Файл: Романов Б.А. Котельные установки предприятий нефтяной и газовой промышленности.pdf

Глава V

ПИТАТЕЛЬНАЯ ВОДА. ПИТАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

§ 14. ПОДГОТОВКА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ

Качество питательной воды имеет исключительно важное зна­ чение для обеспечения нормальной безаварийной и экономичной работы котельных установок.

Природная вода всегда содержит различные примеси в виде минеральных и органических веществ, растворенных газов, взве­ шенных частиц и т. д.

При нагревании и испарении воды на внутренней поверхности стенок труб и барабанов котлов образуются кристаллические от­ ложения (накипь) и шлам. Накипь на поверхности нагрева при­ водит к снижению коэффициента теплопередачи, перегреву стенок и к возможному их повреждению. В связи с уменьшением коэффи­ циента теплопередачи падает производительность котельных агре­ гатов, возрастает температура уходящих газов,, а следовательно, понижается к. п. д. котельного агрегата и увеличивается расход топлн/ва. Кроме того, накипь способствует резкому усилению про­ цессов коррозии и сокращению сроков работы агрегатов между чистками.

Накипь состоит из твердых отложений, химический состав ко­ торых зависит от свойств питательной воды н условий ее испа­ рения.

В отличие от накипи шлам представляет собой нлообразиый осадок, выпадающий в толще воды.

Теплопроводность накипи в зависимости от ее состава в 10— 700 раз меньше теплопроводности металлических стенок труб. В связи с этим стенки, покрытые накипью, плохо пропускают теп­ ло от газообразных продуктов сгорания к воде и температура стенки может стать недопустимо высокой.

Нейтральные молекулы солей при растворении в воде распа­ даются на электрические заряженные частицы — ионы: катионы с положительным зарядом и анионы с отрицательным зарядом. Каждый ион может нести несколько зарядов в зависимости от ко­ личества атомов в его группе.

Качество воды оценивается следующими показателями: жест­ костью, щелочностью, сухим остатком, окисляемостыо, прозрач­ ностью.

Жесткость воды характеризуется содержанием в ней раство­ ренных солен кальция и магния. Чем больше в воде кальциевых, и магниевых солей, тем она считается более жесткой.

Различают общую жесткость воды Жо, карбонатную (времен­ ную) Жк и пекарбонатную (постоянную) Ж,ш жесткость.

Карбонатная жесткость воды обусловлена наличием в ней бикарбонатов кальция Са(НСОз) 2 и магния Mg(HC03)2. Эти соли

90

при нагревании и кипячении воды разлагаются с выделением осадка СаС03, Mg (ОН) 2 и углекислого газа СО2 , который при

этом улетучивается. Таким образом, карбонатная жесткость мо­ жет быть устранена подогревом воды.

Некарбонатная жесткость вызывается содержанием в воде со­ леи кальция и магния, остающихся в пей после кипячения. К та­

В качестве единицы жесткости принимается жесткость, соот­ ветствующая содержанию в 1 м3 воды 1 моля кальция (Са) или магния (Mg), т. е. 20,04 г иона кальция Са2+ пли 12,16 г иоиа

Mg2+ иа 1 м3 воды, или 20,04 мг Са2+ и 12,16 мг Mg2+ на 1 л воды.

В зависимости от общей жесткости воду условно делят иа три группы: мягкая вода — жесткость до 3 ммоль/л, вода средней жесткости — от 3 до 6 ммоль/л, жесткая вода — свыше 6 ммоль/л.1 Щелочность воды характеризуется присутствием в ней бикар­ бонатов кальция Са(НСОз)г и магния Mg/HCOs)?, карбоната натрия (соды) Na2C03 и щелочей. Щелочность воды, как и жест­

кость, измеряется в ммоль/л или моль/м3, что одно и то же. Природная вода представляет собой слабый раствор электро­

литов. Если концентрация водородных ионов равна концентрации гидроксильных ионов, вода нейтральна; при преобладании водо­ родных ионов реакция кислая, а при преобладании гидроксильных ионов — щелочная. Концентрация водородных ионов в воде оцени­ вается водородным показателем, обозначаемым pH (П-аш). При рН <7 вода кислая, при рН = 7 — нейтральная и при рН >7 — ще­ лочная.

Сухой остаток представляет собой массу веществ (в мг), оста­ ющихся после выпаривания 1 л профильтрованной воды и после­ дующего высушивания при температуре 105— 110°С до постоянной массы.

Окисляемость косвенно характеризует содержание в воде ор­ ганических веществ. Выражается она в миллиграммах кислорода (или окислителя перманганата калия КМп04), необходимого для окисления органических веществ, содержащихся в 1 л исследуе­ мой воды.

Прозрачность характеризует наличие в воде взвешенных ча­ стиц. Измеряется она высотой столба воды, налитой в стеклянный

91

сосуд, сквозь который (столб) возможно чтение печатного шриф­ та или креста из черных полосок бумаги.

Соответственно с требованиями к питательной воде необходи­ ма обработка добавочной природной воды п конденсата.

В технике водоподготовки получила распространение докотло­ вая и виутрнкотловая подготовка воды.

Докотловая обработка воды

Осветление воды производится с целью удаления из воды грубодисперспых взвешенных минеральных н органических веществ и доведения ее до полной прозрачности. Это достигается отстаива­ нием воды в резервуарах-отстойниках больших размеров или фильтрованием в осветительных механических фильтрах.

Механические фильтры представляют собой прямоугольные или цилиндрические сосуды, заполненные фильтрующим материа­ лом. В качестве фильтрующих материалов применяют кварцевый песок, дробленый антрацит, мраморную крошку и полуобожжеиный доломит. При прохождении загрязненной воды через слой мелкого фильтрующего материала грубодисперсные примеси при­ липают к песку, и вода выходит из фильтра осветленной.

Воду, содержащую минеральные и органические коллоиднодисперсные частицы, подвергают коагуляции. К воде добавляют коагулянт (сернокислый алюминий или сернокислое железо), об­ разующий с коллоидно-дисперсными частицами хлопья, которые под действием силы тяжести выпадают в осадок.

Термическое умягчение воды. При этом способе умягчения воду нагревают до 85— 110° С. Соли временной жесткости (бикар­ бонаты), содержащиеся в воде, при нагревании разлагаются, об­ разуя труднорастворнмые соли (СаС03, Mg(OIT)2) и углекислоту (СО2 ). Малорастворимые соли выпадают в осадок, а углекислота

удаляется из воды.

Таким образом, термическим способом удается уменьшить вре­ менную жесткость воды.

Химические методы обработки воды. Метод осаждения осно­ ван на переводе содержащихся в воде хорошо растворимых солей в малорастворимые соединения, выпадающие в осадок. Это до­ стигается введением в воду реагентов (едкого натра NaOIT, соды ИазСОз, извести Са(ОН)2 и т. д.) или двух реагентов (например, соды и извести). Метод осаждения можно применять в установ­ ках с неэкранированнымп котлами давления до 1,5 ПМа для по­ верхностных и артезианских вод, общая щелочность которых меньше общей жесткости.

Обычно для умягчения питательной воды методом осаждения применяется содо-известковый способ.

Схема содо-известковой установки показана на рис. 41. Сырая вода по трубопроводу 1 поступает в цилиндрический резервуар­ очиститель 2; сюда же подаются сода и известь из бака 3 и до­

92

бавляется по линии 4 котловая вода, получаемая при продувкекотлов. Добавление котловой воды, содержащей избыточную ще­ лочь, способствует выпадению из сырой воды солей временной жесткости в виде шлама. Затем умягченная вода проходит фильтр 5, поступает в питательный бак 6 и насосом 7 по трубо­ проводу 8 и 9 подается в котельный агрегат.

Для ускорения химической реакции при содо-известковом спо­ собе очистки воду подогревают до 90—95°С Этот метод химиче­ ской обработки воды является сложным, громоздким и дает невы­ сокое качество умягченной воды. Поэтому в современных уста­

свой обменный катион (Na+, Н+) на катионы солей воды (Са2+, Mg2+) в процессе ее фильтрования через слон этих веществ (катионита). В зависимости от обменного катиона натрия или водорода, вступающего в реакцию, катионитовый материал на­ зывается Na-катионитом и Н-катионитом.

Наиболее простой и дешевой является иатрий-катпонитовая установка, состоящая из солерастворителя 1, бака регенерацион­ ного раствора 2, Na-катионитового фильтра 3 и бака для взры­ хления и промывки 4 (рис. 42). При прохождении воды через катионитовые фильтры в ней появляются обладающие большой растворимостью соли натрия взамен плохо растворимых солей; кальция и магния.

Непрерывная работа фильтров продолжается в течение 4—5 ч, после чего катионит истощается и теряет способность умягчать воду. Для восстановления (регенерации) обменной способности катионита его обрабатывают 5—10%-ным раствором поваренной соли. При регенерации катионы натрия поваренной соли вытес­ няют из истощенного катионита катионы кальция и магния, кото­ рые переходят в раствор и удаляются в виде хлористого магния и хлористого кальция в дренаж. Таким образом, катионит обога­ щается катионами натрия и приобретает способность умягчать же­ сткую воду.

Остаточная жесткость воды после умягчения ее в катноиовых фильтрах равна 0,02—0,04 ммоль/л.

Катионитовый фильтр представляет собой металлический ре­ зервуар цилиндрической формы, внутри которого помещается

93