Лекция №9. Водоподготовка

Совокупность свойств воды, которые характеризуются концентрацией в ней примесей, называется качеством воды.

Основными показателями качества воды являются: жесткость, щелочность, сухой остаток, прозрачность, наличие масел и коррозионно-активных газов.

Жесткостью воды называют сумму концентраций, растворенных в ней соединений кальция и магния.

За единицу жесткости принимают мг-экв/кг - для измерения больших жесткостей и мкг-экв/кг -для измерения малых жесткостей воды.

Общая жесткость воды состоит из временной (карбонатной) и постоянной (некарбонатной).

При питании котлов жесткой водой на стенках барабанов, коллекторов и труб откладывается накипь, которая соединяется с поверхностью металла.

 Накипь и шлам имеют низкую теплопроводность, в результате чего ухудшается теплопередача через загрязненные стенки. Это вызывает такие отрицательные явления, как:

- местный перегрев стенок котла, (из-за чего образуются выпучины и свищи);

- разрывы жаровых, кипятильных, экранных и дымогарных труб и взрывы котлов;

- снижение тепло- и паропроизводительности котлов;

-ускорение процесса коррозии; перерасход топлива:

Щелочностьпредставляет собой суммарную концентрацию растворенных в воде бикарбонатов, карбонатов, гидратов и гуматов (солей слабых органических кислот). Щелочность измеряется теми же единицами, что и жесткость.

    Щелочность котловой воды характеризуется величиной рН. Если рН=7 - вода нейтральная; рН >7 - вода щелочная; рН <7 - вода кислая.

Сухой остаток - это общее количество растворенных в воде солей и щелочей, которые остались после выпаривания воды и высушивания остатка до достижения постоянной массы, и определяет пригодность данной воды для питания паровых котлов. Сухой остаток выражается в мг/кг чистой воды.

Масло попадает в питательную воду от паровых поршневых насосов, а также при использовании для питания котлов конденсата, загрязненного маслом в условиях змеевикового подогрева нефтепродуктов и отсутствия достаточной плотности паровых змеевиков. Содержимое масла выражается в мг/кг чистой воды.

Наличие в питательной и подпиточной воде коррозионно-активных газов (02, С02) приводит к появлению и развитию коррозии металлов. Содержимое газов выражается в мкг/кг воды.

Чтобы сделать воду более мягкой, чтобы стенки не зарастали неприятным проблемным налетом, нужно начинать с обработки воды. Убрать из нее лишнее, можно разными способами. На сегодня групп таких методов всего две:

1. Химическая – которая в своей работе использует химические реакции и различные вредные средства;

2. Физическая – когда известковость воды связывается путем облучения и нейтрализации работы вредных ионов.

Каждый из предложенных методов может похвастаться, как достижениями, так и плохими сторонами. Идеального метода умягчения любого водного ресурса до сих пор не изобрели.

Ионообменный фильтр для воды в котельных используют в тех случаях, когда установка, обеспечивающая паром невелика или объём возвращаемого конденсата достаточно большой.Вся работа такого умягчителя заключается в

Рисунок 33 – Ионообменный фильтр

обмене ионов натрия, которые плохо держаться в структуре ионообменной

смолы, на ионы солей натрия и кальция. Стоит жесткой воде попасть в такой Рисунок 34 – Устройство натрий-катионитового фильтра

фильтр, как замена ионов натрия на ионы солей жесткости происходит мгновенно. Мягкая вода получается еще и обогащенной натрием.

Принцип работы натрий-катионитового (рисунок 34) фильтра: специально

разработанная гелиевая смола, состоящая из натриевых шариков. Именно таким наполнителем набивают картридж, и он занимается удержанием вредных минералов. Способствует этому бурная реакция между натрием и солями, образующими корку. Кальций и магний липнет к катиониту, как магнит. Так что ионный обмен – это сердце натрий-катионитового фильтра. Когда встречаются грязная минеральная вода и смоляные шарики, переполненные натрием происходит быстрая замена. И для данной реакции ничего дополнительного подключать не нужно. Исключительно быстрая, естественная реакция.

Натрий уступает место в картридже вредным солям, а они прилипают к основе. Картридж можно вновь вернуть в работу, без особых усилий. При этом нет необходимости греть воду, или применять какие-либо растворители, чтобы происходил ионообменный процесс. В этом простота и удобство данного устройства.

В котельных используются Na-катионитовый и Н-катионитовый методы умягчения воды. При катионировании происходят следую­щие реакции ионного обмена:

2Na(K) + Са(НС0₃)₂ / Mg(HC0₃)₂ = Са(К)₂4/ Mg(K)₂1 + 2NaHC0₃ 2Na(K) + CaS0₄ / MgS0₄ = Ca(K)₂4/ Mg(K)₂l + Na₂S0₄ 2H(K) + CaS0₄ / MgS0₄ = Ca(K)₂i / Mg(K)₂i + H₂S0₄.

После Na-катионирования - щелочный фильтрат, а после Н-катионирования - кислый, и если смешать оба фильтрата в опре­деленной пропорции, то можно получить практически полностью умягченную воду с заданной величиной щелочности.

Растворимые в воде газы необходимо удалять, поскольку приводят к коррозии стенок котла, преждевременному износу, а иногда и к аварии. Растворенные газы (02, С02) и воздух удаляется из воды деаэрацией. Известно несколько ее способов деаэрации: термический, химический, электромагнитный, высокочастотный и ультразвуковой.

Наибольшее распространение получил термический способ деаэрации (рисунок 35). При таком способе растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и совсем прекращается при достижении температуры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды.Из паровых котлов в нижнюю часть деаэрационной колонки через парораспределитель по
дается пар с давлением, поднимаясь вверх, подогревает химически очищенную воду до Рисунок 35 – Термическая деаэрация

 

температуры кипения. При этом из воды выделяются кислород и углекислый газ и вместес остатками несконденсированного пара через вестовую трубу выбрасываются в атмосферу. При закрытии вестовой трубы этот поток может быть направлен в охладитель выпара. Деаэрованная водапоступает в бак-аккумулятор. Из бака деаэрованная вода забирается питательным насосом для питания паровых котлов.

Если температура воды ниже температуры кипения при нормальном атмосферном давлении (т.е. ниже 100 градусов Цельсия) – используются вакуумные деаэраторы (рисунок 36).

Вакуум создается колонкой, которая с помощью нагнетателя создает область пониженного безвоздушного пространства.

Вся система представляет собой абсолютно герметичный и замкнутый контур, в котором взаимодействует два тела: вода и воздух и одно явление:

вакуум.После того, как вода была обработана, она с помощью форсуночного дозатора прыскается в блочную камеру, где происходит воздушная разрядка.

Это позволяет уровнять давление между вакуумной емкостью и целой системой. Там вода набирается, а после циркулируется насосом в гидроаккумулятор, который представляет собой цилиндр с двумя емкостными отделами, отсеченными друг от друга средоразделителями.

В одной емкости происходит аккумуляция воды из системы, а в другой аккумуляция уже готовой воды.Из аккумулятора вода забирается с помощью Рисунок 36 – Вакуумный деаэратор

насосов. Часто после блочной камеры используется камера испарения, которая является последней стадией подготовки воды.

Рабочее тело (жидкость) из блочной камеры самотеком попадает в специальные пакеты-испарители, изготовленные из металла, там вода преобразовывается в пар, а пар, конденсируясь на листовом пароконденсаторе, снова превращается в воду. Это делает воду более очищенной и мягкой

 

Вопросы для закрепления темы:

1. Что такое деаэрация?

2. Что такое сухой остаток?

3. Зачем необходимо проводить подготовку воды?

4. Что такое умягчение питательной воды?

5. При какой температуре воды целесообразно применение вакуумных деаэраторов?