержащей растворенные щелочи, т. е. для воды со щелочной реакцией, рН> 7.

Содержание коррозионно-активных газов в воде характеризуется содержанием в ней кислорода и углекислого газа, выраженным в мг/кг или мкг/кг.

Умягчение воды в катионитовых установках

Катионитовый фильтр представляет собой цилиндрический сварной стальной корпус диаметром 1 000—3 000 и высотой 3 500— 6 500 мм, приблизительно на две трети высоты заполненный зернистой массой катионита. Вода, подлежащая умягчению, но трубе поступает в распределительную систему. Пройдя сквозь слой катионита и умягчившись в нем, вода поступает в дренажное устройство, состоящее из коллектора с системой присоединенных к нему ответвлений, на которых приварены штуцера с навернутыми на них щелевыми колпачками из пластмассы. Пройдя это устройство, умягченная вода по трубе выходит из фильтра.

В процессе умягчения воды катионит постепенно истощается, в результате чего катионный обмен между водой и катионитом прекращается. Для восстановления умягчающей способности катионит подвергают регенерации, отключая фильтр и пропуская через него водный раствор регенерирующего вещества. Регенерация восстанавливает реактивную способность катионита, и загруженный в фильтр катионит может прослужить несколько лет. Регенерирующий раствор получают в солерастворителях, когда реагент твердый, или мерниках, когда он жидкий.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒