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

Питательная вода, попадая в котел, начинает упариваться. В результате отвода пара в котловой воде постоянно возрастает солесодержание. Часть котловой воды отводят через непрерывную и периодическую продувку, тем самым поддерживая солесодержание котловой воды на уровне не более 3000 мг/л. Существует требование, чтобы непрерывная продувка парового котла была не более 10% от его паропроизводительности. Это означает, что солесодержание питательной воды должно быть не более 300 мг/л. Если солесодержание подпиточной воды после натрия катионирования более 300 мг/л, то необходимо предусмотреть установку обессоливания в структуре системы водоподготовки. Если при смешении подпиточной воды с солесодержанием более 300 мг/л и конденсата получается питательная вода с солесодержание ниже 300 мг/л, условно такой водой можно питать паровой котел и не требуется уменьшать солесодержание подпиточной воды.

На самом деле такой ВХР является довольно неэффективным и аварийным, но используется повсеместно из-за простоты и дешевизны применяемых технологий.

Дело в том, что такой ВХР не учитывает такой показатель, как связанная углекислота. Связанная углекислота (бикарбонат-ион) в питательной воде в котле переходит в свободную углекислоту и выносится с паром, а затем переходит в конденсат. Углекислота в свободной форме в конденсате вызывает активную коррозию пароконденсатного тракта и оборудования. Возвращаемый конденсат содержит большое количество растворенного железа до 2 и более мг/л. Для котельных низкого давления, исходя из стоимости и сложности процесса, не предусматривается конденсатоочистка. Соответственно, железо из конденсата с питательной водой попадает в котел, где упаривается и выпадает в осадок. Эксплуатация котельной с таким режимом вызывает значительные сложности, вызванные постоянными выходами из строя измерительных электродов, уровнемерных стекол, засорением питательных и продувочных линий котла и т. п.

Связанная углекислота (бикарбонат-ион) должна быть учтена в требованиях к питательной воде и ее значение в питательной воде должно быть не более 0,6 мг-экв/л. Это обстоятельство требует либо большой доли возврата конденсата, либо применения технологий уменьшения щелочности в подпиточной воде. Для этого может применяться установка H-катионирования воды. Но практика показала, что в паровых котельных низкого давления эксплуатация подобных установок практически нереальна. Требуется тщательный контроль над подобными установками, и существует большая вероятность коррозионных повреждений котла и питательного тракта.

В итоге можно сказать, к достоинствам ВХР котельной с Na-катионированием можно отнести простоту и дешевизну водоподготовки, а к недостаткам образование большого количества сложноутилизируемых сточных вод, значительные потери тепла с продувками котла, значительную коррозию оборудования и трубопроводов пароконденсатного тракта.

Практически всех этих недостатков лишен ВХР котельной с использованием обратноосмотической технологии обессоливания воды. Данная технология позволяет обессолить подпиточную воду, не используя химического преобразования вещества воды. По сути, это физический метод обессоливания воды. Основной недостаток системы обратноосмотического обессоливания – это образование большого количества слабоминерализованных сточных вод. По сути, исходная вода при помощи полупроницаемой мембраны делится на два потока пермеат и концентрат. Пермеат – обессоленная вода, концентрат – вода с повышенным солесодержанием, сбрасываемая в канализацию. Процесс обессоливания воды идет таким образом, что в пермеате остаются соли в количестве не более 1—5% от исходного солесодержания воды. В результате солесодержание пермеата составляет в среднем от 5 до 20 мг/л и, что особенно важно, содержание бикарбонат-иона в пермеате составляет от 0,05 до 0,3 мг-экв/л.

Таким образом, обратный осмос обеспечивает при любых долях возврата конденсата практически отсутствие потерь тепла с непрерывной продувкой котла, а также минимальное содержание углекислоты в паре и конденсате.

Тем не менее необходимо разобраться, какие технологические особенности будут присутствовать в ВХР котельной при использовании систем обратного осмоса.

Первый опыт автора в эксплуатации обратного осмоса в паровой котельной был неудачен, но он показал, как правильно организовать технологическую схему водоподготовки в дальнейшем. Дело в том, что в процессе реконструкции паровой котельной с котлами ДЕ и ДКВр предполагалось заметить Na-катионирование воды на обратноосмотическое обессоливание воды. Замена была произведена, и через полгода паровой котел ДЕ 6,5—14 потребовал капремонта. Были обнаружены многочисленные дыры в трубном пучке котла. Для того чтобы понять, чем вызвана такая активная коррозия котла, необходимо разобраться, как себя ведет в воде свободная угольная кислота и кислород на каждом этапе водоподготовки.

Надо сказать, что в котельной отсутствовала деаэрация воды. Вода после обратноосмотического обессоливания направлялась в бак запаса воды с паровым барботажем. Температура воды в баке поддерживалась на уровне 75—80 0С для предупреждения запаривания питательных насосов. Таким образом, вся свободная углекислота и кислород в исходной воде попадали в бак запаса воды. В баке нет условий для эффективной отгонки этих газов, и они в количестве значительно больше нормативного попадали в котел. В котле происходила интенсивная углекислотная и кислородная коррозия. Но возникает вопрос, почему до установки обратного осмоса котел проработал на Na-катионировании 8 лет и не требовал ремонта в тех же условиях отсутствия надлежащей деаэрации. Дело в том, что Na-катионированная вода при отгонке из нее углекислого газа увеличивает свое значение рН (1). Чем интенсивнее отгонка углекислоты, тем выше значение рН за счет образования NaOH. Данное условие полностью исключает протекание углекислотной коррозии в котле и частично уменьшает протекание кислородной коррозии.

NaHCO 3 ⇿ NaOH+CO 2 газ ⠀⠀ (1)

Как видно, бикарбонат натрия в котловой воде переходит в едкий натр и повышает рН котловой воды.

Если использовать для водоподготовки только систему обратноосмотического обессоливания, то формально значение жесткости пермеата может быть меньше, чем 0,02 мг-экв/л, но в такой воде будет практически отсутствовать бикарбонат натрия, будет присутствовать только бикарбонат кальция. При кипении такой воды значение рН котловой воды не будет выше 8,5. Гидроксил-ион не образовывается.

Ca (HCO 3) 2 ⇿ CaCO 3 (осадок)+H 2CO 3 ⠀⠀ (2)

Как видно, в котле бикарбонат кальция выпадает в осадок в виде карбоната кальция с образованием растворенной формы углекислоты. Происходит отгон углекислоты, но при этом значение рН котловой воды не поднимается выше 8,5—8,8. Когда в котел попадает питательная вода с низким значением рН, то происходит интенсивная углекислотная коррозия котла при высоких температурах. Т.к. в котле нет гидратов для того, чтобы связать углекислоту в бикарбонат (уравнение 1), поступающую с питательной водой.