Норма жесткости воды для котельной

Качество воды для промышленных водогрейных котлов

Вода в природе в чистом виде не встречается, поскольку для многих веществ служит универсальным растворителем. Исключить из нее небезопасные для оборудования компоненты можно при помощи предварительной обработки. Нормы качества воды для водогрейных котлов составлены с учетом заданных температур на входе и выходе.

О водно-химическом режиме

Надежность и долговечность котлового оборудования зависит от качества исходной жидкости. Высокое солесодержание питательной воды приводит к образованию накипи на приборах. 2-3-миллиметровый слой отложений в некоторых разновидностях агрегатов может вызвать увеличение расхода топлива на 2-4%.

Цель достигается путем:

  • предварительной водоподготовки;
  • добавления химреагентов, связывающих накипеобразователи в соединения, которые можно впоследствии удалить продувкой.

Способ обработки воды выбирается в зависимости от ее качества с учетом его экономичности и трудоемкости.

Для контроля соблюдения режима составляются карты. В них вносятся отметки после каждого осмотра оборудования и трубопроводов. Срок действия такого документа — 3 года.

Советы для предприятия

При изготовлении промышленных котлов производителям следует позаботиться о простоте их обслуживания. Одним из важнейших требований является возможность полного дренирования рабочих контуров.

На период простоя предусматривается один из трех вариантов защиты от коррозии:

  1. Сушка внутренних стенок после дренирования оборудования.
  2. Заполнение устройства водой.
  3. Обработка отключенного контура реагентами, образующими на поверхности металла защитную пленку.

В агрегате должна предусматриваться возможность беспрепятственной промывки циркуляционных схем со скоростью движения жидкости на 30% выше номинальной.

Для осуществления операции по заливке консерванта в котел его необходимо оснастить штуцерами:

  1. Подвода рабочего раствора. Их располагают в местах, обеспечивающих полное заполнение системы.
  2. Удаления воздуха. Размещают на вершине контура.
  3. Для отбора проб содержимого. Условный проход — 13 мм, место установки — сразу после запорной арматуры на входе и выходе.

Каждая модель оборудуется пробоотборником согласно действующим методическим указаниям и отраслевым стандартам.

Все части котла перед отправкой потребителю консервируются.

Жесткость и прочие параметры

Качество котловой воды оценивается по следующим показателям:

  • щелочность: суммарная концентрация едкого натра, кальцинированной соды и пр.;
  • окисляемость: содержание кислорода, двуокиси углерода;
  • прозрачность: присутствие взвешенных частиц.

Большое влияние на долговечность оборудования оказывает жесткость жидкости. Этот параметр зависит от количества солей магния и кальция, растворенных в воде. Они и провоцируют образование накипи. Общая жесткость является суммой временной и постоянной.

Уровень первой зависит от количества бикарбонатов магния и кальция, а второй — от содержания всех солей, кроме двууглекислых.

Нормы жесткости зависят от вида топлива. Пределы значений этого показателя для паровых котлов, функционирующих на мазуте, — 30 мкг/кг, на твердом энергоносителе — 100 мкг/кг.

Таблица нормы содержания различных веществ

Требования к качеству водяного теплоносителя зависят от назначения котла, типа топлива и разновидности системы.

Параметр Открытые Закрытые
Для теплоснабжения, на топливе Установленные на ТЭС Для теплоснабжения Установленные на ТЭС
Твердом Жидком Твердом Жидком
Прозрачность, см, не выше 40 40 40 30 30 30
Карбонатная жесткость (при pH до 8,5), мкг/кг 800 700 400 800 700 400
Растворенный кислород, мкг/кг 50 50 50 50 50 50
Соединения железа, мкг/кг 300 600 500 500
pH 7,0-8,5 8,3-9,0 7,0-11,0 8,3-9,5
нефтепродукты 1,0 0,3 1,0
Свободная углекислота Не допускается
Соединения меди, мкг/кг 5

Непосредственная присадка в жидкость гидразина и других токсичных веществ запрещена.

После силикатной обработки воды двуокиси кремния в ней не должно быть выше 30 мг/кг.

Приготовление раствора

Параметры воды на соответствие нормативам проверяются в лаборатории. Контроль осуществляют при помощи специальных растворов. Готовятся они на основе дистиллированной жидкости. Исходным веществом служат кислоты (серная и соляная), квасцы, щелочи и т. д.

Проверку нормальности раствора осуществляют расчетным путем по формуле H = v * h / V, где:

  • h — параметр эталона;
  • v — его объем, мл;
  • V — количество испытуемого образца, мл.

Раствор с установленной нормальностью разбавляют дистиллированной водой до нужной концентрации.

По правилам техники безопасности во время приготовления рабочих составов кислоты льют в жидкость, а не наоборот.

Вывод

Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов относятся к оборудованию с отсутствием пристенного кипения теплоносителя. Для контроля ее параметров пользуются стационарными приборами. Они необходимы для оценки скважин, поскольку в них содержится большое количество примесей. Но в некоторых случаях допускается заменять их портативными (например, при использовании обыкновенной воды из-под крана). Ее проверяют только на жесткость, а с этой задачей справляется солемер или кондуктометр.

Требования к качеству питательной воды для питания паровых и водогрейных котлов

При себестоимости производства 1 литра спирта в 12 рублей спиртзавод продает его по цене в 70 рублей за литр. Разница присваивается через подконтрольных перевозчиков и сбытовиков. При этом полная переработка отходов барды практически отсутствует, в результате загрязняется среда обитания ,а государство недополучает миллиарды рублей НДСа от продажи полностью переработанной барды. За сброс непераработанной барды они также не платят в бюджет ни копейки пора с этим кончать Мы покончим с олигархами и проведем национализацию спиртовой в интересах народа и наших детей

Топливо для котельных агрегатов

Котельные установки с паровыми и водогрейными котлами и их компоновка

Вода для питания паровых и водогрейных котлов

Требования к качеству питательной воды котельных

Тепловой баланс котельных агрегатов

Характеристика природных вод

Надежная и экономичная работа паровых и водогрейных котлов котельной установки в значительной степени зависит от качества питательной воды, применяемой для питания котлов.

Источниками водоснабжения для питания котлов могут служить пруды, реки, озера (поверхностный водозабор), а также грунтовые или артезианские воды, городской или поселковый водопровод. Природные воды, обычно содержат примеси в виде растворенных солей, коллоидные и механические примеси, поэтому непригодны для питания паровых котлов без предварительной очистки.

Водные растворы твердых веществ. Твердые вещества, содержащиеся в воде, разделяют на механически взвешенные примеси, состоящие из минеральных и иногда органических частиц, коллоидно-растворенные вещества и истинно растворенные вещества. Количество вещества, растворенного в единице раствора (воде), определяет концентрацию раствора и обычно выражается в миллиграммах на килограмм раствора (мг/кг).

Вода, как и всякая жидкость, может растворять только определенное количество того или иного вещества, образуя при этом насыщенный раствор, а избыточное количество вещества остается в нерастворенном состоянии и выпадает в осадок.

Различают вещества, хорошо и плохо растворимые в воде. К веществам, хорошо растворимым в воде, относят хлориды (соли хлористоводородной кислоты) СаС12, М g С12, КаС1, к плохо растворимым — сульфиды (соли серной кислоты) СаSО4, МgSО4, N3SO4 и силикаты (соли кремниевой кислоты) СаSiO3, МgSiO3. Присутствие сульфидов и силикатов в воде приводит к образованию твердой накипи на поверхности нагрева котлов.

Растворимость веществ зависит от температуры жидкости, в которой они растворяются. Различают вещества, у которых растворимость увеличивается с ростом температуры, например СаС12, МgС12, Мg(NO3)2, Са(NO3)2, и у которых уменьшается, например СаSО4, СаSiO3, МgSiO3.

В частности, при нагревании воды до 70 — 75°С начинается термический распад хорошо растворимых бикарбонатов кальция и магния с переходом в плохо растворимые карбонаты и гидраты по реакциям:

При дальнейшем нагреве воды в паровом котле до 200°С и выше могут возникнуть и другие реакции, например

Большинство твердых веществ, растворимых в воде, предста­вляет собой электролиты, т. е. вещества, молекулы которых в водной среде распадаются на ионы, атомы или группу атомов, несущих электрический заряд. Молекула электролита распадается на два иона. Один из них имеет положительный заряд, называется катионом и обозначается знаком « + », другой имеет отрицательный заряд, называется анионом и обозначается знаком « — ». Металлы, входящие в молекулу электролита (магний Мg, кальций Са, железо Fе), становятся катионами, а металлоиды (хлор С1, сера S) — анионами. При этом вода как электролит является всегда электрически нейтральной, поскольку сумма положительно заряженных ионов — катионов всегда равна сумме отрицательно заряженных ионов — анионов.

Обычно в природной воде присутствуют катионы Са 2+ , Мg 2+ + Nа, Fе 2+ и анионы НСОз‾ + Сl‾, SO2‾ , Si3². В слабых раство­рах на ионы распадается все количество электролита, растворенное в воде, в более концентрированных растворах — только часть растворенного электролита. Количество растворенного в воде электро­лита называется степенью электролитической диссоциации.

Газовые растворы. В неочищенной, так называемой сырой воде, обычно растворены азот, кислород, двуокись углерода и сероводо­род. Все они нежелательны, но особенно вредными являются коррозионно-активные газы: кислород и двуокись углерода. Кислород, попавший в котельный агрегат и трубопроводы, непосредственно вступает в реакцию с металлом. Газы имеют различную растворимость, которая всегда уменьшается с повышением температуры жидкости. При температуре кипения жидкости газы полностью теряют способность растворяться. Степень растворимости в воде при атмосферном давлении кислорода, двуокиси углерода и сероводорода приведена в табл. 1.

Таблица 1. Содержание растворенных газов, мк/кг, в зависимости от температуры жидкости.

Требования к воде и пару

Требования к воде и пару

Вода, используемая в парогенераторах и водогрейных котлах, в зависимости от участка технологической цепи, на котором она используется, носит различные названия. Вода, поступающая в котельный цех от различных источников водоснабжения, называется исходной или сырой водой. Эта вода, как правило, поступает для предварительной химической подготовки перед использованием ее для питания парогенераторов и водогрейных котлов.

Вода, поступающая для питания парогенераторов и предназначенная для восполнения испарившейся воды, называется питательной водой, а для восполнения потерь или расходов воды в тепловых сетях — подпиточной водой. Котловой водой называют воду в котле, из которой получается пар.

Пар, получаемый в промышленных котлах, направляется в различные теплоиспользующие аппараты, конденсат из которых возвращается не полностью. Кроме того, часть пара и воды при наличии неплотностей теряется. В связи с этим необходимо систематически добавлять некоторое количество воды извне. В водогрейные котлы также приходится добавлять некоторое количество воды из-за ее утечек в системе теплоснабжения или использования потребителями.

Лучшей для питания котлов является вода, получаемая при конденсации пара, так как в ней содержится незначительное количество загрязняющих ее веществ. Вода, получаемая из различных источников водоснабжения, всегда хуже конденсата. Поэтому сырую воду перед использованием для питания котлов или подпитки тепловых сетей предварительно обрабатывают с целью улучшения ее качества.

Качество сырой, питательной, подпиточной и котловой воды характеризуют сухим остатком, общим солесодержанием, жесткостью, щелочностью, содержанием кремниевой кислоты, концентрацией водородных ионов и содержанием коррозионно-активных газов.

Читайте также  Расстояние от жилого дома до бани нормы

Сухим остатком называется содержание растворенных и коллоидных неорганических и органических твердых примесей, выраженное в мг/кг или мкг/кг. Сухой остаток определяется выпариванием воды, профильтрованной плотным бумажным фильтром, с последующей сушкой остатка при температуре 110 °С.

Общее солесодержание характеризует суммарное содержание минеральных веществ, растворенных в данной воде, выраженное в мг/кг или мкг/кг.

Общей жесткостью воды называют суммарное содержание в воде солей магния и кальция. Различают карбонатную жесткость, обусловленную растворенными в воде солями кальция [Са(НС03)2] и магния [Mg(HC03)2], и некарбонатную, обусловленную всеми остальными солями кальция и магния (CaS04, MgS04, СаС12, MgCl2 и др.).

Общая жесткость разделяется на временную и постоянную. Временная жесткость, обусловленная содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния Са(НС03)2 и Mg(HC03)2, устраняется при кипении воды. Постоянная жесткость обусловлена содержанием в воде солей магния и кальция, кроме двууглекислых. Жесткость воды выражается концентрацией соответствующих ионов растворенных веществ, выраженной в эквивалентных единицах — микрограмм-эквивалент на килограмм (мкг-экв/кг) или миллиграмм-эквивалент на килограмм (мг-экв/кг). При этом 1 мкг-экв/кг=0,0005 ммоль/кг.

Щелочностью воды называют суммарное содержание в ней гидроксильных, карбонатных, бикарбонатных и других анионов. В зависимости от содержания анионов, характеризующих щелочность, различают: гидратную щелочность, обусловленную концентрацией гидроксильных анионов; карбонатную, обусловленную концентрацией карбонатных анионов; бикарбонатную, обусловленную концентрацией бикарбонатных анионов. Щелочность измеряется в мкг-экв/кг или мг-экв/кг.

Кремнесодержанием называют суммарную концентрацию в воде различных соединений кремния, которые могут находиться как в молекулярной, так и в коллоидной формах. Кремнесодержание условно пересчитывают на Si02 и выражают в мкг/кг или мг/кг.

Весьма важное значение имеет показатель pH, характеризующий концентрацию в воде водородных ионов. В воде происходит непрерывный обратимый процесс диссоциации молекул воды на ионы водорода Н + и гидроксильные ионы ОН — . Одновременно диссоциирует весьма небольшое число молекул (около десятимиллионной части всех молекул). Однако в результате диссоциации в воде находится определенное равновесное число ионов водорода Н + и гидроксильных ионов ОН — . В чистой воде концентрация водородных ионов всегда равна концентрации гидроксильных ионов. При наличии в воде растворенных веществ указанное равенство нарушается. Концентрация водородных ионов в химически чистой воде при температуре 22 °С равна 10-7. Концентрацию водородных иолов в воде принято выражать десятичным логарифмом этого числа, взятым с обратным знаком, и обозначать pH. Следовательно, для абсолютно чистой воды pH = 7. При pH, меньшем 7, концентрация ионов водорода увеличивается, что свидетельствует о кислой реакции воды. Для воды, содержащей растворенные щелочи. pH больше 7.

Коррозионно-активными газами, содержащимися в воде, являются кислород и углекислый газ. Содержание их в воде выражается в мкг/кг или мг/кг.

В соответствии с правилами Госгортехнадзора к питательной воде котлов, имеющих естественную циркуляцию при давлении до 4 МПа, и к подпиточной воде водогрейных котлов применяются определенные требования к воде и пару. Нормы качества питательной воды для парогенераторов при докотловой обработке в соответствии с ГОСТ 20995-75 приведены в табл. 6-1.

Нормам качества подпиточной воды для тепловых сетей соответствуют требования к воде и пару СНиП 11-36-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования» приведены в табл. 6-2.

Требования к воде и пару предъявляются при питании котельных агрегатов химически очищенной водой малой жесткости когда возможно отложение накипи на поверхностях нагрева. Поэтому применяют коррекционный метод обработки, вводя в котловую воду специальные реагенты, называемые коррекционными веществами. В качестве коррекционных веществ в котловую воду экранированных котлов вводятся фосфаты.

Ввод фосфатов служит также для предупреждения межкристаллитной коррозии. Для паровых котлов давлением более 1,6 МПа рекомендуется солефосфатный режим, при котором в котловой воде допускается наличие определенного избытка щелочей наряду с фосфатами, сульфатами и хлоридами. Эти соединения оказывают положительное воздействие на металлы, так как они, имея ограниченную растворимость при высоких температурах, при упаривании котловой воды выпадают в оса­док и закупоривают неплотности в котле. Избыток фосфатов в котловой воде с одной ступенью испарения должен быть при солефосфатном режиме не менее 10 и не более 20 мг/кг; для котлов со ступенчатым испарением по чистому отсеку не менее 10 и по солевому отсеку — не более 75 мг/кг.

В последнее время наряду с фосфатированием для барабанных паровых котлов предъявляются требования к воде и пару и рекомендуется комплексонный водный режим, разработанный Т. А. Моргуловой. При этом режиме в питательную воду вводится определенная доза этилендиаминтетра — уксусной кислоты (ЭДТА) или ее двухзамещенной натриевой соли, называемой трилоном Б. Эти соединения способны образовывать растворимые в воде комплексы со всеми накипеобразующими катионами, включая железо, при значениях pH воды не выше 9,5. Комплексно должен вводиться в питательную воду перед питательным насосом. Весь тракт дозирования должен быть выполнен из нержавеющей стали. Концентрация дозируемого раствора не должна превышать 15 мг/кг.

Пар, получаемый в котле, должен быть чистым во избежание отложения накипи на внутренней поверхности труб пароперегревателя н теплообменных аппаратов. Качество пара, получаемого в котлах, зависит от его влажности и концентрации загрязняющих котловую воду веществ.

Влажный пар характеризуется влажностью и солесодержанием. Влажностью называют массовую долю влаги, содержащейся в насыщенном паре. Под солесодержанием пара понимают отношение (мг/кг)

Качество насыщенного и перегретого пара в соответствии с ГОСТ 20995-75 должно отвечать нормам, приведенным в табл. 6-3.

Для снижения влажности пара применяются паросепарационные устройства, описанные в § 6-6. Для уменьшения содержания веществ, загрязняющих котловую воду, производится продувка, т. е. удаление части котловой воды и замена ее питательной водой. Содержание загрязняющих веществ в котловой воде тем меньше, чем больше при прочих равных условиях продувка.

Различают продувку непрерывную и периодическую. Непрерывная продувка производится без перерывов в течение всего времени работы котла, а периодическая — кратковременно через большие промежутки времени. В результате периодической продувки из котла вместе с небольшим количеством котловой воды удаляют осевший шлам, который образуется из веществ, кристаллизующихся в объеме котловой воды. Периодическую продувку производят из нижних точек (нижний барабан и нижние коллекторы экранов). Непрерывная продувка обеспечивает равномерное удаление из верхнего барабана растворенных в котловой воде солей. С непрерывной продувкой теряется значительное количество теплоты. При давлении пара 1,0-1,4 МПа каждый процент неиспользуемой продувки увеличивает расход топлива примерно на 0,3%. Использование теплоты непрерывной продувки возможно в системе отопления, в водяных тепловых сетях для подпитки или в специально устанавливаемых сепараторах (расширителях) для получения вторичного пара. Однако использование теплоты продувочной воды не означает, что продувка может быть большой. Следует учитывать, что котловая вода имеет более высокий тепловой потенциал по сравнению с водой, используемой в сепараторе (расширителе) продувки. Поэтому необходимо всемерно снижать продувку.

Одним из наиболее эффективных методов снижения потерь котловой воды с продувкой является ступенчатое испарение. Ступенчатое испарение заключается в том, что в водяном объ­еме котла создают зоны с различным содержанием солей в котловой воде. Это достигается разделением водяного объема барабана котла с его поверхностями нагрева на отдельные отсеки. При этом продувка производится из отсека с наиболее высоким содержанием солей, а отбор основной массы пара, направляемого в пароперегреватель, производят из отсека с наименьшей концентрацией солей в котловой воде.

Простейшим является двухступенчатое испарение, сущность которого заключается в следующем. Водяной объем верхнего барабана разделяется перегородкой с отверстием на два отсека (рис. 6-4): чистый 6 и солевой 2. Питательная вода поступает в чистый отсек, а солевой питается из чистого через отверстие в перегородке 3. В чистом отсеке образуется примерно 80 % пара, а в солевом -20%. Следовательно, из чистого отсека в солевой поступает 20 % воды, которая для чистого отсека является продувочной.

При такой продувке содержание солей в чистом отсеке крайне мало и из него получается пар весьма хорошего качества. В солевом отсеке поддерживается высокое содержание солей за счет малой продувки и, следовательно, получаемый из него пар имеет высокое солесодержание. Однако из пара, выдаваемого солевым отсеком, стремятся удалить капельки котловой воды, пропуская пар через сепарирующие устройства и затем в паровое пространство чистого отсека. При прохождении через это пространство пар солевого отсека дополнительно очищается. В результате качество пара, выдаваемого котлом, определяется содержанием солей в котловой воде чистого отсека. Конструктивно ступенчатое испарение в котлах выполняют с расположением солевых отсеков непосредственно в верхнем барабане или устанавливают выносные циклоны. Чаще всего на вторую ступень испарения включают боковые экраны котла.

Режим продувки и качество котловой воды устанавливаются путем специальных теплохимических испытаний. Предельные значения солесодержания котловой воды, рекомендуемые заводами-изготовителями котлов, приведены в табл. 6-4.

Жесткость воды для котлов

Поступающая на котельные установки вода называется сырой, или исходной. Это термин подразумевает, что она нуждается в дополнительной подготовке (очистке, умягчении, дегазации и т.д.). Избыточная жесткость воды котлов — одна из самых серьезных угроз для котлового оборудования, насосов и водопроводов. В отличие от механических примесей, от растворенных в воде карбонатов и других солей избавиться обычной фильтрацией не получится. Необходимы специальные установки для умягчения.

Что такое жесткость воды для котлов

В теплоэнергетике под жесткостью воды подразумевается процентное содержание в ней солей кальция и магния. На жесткость для котлов проверяются все категории воды — питательная, подпиточная, котловая. Но в первую очередь водоподготовка производится для сырой воды, которая затем направляется на разные нужды котельного хозяйства.

Жесткость делят на три категории:

  1. Жк — карбонатная;
  2. Жнк — некарбонатная;
  3. Жо — общая.

По параметру Жк вода характеризуется наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Снизить жесткость воды на котельной можно путем предварительного нагревания воды. При повышении температуры растворимые карбонаты выпадают в осадок, образуя химические формы СаСО3, и MgCO3. Осадок удаляется из резервуара водоподготовки после откачки воды в систему питания котла. Такая жесткость называется временной, так как устранить ее достаточно просто.

Некарбонатная жесткость Жнк определяется наличием других солей кальция и магния CaSO4, MgSO4, СаСl2, MgCl2 (продуктов реакций с иными видами кислот, например, сульфатами, фосфатами и т.д.). Это трудноустранимая жесткость, которая называется постоянной или сульфатной.

Общая жесткость Жо — суммарное содержание ионов кальция и магния во всех формах. Эта норма жесткости воды для котлов приводится в нормативных документах, в частности, ГОСТ 20995-75, СанПиН 2.1.4.1074-01, СНиП 11-36-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования», указаны допустимые уровни содержания этих элементов. По исходным параметрам сырой воды, жидкость делится на категории:

  • мягкая — до 2 ммоль/кг;
  • средняя — 2 — 10 ммоль/кг;
  • жесткая — ≥ 10 ммоль/кг.
Читайте также  Норма подпитки водой закрытой системы отопления

В технической литературе используется единица измерения жесткости грамм эквивалента, показывающая, сколько миллиграммов вещества растворено в 1 кг воды. В этих единицах измеряется щелочность воды — содержание едкого натра, кальцинованной соды, тринатрийфосфата и других щелочных соединений, растворимых в воде. По виду загрязнений щелочность делится на гидратную, гидрокарбонатную и карбонатную.

Если общая жесткость воды в котлах и щелочность выходят за пределы нормы, то оборудование находится под угрозой образования накипи и ускорения коррозионных процессов. Это приводит к:

  • закупорке трубопроводов;
  • выходу из строя клапанов;
  • снижению теплоотдачи из-за образовавшегося на стенках котлов и труб осадков;
  • перегрузке насосов;
  • неконтролированному повышению давления.

Для увеличения ресурса оборудования, повышения КПД систем отопления и снижения вероятности нештатных и аварийных ситуаций предназначены установки умягчения воды. Это специальное оборудование, которое предназначено для очистки воды от солей и щелочей. С его помощью снижают жесткость на котельной.

Требования по содержанию карбонатов, сульфатов и других примесей касаются также перегретого пара, использующегося в паровых котлах энергетического и отопительного назначения. Нормы по жесткости для котлов приведены в ГОСТ.

Определение жесткости воды в котельной

Для анализа характеристик котловой воды по жесткости применяются специальные методики, утвержденные на законодательном уровне и описанные в нормативных документах. Проверка воды на соответствие норм жесткости для водогрейных и паровых котлов производится в специальных лабораториях, которые выдают протоколы установленного образца, служащие основанием для организации процесса водоподготовки. Проверяется вода по параметрам:

  • Ph;
  • прозрачности;
  • щелочности всех типов;
  • содержанию хлоридов;
  • наличию общего железа;
  • сульфатность;
  • общую жесткость;
  • наличие нефтепродуктов.

Также могут анализироваться и другие характеристики, например: наличие сухого остатка, количество растворенного кислорода и углекислого газа.

Анализ воды на жесткость в котельных производится разными способами. Общая жесткость исследуется по методике комплексонометрического титрования, при этом используются специальные индикаторы (этиохром «Т», Трилон и другие). Также используются специальные приборы, основным из которых выступает TDS-метр, или солемер. Он работает по принципу измерения электрического сопротивления воды с растворенными в ней солями. Чем ниже концентрация примесей, тем больше сопротивление. Для определения массового содержания примесей используется прибор «АКМС-1», подсчитывающий Жо в мг-экв/литр.

После анализа воды на жесткость для котельных инженеры получают объективную информацию для организации работы станции по таким параметрам:

  • объему продувки котлов;
  • влажности пара;
  • расходу реагентов;
  • глубине очистки;
  • оценке работы оборудования водоподготовки.

Данные из лаборатории позволяют правильно рассчитать вид и необходимую мощность установок деминерализации и умягчения воды, добиться идеального химического состава жидкости для котлов определенного типа.

Как снизить жесткость в котельных

Чтобы уменьшить жесткость в котле, используют:

Первичная обработка сырой воды производится на механических фильтрах промывочного типа. Здесь устраняются достаточно плотные и крупные примеси — песок, глина, ил, коллоидные взвеси. После такой очистки вода не избавляется от растворенных в ней солей и других химических соединений, но ее обработка становиться намного проще.

В процессе дальнейшей водоподготовки для снижения общей жесткости для котлов, жидкость поступает на фильтры-умягчители. Это специальные емкости, в которые засыпают кальцинованную соду, известь или ортофосфат натрия. При прохождении воды через такую засыпку, в ней происходят химические реакции замещения ионов кальция и магния на ионы натрия. При достаточно больших размерах и сравнительно медленной работе таких фильтров удается снизить концентрацию солей до допустимого показателя в 0,01 мг-экв/литр. Натрий-катионный обмен используется как в промышленных установках водоподготовки, так и в ряде фильтров бытового назначения. По результативности и простоте использования умягчительная фильтрация находится на первом месте и входит в число основных способов снижения жесткости воды в водогрейных котлах и котлового оборудования иных типов.

Также используются фильтры, оснащенные электромагнитными излучателями. Воздействие поля позволяет изменить химические свойства примесей на уровне молекул. Соли жесткости кристаллизуются и удаляются посредством фильтрующего элемента. Электромагнитные фильтры активизируют молекулы примесей и способствуют очищению котлов и трубопроводов от уже отложившейся накипи.

Ионообменные смолы

Второй вид фильтров, использующихся для умягчения жесткости воды в котельной — установки на базе твердых смол. Это ионообменные фильтры, которые работают по тому же принципу, что и засыпные, но вместо минеральных материалов в них используются смолы-иониты. Это вещества, которые обладают пористой структурой и способностью вести активный обмен ионами с раствором. Вода, при взаимодействии со смолами, избавляется от железа, кальция, магния. Смолы не растворяются в воде и способны к очистке. После промывки они опять становятся пригодными к использованию.

Ионообменные смолистые фильтры, которые подбирают с учетом результатов анализа жесткости воды в котельной, различаются высокой скоростью работы, компактными размерами и длительным ресурсом. В теплоэнергетике ионный обмен на смолах натриевой группы производится для котельных среднего и небольшого размера и для очистки обратного конденсата. Гелевые и пористые смолы обеспечивают самое лучшее качество воды для отопительных систем при минимальных энергозатратах. Но ионный обмен не может дать того уровня минимальной концентрации, как нанофильтрация и обратный осмос.

Мембранные установки для умягчения жесткости котловой воды

Установки обратного осмоса принадлежат к оборудованию для высокой очистки жидкости. Принцип работы состоит в том, что вода под давлением прокачивается через полупроницаемую мембрану, поры которой пропускают молекулы воды, но задерживают все примеси. К ним относятся и ионы кальция, магния, железа и других элементов. Вода очищается на химическом уровне без применения реагентов.

Самостоятельно обратный осмос для снижения жесткости воды в котельных не применяется — он выполняется только в комплексе с другими методами очистки на финальном этапе. Мембраны очень чувствительные и дорогие, на них можно подавать только предварительно прошедшую механическую очистку и ионообменные процессы воду. После прохождения процесса обратного осмоса, многие промышленные котельные используют дополнительную дегазацию воды и выравнивание кислотно-щелочного баланса.

Фильтры для умягчения жесткой воды

Все типы фильтрации допустимо использовать как основной способ подготовки воды для котельных при большой жесткости воды. Такие фильтры и наполнители к ним можно заказать у нас. Мы поставляем промышленное оборудование и бытовые системы всех моделей. При необходимости спроектируем комплексную систему умягчения воды для котельной любого типа и поставим все необходимые компоненты для ее монтажа и эксплуатации. Заказы принимаются на сайте или по телефону после предварительных консультаций с менеджерами компании.

Водоподготовка для водогрейных жаротрубных котлов

Важность соблюдения водно-химического режима при эксплуатации водогрейного жаротрубного котла обусловлена его конструктивными особенностями. В первую очередь это вызвано высокой плотностью тепловых потоков, проходящих через стенки жаровых труб, которая примерно в 3–4 раза превосходит этот показатель для водотрубных котлов, позволив значительно уменьшить габаритные размеры современных жаротрубных водогрейных котлоагрегатов.

Высокие значения плотности теплового потока, проходящие через нагревательную стенку жаровой трубы, вызывают значительные тепловые нагрузки. Если не производить интенсивный съем тепла за счет его передачи нагреваемой воде, произойдет перегрев жаровых труб, который опасен тем, что может привести к вздутию стенки, ее деформации или искривлению жаровой трубы.

Обычно жаровые трубы изготовляются из углеродистых сталей. Такие марки сталей чаще всего не содержат легирующих компонентов. Преимущественно для жаровых труб применяют низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25 %. Эти материалы достаточно устойчивы к высоким температурным нагрузкам и при правильной эксплуатации могут прослужить более десятка лет. Однако жаровые трубы из низкоуглеродистых марок сталей очень чувствительны к перегреву. Их перегрев часто может возникнуть вследствие недостаточного съема тепла, который возникает при образовании слоя накипи или минерального отложения. В этом случае не только замедляется нагрев воды, но и резко повышается температура металлической стенки. Зачастую возникающие термические сопротивления так воздействуют на материал стенки, что большинство марок углеродистых сталей не может их выдержать. Как показали практические наблюдения, слой минеральных отложений на жаровой трубе толщиной в 1 мм увеличивает t стенки на 100–120 о С. При толщине слоя отложений уже в 3 мм температура поверхности металлической жаровой трубы может достигать более 500 о С. В этих условиях углеродистая сталь обычно теряет прочность, и возникает опасность разрыва жаровой трубы.

Основной составляющей как накипи, так и минеральных отложений являются карбонаты, сульфаты, силикаты и фосфаты кальция и магния. В исходной воде из водоисточника соли кальция и магния (содержание которых трактуется как жесткость воды) находятся в растворимом состоянии. Однако в результате нагрева воды или длительного ее стояния в застойных зонах, эти соли претерпевают химические превращения, теряют растворимость и осаждаются на нагревательных поверхностях. Поэтому для безаварийной и надежной работы жаротрубных водогрейных котлов необходимо обязательное умягчение питательной воды.

Согласно документу «Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов, организация водно-химического режима и химического контроля. РД 24.031.120-91» допустимая жесткость воды должна составлять не более 0,7 мг-экв/ л. Однако этот регламентируемый уровень жесткости воды достаточно высок и не позволяет безопасно эксплуатировать водогрейные жаротрубные котлы длительное время. Уровень жесткости питательной воды не должен превышать тех норм, которые установлены для воды, снабжающей паровые котлы (не выше 0,015 мг-экв/л в соответствии с документом «Методические указания по надзору за водно-химическим режимом паровых и водогрейных котлов. РД 10-165-97»). Но по ряду практических наблюдений эти требования считаются несколько завышенными, и предельное значение жесткости воды может находиться в районе 0,1 мг-экв/л. Такое значение остаточной жесткости питательной воды может быть достигнуто при водоподготовке после одноступенчатого натрий-катионирования, которое входит в традиционную схему водоподготовки ( рис. 1 ).

Обычно технологическая схема процесса водоподготовки определяется исходя из качества исходной воды. Так, если забор воды производится из системы централизованного водоснабжения, процесс водоочистки в некоторой степени упрощается, поскольку при поступлении воды в систему водопровода она уже подвергалась ряду очистных мероприятий. В этом случае водоподготовка для водогрейных жаротрубных котлов будет основана на понижении жесткости воды путем ионообменной фильтрации. Если же вода забирается из открытого водоисточника, то процесс очистки воды начинается с удаления из нее грубых механических примесей в виде песка, мелких частиц и взвесей. Эти примеси, обуславливающие мутность и цветность воды, удаляются с помощью фильтрования (на песчаных фильтрах, рис. 2 ). При дальнейшем умягчении воды с помощью ионообменной фильтрации на катионитах ( рис. 3, 4 ) допускается использовать только воду, содержание взвесей в которой составляет не более 8 мг/л, а цветность не превышает 30 градусов.

Читайте также  Норма падения давления при опрессовке

В зависимости от требуемой величины остаточной жесткости натрий-катионирование может быть одноступенчатым или двухступенчатым. В основе этих ионообменных методов лежат следующие химические процессы. Перед началом умягчения катионит находится в натриевой форме; при фильтрации через него воды, содержащей в качестве примесей бикарбонаты, хлориды, сульфаты и силикаты кальция и магния, начинает происходить ионный обмен, обусловленный тем, что в водной среде эти соединения диссоциируют, и при прохождении через ионообменную смолу воды, катионы кальция и магния начинают связываться с полимерной матрицей. Вместо поглощенных катионов этих щелочноземельных металлов, в воде за счет ионного обмена будут находиться ионы натрия, которые с большинством анионов образуют водорастворимые соли.

[ Катионит ] 2- * 2Na + + Ca (H CO 3 ) 2 + Mg (H CO 3 ) 2

→ [ Катионит ] 2- *Ca +2 /[Катионит ] 2- * 2Mg +2 + 2 Na (H CO 3 )

[ Катионит ] 2- * 2Na + + Ca Cl 2 + Mg Cl 2

→ [ Катионит ] 2- *Ca +2 /[Катионит ] 2- * 2Mg +2 + 2 Na Cl

[ Катионит ] 2- * 2Na + + Ca SO 4 + Mg SO 4

→ [ Катионит ] 2- *Ca +2 /[Катионит ] 2- * 2Mg +2 + 2 Na 2 (SO 4 )

[ Катионит ] 2- * 2Na + + Ca SiO 3 + Mg Si O 3

→ [ Катионит ] 2- *Ca +2 /[Катионит ] 2- * 2Mg +2 + 2 Na 2 SiO 3

Изменение концентрации солей в воде после натрий-катионирования почти не происходит, а наблюдается просто изменение их качественного состава. При одностадийном натрий-катионировании происходит понижение жесткости до 0,1–0,2 мг-экв/л, а при двухступенчатом остаточная жесткость воды обычно составляет 0,01–0,02 мг-экв/л.

Для проведения натрий-катионирования используются различные виды катионитов. В практике ионообменного умягчения воды для водогрейных котлов широкое распространение получили сильнокислотные катиониты с активной сульфогруппой:

К числу таких сильнокислотных катионообменных материалов можно отнести различные виды сульфоуглей, например, сульфоуголь сорта «СК-1, крупный», который является самым дешевым. К этому же виду ионообменных смол относятся и катиониты КУ-1, КУ-2 КУ-2-8, КУ-2-8 чС. Среди этого перечня важно отметить, что ионообменная смола марки КУ-2 является наиболее термостойкой. Характерной особенностью сильнокислотных катионитов является то, что в пределах изменения уровня рН от 1,5 до 10,0 они очень мало изменяют свою обменную емкость.

Кроме этого для натрий-катионирования применяют и слабокислотные катиониты, в которых активной группой является карбоксильная:

К числу слабокислотных катионитов относятся ионообменные смолы марок КБ-4, КБ-4-П2, Амберлайт-50 и Зеролит 225. Слабокислотные катиониты способны к ионному обмену только в щелочных средах, то есть при рН > 7,0. При значениях уровня рН

Для подготовки воды водогрейных жаротрубных котлов целесообразно применять блочно-модульные водоподготовительные установки, которые выпускаются различными отечественными и зарубежными производителями и обычно маркируются как ВПУ, БВПУ с указанием бренда и серийного индекса. В большинстве случаев они имеют производительность от 0,4 до 12 м 3 /ч. В зависимости от производительности блочно-модульные установки имеют длину 1,50–2,57 м, высоту 1,56–2,57 м и ширину 0,87–1,87 м.

Обычно в комплект такой установки входит фильтрационный аппарат с катионообменной смолой, бак для раствора, верхнее и нижнее дренажное распределительное устройство, трубопроводы, арматура, фундаментная рама, крепеж и манометры, а также насос с электродвигателем. В некоторых моделях также предусмотрен осветлительный фильтр. Работа таких блочных установок заключается в следующем. Сначала исходная вода поступает на осветлительный фильтр. После этой предварительной очистки она направляется в верхнюю часть фильтра через верхнее распределительное устройство. Пройдя через слой катионита сверху вниз, вода умягчается, и поступает в питательный бак. После достижения истощения катионита установку отключают, а отработанную ионообменную смолу направляют на регенерацию, перед которой слой катионита предварительно взрыхляют с помощью подачи воды снизу через нижнее распределительное устройство. Регенерацию сорбента проводят 6-8 % раствором хлорида натрия. При такой промывке поглощенные катионы кальция и магния вымываются раствором поваренной соли за счет того, что концентрация хлористого натрия значительно выше:

[Катионит] 2- * Me +2 + Na Cl → [ Катионит ] — *Na + + Me Cl 2

Таким образом, катионит возвращается в исходное состояние, пригодное для умягчения воды.

Кроме метода натрий-катионирования в ряде случаев, особенно для блочно-модульных котельных мощностью до 10 МВт, при умягчении воды целесообразно использовать комплексонатную обработку (подробнее об этом методе см. «Водоподготовка в системе ГВС и целесообразность ее применения», ПКМ 1/16 2013, стр. 44-47). В этом случае в питательную воду котлов с помощью дозирующих устройств подают комплексоны, которые образуют прочные кластеры с катионами кальция и магния. Полученные устойчивые молекулярные образования заставляют соли жесткости находиться в растворенном состоянии, поэтому на поверхности оборудования не образовываются отложения, препятствующие теплопередаче. Однако такая обработка не всегда обеспечивает необходимое качество получаемой воды.

Конечно, для очистки воды от солей жесткости можно использовать и системы обратного осмоса, которые одновременно с умягчением воды позволяют проводить ее обессоливание. Однако высокая стоимость данного оборудования часто не позволяет его использовать, особенно для котлов малой и средней мощности, поскольку в этом случае возрастает срок окупаемости данного оборудования.

Нормы качества питательной воды и пара, организация водно-химического режима и химического контроля паровых стационарных котлов-утилизаторов и энерготехнологических котлов. Методические указания. РД 24.032.01-91

1. НОРМЫ КАЧЕСТВА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ И ПАРА КОТЛОВ-УТИЛИЗАТОРОВ
1.1. Показатели качества питательной воды водотрубных и газотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа включительно (для действующих котлов — до 5 МПа включительно) устанавливаются в зависимости от давления пара и расчетной максимальной температуры газов перед котлом и не должны превышать значений, указанных в табл. 1 и разделе 8 (табл. 8.4) Правил Госгортехнадзора СССР (М.: Энергоатомиздат, 1989), или выходить за их пределы.

Рабочее давление пара, МПа (кгс/кв. см)

  1. Для действующих котлов.
  2. Для водотрубных котлов с рабочим давлением пара 1,8 МПа (18 кгс/см2) жесткость не должна быть более 15 мкг-экв/кг.
  3. Допускается увеличение содержания соединений железа до 100 мкг/кг при условии применения методов реагентной обработки воды, уменьшающих интенсивность накипеобразования за счет перевода соединений железа в раствор, при этом должны соблюдаться согласованные с Госгортехнадзором СССР нормативы по допускаемому количеству отложений на внутренней поверхности парогенерирующих труб. Заключение о возможности указанного увеличения содержания соединений железа в питательной воде дается головной ведомственной энергетической организацией.
  4. Верхнее значение величины рН устанавливается не более 9,5 в зависимости от материалов, применяемых в оборудовании пароконденсатного тракта.
  5. Цифры указаны только для котлов СРК; для котлов-утилизаторов других типов содержание нитритов устанавливает головная специализированная ведомственная организация на основе имеющегося опыта эксплуатации, исходя из условий обеспечения безаварийной работы котлов.

Примечания:

  1. В числителе указано значение для водотрубных котлов, в знаменателе — для газотрубных.
  2. Для котлов с локальным тепловым потоком 350 кВт/кв. м и более, для газотрубных котлов вертикального типа с рабочим давлением пара свыше 0,9 МПа (9 кгс/кв. см), а также для содорегенерационных котлов показатели качества питательной воды нормируются по графе 6. Кроме того, для содорегенерационных котлов нормируется солесодержание питательной воды, которое не должно превышать 50 мг/кг.

1.2. Показатели качества питательной воды котлов-утилизаторов высокого давления (до 11 МПа) не должны превышать норм, указанных в табл. 2 и разделе 8 (табл. 8.5) Правил Госгортехнадзора СССР, или выходить за их пределы.

Содержание соединений железа (в пересчете на Fe), мкг/кг

  1. Достижение указанных в таблице норм по концентрации продуктов коррозии (соединений железа и меди) допускается в конце вторых суток после пуска при нагрузке котла не выше 50% от номинальной.
  2. Верхнее значение рН устанавливается не более 9,5 в зависимости от материалов, применяемых в оборудовании пароконденсатного тракта при соответствующем содержании аммиака.
  3. Условное солесодержание должно определяться кондуктометрическим солемером с предварительной дегазацией и концентрированием пробы, а удельная электрическая проводимость — кондуктометром с предварительным водород-катионированием пробы; контролируется один из этих показателей.

1.3. В питательной воде котлов-утилизаторов не допускается присутствие веществ, не предусмотренных в табл.1 и 2, но вызывающих коррозию металла котлов, вспенивание котловой воды или ухудшение теплопередачи за счет загрязнения поверхностей нагрева.

Перечень веществ (сероводород, потенциально кислые органические соединения и др.) в каждом отдельном случае устанавливается на основании рассмотрения тепловой и технологической схем промышленного предприятия. К рассмотрению в случае необходимости привлекается специализированная организация.

1.4. Показатели качества конденсата насыщенного и перегретого пара, в том числе для пароперегревателя, расположенного в топке с кипящим слоем, а также пара после регуляторов перегрева при номинальной паропроизводительности котла не должны превышать или выходить за пределы значений, приведенных для котлов с рабочим давлением до 4 МПа в табл.3, для котлов с рабочим давлением 11 МПа — в табл.4.

св. 1,4 (1,8) 1)
до 4,0 (5,0)1)

  1. Для действующих котлов.
  2. Для котлов — охладителей конверторных газов (ОКГ) при их работе на аккумуляторы пара, а также для котлов без пароперегревателя в зависимости от требований потребителей пара допускается его влажность до 1%.
  3. Для содорегенерационных котлов условное солесодержание конденсата пара должно быть не более 100 мкг/кг, а содержание натрия — не более 30 мкг/кг.
  4. Допустимое количество связанного аммиака определяется особенностями потребителей технологического пара.
  5. Для содорегенерационных котлов и охладителей конверторных газов значение рН конденсата пара должно быть не менее 7,0, при этом содержание свободной углекислоты в конденсате пара не должно быть более 10 мг/кг.

Примечание. Определяют только один из показателей, характеризующих солесодержание: условное солесодержание или содержание натрия.

Показатель Значение
Содержание натрия, мкг/кг 15 1)
Содержание кремниевой кислоты (в пересчете на SiO2), мкг/кг 15 1)
Условное солесодержание (в пересчете на NaCI),мкг/кг 50 2)
Удельная электрическая проводимость при 25 °С, мкСм/см 0,3 2)
Содержание свободной углекислоты, мг/кг Не допускается
  1. В котельных, отдающих более 5% пара на производство, допускается увеличение норматива по Na и SiO2 до 25 мкг/кг.
  2. Условное солесодержание должно определяться кондуктометрическим солемером с предварительной дегазацией и концентрированием пробы, а удельная электрическая проводимость — кондуктометром с предварительным водород-катионированием пробы; контролируется один из этих показателей.

В случае применения регуляторов перегрева впрыскивающего типа качество воды, подаваемой для впрыскивания, должно удовлетворять следующим требованиям:

  • жесткость общая — не более 3 мкг-экв/кг;
  • содержание соединений железа и меди — в пределах норм качества питательной воды, указанных в табл.1 и 2;
  • солесодержание — не более расчетных значений, обеспечивающих получение перегретого пара за пароохладителем, в пределах норм, указанных в табл.3 и 4.

* Текст приводится по:
«Нормы качества питательной воды и пара, организация водно-химического режима и химического контроля паровых стационарных котлов-утилизаторов и энерготехнологических котлов. Методические указания. РД 24.032.01-91»