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

Корректор Сергей Ким

© Иван Тихонов, 2022

ISBN 978-5-0056-3826-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

В статье по возможности просто (как представляется автору) представлены основы водно-химического режима жаротрубных паровых котлов низкого давления.

Водно-химический режим (ВХР) парового котла – это эксплуатирующийся комплекс технологических решений, направленных на обеспечение безаварийной и эффективной работы парового котла.

На самом деле достичь эффективного режима работы парового котла довольно просто. Для начала главное не утонуть в неверной и малоэффективной (а иногда и вредной) информации, которой в настоящее время заполнено информационное пространство.

Для начала пару слов о воде. Вода обладает свойством входить в состояние равновесия с окружающей ее системой или с окружающими ее условиями. Т.е. вода в реке контактирует с воздухом, с землей, подземными водами, а также поверхностным стоком. В результате достигается некое равновесие между водой и окружающими ее условиями. В процессе достижения этого равновесия вода может растворять в себе различные вещества. К примеру, вода насыщается углекислотой из воздуха или от процессов окисления органики (гниения). В результате вода получает кислую реакцию и начинает растворять известняк. Растворяя известняк, вода насыщается бикарбонатом кальция при этом увеличивая значение рН. Поэтому в воде содержатся различные типы ионов и она при этом имеет сложный газовый состав. И все это находится в равновесии для данных окружающих условий. Если, к примеру, вы посчитаете индекс Ланжелье для полноводной реки, то окажется, что он всегда будет около нуля.

Теперь представьте, что данная вода попадает в котел. Окружающие условия меняются. Вода нагревается, начинает кипеть, из нее активно начинают удаляться все газы, включая углекислоту. В результате достижения нового равновесия для данных окружающих условий вода начинает выделять из себя ионы и органику в виде накипи и шлама. При этом, нагреваясь, увеличивается подвижность кислорода и, значит, увеличивается коррозионная активность.

Соответственно, задача водоподготовки – обеспечить подготовку воды таким образом, чтобы в условиях парового котла вода не вызывала коррозии оборудования и не выделяла накипь и при этом определяла высокую энергетическую эффективность работы котла.

Котлы разделяются по давлению пара. Для котлов высокого давления требования к воде очень высокие. Но за выполнениями этих требований следит целая команда специалистов. А как быть небольшому предприятию с паровым котлом низкого давления? Создавать химическую службу ради одного котла довольно затратно. Рынок аутсорсинга на этом направлении, по крайней мере в России, отсутствует.

Проблема усугубляется еще и тем, что требования к котлам низкого давления во многом схожи с котлами высокого давления. Явно прослеживается тенденция того, что требования для котлов низкого давления были просто переписаны с котлов высокого давления (за исключением требований к качеству пара).

В результате получаем очень высокие требования к организации ВХР котельной, но на практике для небольших предприятий неэнергетического профиля наблюдаем почти полное отсутствие такового.

При этом наблюдается следующий процесс. Около 80% котельных низкого давления вообще работают без водоподготовки или с «некой» водоподготовкой, когда, как говорится, лучше уж без нее. Причем иногда котел, работающий вообще без водоподготовки, может относительно неплохо эксплуатироваться, а с водоподготовкой выходит из строя. В конце концов при отсутствии надлежащей эксплуатации успешность работы котла зависит от источника водоснабжения и качества и доли возврата конденсата.

В этих условиях я хотел бы обозначить основные принципы, при которых паровой котел низкого давления может довольно успешно работать, при этом не требовать к себе «избыточного» внимания.

Прежде всего необходимо понять, что происходит с водой в паровом котле. В котле из воды начинает эффективно удаляться углекислота с паром. В результате в воде начинают появляться карбонаты. Поэтому из воды выделяется карбонат кальция в виде накипи. Этот процесс происходит в первую очередь. Если в воде присутствуют сульфаты, то возможно выпадение в осадок сульфата кальция (гипса), т.к. котловая вода упаривается и увеличивается концентрация сульфатов и остальных солей. Но выпадение гипса происходит довольно редко (только в случаях их большой концентрации в источнике водоснабжения в условиях отсутствия системы водоподготовки). Т.к. если в воде присутствует кальций, то большая его часть выпадает в осадок с карбонатами и на сульфаты его просто не хватает. Тем не менее в воде также содержится магний, который также будет выпадать в осадок с сульфатами и гидратами.

Выпадение гипса в котле возможно еще по причине дозирования в питательную воду сульфита натрия с целью связывания кислорода. В результате в воде увеличивается концентрация сульфатов и, если установка умягчения перестает работать и в воде появляется достаточное количество кальция, возможно выпадение как карбоната, так и сульфата кальция.

Поэтому самое главное, что необходимо сделать для подготовки воды – это произвести ее умягчение. В результате в воде появятся ионы натрия вместо кальция и магния. Ионы натрия не будут выпадать в осадок, и при удалении из воды углекислоты в воде будет получаться карбонат натрия (сода), а не карбонат кальция. В котле будет происходить гидролиз карбоната натрия с образованием гидрата (ОН). В результате рН воды в котле повысится. Это и есть самое главное преимущество предварительно умягченной воды.

Котловая вода в этом случае будет иметь высокое значение рН. Если в такую воду попадет кальций, он сразу будет переведен в шлам. Не в накипь, а именно в шлам. И его можно будет удалить с периодической продувкой. Если в такую воду попадет углекислота, она сразу будет переведена в бикарбонат и отогнана с паром. Т.е. котловая вода, образованная из умягченной питательной воды, является своего рода защитным буфером котла. Проскок солей жесткости она переводит в шлам, а углекислоту нейтрализует и удаляет с паром. В этом случае возможна только кислородная коррозия. Большим плюсом также является то, что если в котловой воде содержится гидрат, то кремнекислота полностью диссоциирует и не дает накипи либо выделяется в виде удаляемого шлама.