Иван Тихонов - Сборник статей по организации водно-химического режима теплоэнергообъектов

Данная статья попробует определить место обратноосмотической технологии обессоливания воды в структуре ВХР паровой котельной, а также показать достоинства и недостатки эксплуатации подобного ВХР.

В последние 20 лет произошло активное развитие технологии обратноосмотического обессоливания воды. Это связано с изобретением рулонных мембранных элементов с тангенциальным фильтрованием воды. Данная технология имеет неоспоримые преимущества перед ионообменными технологиями, но также ряд недостатков. Прежде всего это большое количество образующихся сточных вод. Классический подход к работе подобных систем говорит, что для получения одного кубического метра обессоленной воды требуется сбросить в канализацию 0,4—0,5 м 3концентрата. В дополнение к этому, если водоподготовка парового котла состоит только из осмотической установки и исходная вода не содержит ионов Na+K, в этом случае, даже если соблюдается условие, что жесткость питательной воды не более 0,02 мг-экв/л, будет наблюдаться чрезвычайно высокая коррозия парового котла. Если не предпринять никаких корректирующих действий, котел потребует капремонта через очень короткое время. Подробнее механизм этого процесса будет рассмотрен ниже. Но можно сказать, что к недостаткам осмотических систем можно отнести также определенные сложности в понимании места этих систем в структуре ВХР котельной по сравнению с довольно тщательно изученной технологией Na-катионирования.

Рассмотрим ВХР паровой котельной низкого давления с использованием только Na-катионитовой подготовки подпиточной воды. Наиболее распространенный классический ВХР.

Основные показатели качества питательной воды для паровых котлов низкого давления:

• прозрачность, см;

• общая жесткость, мг-экв/л;

• значение рН, ед. рН;

• растворенный кислород, мг/л;

• общее железо, мг/л;

• кремний, мг/л;

• солесодержание, мг/л;

• общая щелочность, мг-экв/л.

Прозрачность воды – это показатель, количественно характеризующий содержание в воде взвешенных и органических веществ. Нормативный показатель по этому значению, как правило, достигается фильтрованием воды через зернистую загрузку.

Общая жесткость воды характеризует склонность воды к образованию твердого осадка (накипи). Поддержание нормативного показателя по общей жесткости питательной воды менее 0,02 мг-экв/л исключает образование в котле твердых отложений.

Значение рН – показатель, определяющий наличие в воде свободной углекислоты или наличие бикарбонатов, карбонатов или гидроксил-иона. Значение рН питательной воды должно быть более 8,5.

Растворенный кислород в питательной воде способствует протеканию коррозии, с кислородной деполяризацией, питательного тракта котла, самого котла и пароконденсатного тракта. Растворенного кислорода в питательной воде должно быть менее 50 мкг/л.

Общее железо в питательной воде должно быть ниже 0,5 мг/л. Железо не создает твердых отложений в котле, но при высоких значениях рН котловой воды коагулируется в котловой воде (особенно при наличии органики и высоком коэффициенте упаривания) и вызывает забитие измерительных электродов, уровнемерных стекол и линии непрерывной продувки в котле.

Содержание кремния в питательной воде паровых котлов низкого давления напрямую не регламентируется в отечественных НД, но указывается, что соотношение едкого натра к кремневой кислоте в котловой воде должно быть 1,5. Т.е. наличие гидроксил-иона в котловой воде (значение рН котловой воды более 10,5) поддерживает кремний в ионизированном состоянии и не позволяет образовываться твердым отложениям кремневой кислоты. Возможно только образование рассыпчатого талька.

Солесодержание воды и общая щелочность не имеют конкретных нормированных значений. Эти величины связаны между собой двумя показателями. Это относительная щелочность питательной воды и величина непрерывной продувки парового котла.

Некоторые производители котлов также в требованиях к питательной воде указывают, что значение связанной углекислоты в воде должно быть менее 25 мг/л. Это означает, что общая щелочность питательной воды должна быть не более 0,6 мг-экв/л.

Для примера рассмотрим ВХР парового котла низкого давления. В качестве источника водоснабжения вода из поверхностного источника.

Для соответствия требованиям исходную (подпиточную) воду необходимо предварительно профильтровать через зернистую загрузку. Современные загрузки могут обеспечивать рейтинг фильтрации до 20 мкм, это означает, что из воды будут удалены все частицы размером более 20 мкм. Таким образом, в воде останется вся органика, которая распадется в котле и может вызывать как накипь, так и вспенивание котловой воды. Тем не менее коагуляция воды не предусматривается для котлов низкого давления из-за сложности проведения данного процесса.

Затем осветленную (подпиточную) воду пропускают через Na-катионитовый фильтр. Проходя через катионит, в воде происходит замещение двухвалентных ионов Ca и Mg на одновалентный ион Na. Количество ионов в данном процессе не меняется, но ионы жесткости, вызывающие накипеобразование в котле, замещаются на ионы натрия. В этом процессе не меняется анионный состав воды. Соответственно, после установки Na-катионирования ионный состав воды будет состоять из бикарбоната натрия, хлорида натрия и сульфата натрия.

Значение рН воды сразу после Na-катионирования не меняется, т.к. не меняется соотношение между бикарбонат-ионом и свободной углекислотой.

Для того чтобы получить глубокоумягченную воду Na-катионирование воды осуществляют в две ступени.

Затем умягченную (подпиточную) воду направляют в колонку термического деаэратора. В колонке деаэратора производится отгонка кислорода и свободной углекислоты из подпиточной воды. Эффективность данного процесса фактически определяет эффективность всего ВХР котельной. Дело в том, что значение рН воды определяется соотношением различных форм угольной кислоты. В деаэраторной колонке происходит отгонка свободной углекислоты, но при этом остается бикарбонат-ион (связанная форма углекислоты). В результате соотношение между бикарбонат-ионом и свободной углекислотой увеличивается и значение рН воды растет и при надлежащей работе деаэраторной колонки достигает 8,4—8,5. Таким образом, в деаэрированной воде не должно быть не только кислорода, но и свободной углекислоты.

В случае возврата конденсата подпиточная вода смешивается с конденсатом в деаэраторной колонке. Данная вода является питательной водой для парового котла. Возвращаемый конденсат также должен соответствовать требованиям к питательной воде.