Тема 14-водный режим паровых котельных агрегатов

Вопросы:

1. Вибір способу обробки додаткової води котлів ТЕС;

Задачи водного режима.

1.Вибір способу обробки додаткової води котлів ТЕС;

Для промышленных котельных и ТЭЦ характерны значительные потери конденсата ввиду его загрязнения и невозвращения с производств. Поэтому подпитка каналов водой составляет 0,4÷0,6 от D_ном. Восполнение потерь осуществляется сырой водой из водоёмов, в которых содержится:

1) растворённые соли Ca, Na, Mg, Fe, Al и других.

2) взвешенные и коллоидные частицы.

3) растворённые газы O₂, N₂, CO₂ и т.д.

В исходном виде сырая вода для подпитки непригодна так как:

1) соли Ca и Mg образуют накипь, которую очень трудно удалить. Накипь образуется из-за того что => соли(Ca и Mg)↓. Имеют место следующие изменения: ; т.е. температура стенки будет равна = (255 + 250) = 500ºC > => пережёг стенок.

2) взвешенные и коллоидные частицы образуют осадок (шлам), который забивает трубную систему, нарушает циркуляцию и создаёт аварийные режимы работы.

3) растворённые газы:

a. вызывают газовую коррозию металла.

b. ухудшают теплоотдачу.

Состав воды:

1) взвесь (d_тв > 0,5 мкм), удаляется отстаиванием.

2) коллоидальные частицы (d_тв < 0,5 мкм) отстаиванием не удаляются.

3) растворённые соли Ca, Mg, Na, Fe, Al:
CaCl₂, MgCl₂ – хорошо растворимые
СаSO₄, CaCO₃, CaSiO₂ – плохо растворимые

Накипь обусловлена присутствием солей Ca и Mg, которые характеризуют жёсткость воды:

, здесь и – концентрация катионов Ca и Mg, а 20 и 16 – эквивалент их масс.

Общая жёсткость воды = Ж_{временная} + Ж_{постоянная}

Ж_{временная} – обусловлена присутствием в воде бикарбонатов, Ж_{временная} = . Может быть устранена подогревом воды до 80ºC.

Щёлочность воды определяется присутствием NaOH, NaHCO₃, Na₂HCO₃ и равна Щ = .

Схема подготовки добавочной воды.

Позиции на схеме:

1 – насос; 2 – теплообменник; 3 – осветлитель; 4, 5, 6 – дозаторы коагулянта, соды и извести;

7 – бак; 8 – механический фильтр; 9 – катионовый фильтры;

Этапы:

1) Коагуляция – взвешенные частицы слипаются в хлопья, выпадающие в осадок:

Al₂(SO₄)₃ → Al⁺³ + SO₄^–2

Происходит гидролиз алюминия, который протекает ступенчато:

Al⁺³ + HOH → AlOH⁺² + H⁺ AlOH⁺² + HOH → AlOH₂⁺ + H⁺

2) Параллельно коагуляции в осветлителе 3 проводят известково-содовую обработку.

Сода: Na₂CO₃ → Na⁺ + CO₃^–2

Известь: Ca⁺² + CO₃^–2 → Ca⁺² + OH^– Ca⁺² + CO₃^–2 → CaCO₃↓ Mg⁺² + 2OH → Mg(OH)₂↓

3) В фильтре 8 происходит задержание остатков осадков при прохождении воды через слой песка или антрацита.

4) Умягчение проводят в катионитовых фильтрах 9.

 

Диаметр частиц ионитового материала d ≈ 1 мм.

Диаметр фильтра D = 1÷3 м.

Высота фильтра Н = 3÷6 м.

Скорость фильтрации w_фильтр = 3÷7 см/с.

 

Виды катионитовых установок:

а) Na – катионирование: Na₂R + Ca(HCO₃) → CaR + NaHCO₃, здесь R – катионический радикал.

Na₂R + CaCl₂ → CaR + NaCl,

Na₂R + CaSO₄ → CaR + NaSO₄,

Na₂R + CaSiO₃ → CaR + NaSiO₃, аналогичные реакции происходят с солями Mg. CaR и MgR остаются в фильтре.

Cо временем фильтр истощается и его ставят на регенерацию 5% раствором NaCl:

CaR + NaCl → NaR₂ + CaCl₂

MgR + NaCl → NaR₂ + MgCl₂

MgCl₂ и CaCl₂ отводятся.

б) Н – катионирование

HR + Ca(HCO₃)₂ → CaR₂ + H₂CO₃, H₂CO₃ → H₂O + CO₂

HR + CaCl₂ → CaR₂ + HCl

HR + CaSO₄ → CaR₂ + H₂SO₄

HR + CaSiO₃ → CaR₂ + H₂SiO₃, H₂CO₃ → H₂O + CO₂, аналогичные реакции происходят с солями Mg.

Недостатки: растворение в воде СО₂ и присутствие кислот.

Регенерацию осуществляют 1% раствором Н₂SO₄:

CaR₂ + H₂SO₄ → HR + CaSO₄ аналогично с Mg.

Схемы катионовых установок.

1) Параллельное (H–Na) катионирование:

Позиции:

1, 2 – катионитовые фильтры, 3 – декарбонизатор (удаляет CO₂), 4 – барьерный фильтр (для исключения проскока кислот Na₂R + H₂SO₄ → H₂R + Na₂SO₄).

Минимальное солесодержание перед барьерным фильтром ≈ 3 мг/л.

Остаточная жёсткость умягчённой воды Ж_ост ≈ 0,01 .

2) Последовательное (H–Na) катионирование:

Минимальное солесодержание перед барьерным фильтром ≈ 3 мг/л.

Деаэрация воды.

В воде возможно присутствие О₂ и СО₂, что:

1) ухудшает теплоотдачу.

2) ведёт к внутренней газовой коррозии.

Виды деаэрации:

1) Термическая деаэрация.

Закон Генри: С_Г = К_а·Р_Г, здесь С_Г – концентрация газов в растворе, К_а – константа адсорбции.

t↑ → C_U↓ и при t = t_кип → С_Г = 0.

Схема деаэратора атмосферного типа:

вода падает вниз в виде дождя.

Р = 1,2 ат, t_к = 104ºС

 

2) Химическая деаэрация.

Гидразин N₂H₄ + O₂ → N₂ + H₂O

Аммиак NH₄OH + H₂CO₃ → NH₄·CO₃ + H₂

После термического деаэратора вода поступает в экономайзер:

Водный режим работы барабанных котлов (организация безнакипного режима).

С питательной водой в котёл поступают растворённые соли, которые при кипении накапливаются в ней. Если С_к.в. > С_к.в.^нак → соли Ca и Mg будут образовывать накипь на поверхности экранных труб (↑↑t_стенки → разрыв), поэтому необходимо, чтобы всегда имело место неравенство С_к.в. < С_к.в.^нак, что достигается:

1) непрерывной продувкой (постоянный отвод части котловой воды с солями из системы).

2) периодической продувкой через 10–12 ч. из нижних коллекторов экранов отводится щлам.

Процент продувки , величину Р определяют из солевого баланса:

D_п.в.·С_п.в. = С_n·D_n + C_пр·D_пр

D_п.в. = D_n + D_пр.

 

Недостаток продувки:

потери теплоты с продувочной водой (↓∆η_к ≈ 0,5%)

Пути снижения Р:

1) ↓С_п.в. (на химводоочистке).

2) Вывод продувочной воды с максимальным солесодержанием.

Схема одноступенчатого испарения

Схема двухступенчатого испарения:

 

1 – первая ступень испарения (чистый отсек).

2 – вторая ступень испарения (солевой отсек).

 

Схема трёхступенчатого испарения:

 

3 – третья ступень испарения (выносной циклон).

 

Достоинства многоступенчатого испарения:

· Повышается экономичность котла.

· Повышается чистота пара.