Водно – химический режим котла

Министерство образования и  науки  Республики  Казахстан

 

Павлодарский  государственный  университет им. С. Торайгырова

                                                                                                                                                                       

Энергетический Факультет

 

Кафедра «Теплоэнергетики»

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

           РФ. ______. __-__. __. __. __      

 

По дисциплине______________________________________________

 

 

 

Тема_______________________________________________________

 

 

 ______________________________________________________________________

 

______________                         (оценка)

Руководитель      _____________________________            (должность,  ученая  степень)           _____________________________                             (инициалы,  фамилия) ______________    _____________                 (подпись)                             (дата)       Студент _____________________________                         (инициалы,  фамилия)  ______________    ___________               (подпись)                          (дата)  _____________________________                                   (группа)

 

2017

 

 

 

Содержание

 

	Введение	3
1.	Основы водоподготовки	4
1.1	Особенности проектирования и эксплуатации установок ХВО
1.2	Составление принципиальной тепловой схемы
2.	Водно – химический режим котла
2.1	Контроль водно – химического режима котлов
	Заключение
	Список использованной литературы
	Приложение А.
	Приложение Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Надежность работы поверхностей нагрева котельных агрегатов и систем теплоснабжения зависит от качества питательной и подпиточной воды. Вместе с питательной водой в котел поступают различные минеральные примеси. Все примеси, находящиеся в воде, делятся на трудно- и легкорастворимые. К числу труднорастворимых примесей относят соли гидроксида Са и Mg. Основные накипеобразователи имеют отрицательный температурный коэффициент растворимости (т.е. при повышении температуры их растворимость падает). Накапливаясь в котле по мере испарения воды, эти примеси после наступления состояния насыщения начинают из нее выпадать. Прежде всего состояние насыщения наступает для солей жесткости Са(НСО 3 ) 2 , Mg(НСО 3 ) 2 , СаСО 2 , Mg СО 2 и др. Центрами кристаллизации служат шероховатости на поверхности нагрева, также взвешанные и каллоидные частицы, находящиеся в воде котла. Вещества, кристаллизующиеся в объеме воды, образуют взвешанные в ней частицы – шлам. Вещества, кристаллизующиеся на поверхности нагрева, образуют плотные и прочные отложения – накипь. Накипь, как правило, имеет низкую теплопроводность, составляющую 0,1- 0,2(Вт/м*К). Поэтому даже малый слой накипи приводит к резкому ухудшению условий охлаждения металла поверхностей нагрева и вследствие этого к повышению его температуры, что может привести к потери прочности стенки трубы и ее разрушению. Кроме того, накипь ведет к значительному снижению КПД котла в результате уменьшения коэффициента теплопередачи и связанного с этим повышения температуры уходящих газов.

Соединение железа, алюминия и меди, находящиеся в воде в виде растворенных каллоидных и ультратонких взвесей, также могут откладываться на поверхностях нагрева и входить в состав накипи. Накипь из оксида железа и меди образуются в зонах высоких местных тепловых нагрузок поверхности нагрева, чаще всего в трубах экранов.

В котлах высокого давления при давлениях более 7 МПа кремниевая кислота H 2 SiO 3 приобретает способность растворяться в паре, причем с ростом давления эта способность значительно возрастает. Поступая вместе с паром в пароперегреватель, кремниевая кислота разлагается с выделением Н 2 О. В результате в паре появляются SiO 2 , который, попадая на лопатки паровых турбин, образует на них нерастворимые соединения, ухудшающие экономичность и надежность работы турбины.

На эксплуатацию котла вредное влияние оказывает повышенная щелочность воды, которая приводит к вспениванию воды в барабане. Вспениванию воды способствует содержание в ней органических соединений и аммиака. В этих условиях сепарационные устройства не обеспечивают отделение капель воды от пара, и вода из барабана, содержащая различные примеси, может поступать в пароперегреватель, создавая опасность его загрязнения. Кроме того, повышенная щелочность может явиться причиной щелочной коррозии металла, а также возникновения трещин в местах вальцовки труб в коллекторы и барабан.

 Растворенные в питательной  воде агрессивные газы О 2 , СО 2 вызывают различные формы коррозии  металлов, ведущей к уменьшению  его механической прочности. Пониженная щелочность воды ускоряет коррозию, и в питательной воде должен поддерживаться определенный ее уровень. в котлах низкого давления требуемый уровень рН поддерживается вводом в питательную воду соды, в котлах высокого давления – фосфатов или аммиака. Исходя из вышесказанного, предельно допустимое содержание вредных примесей в питательной воде нормируется.

Основной задачей подготовки воды в котельных является борьба с коррозией и накипью. Коррозия поверхности нагрева котлов, подогревателей и трубопроводов тепловых сетей вызывается кислородом и углекислотой, которые проникают в систему вместе с питательной и 7 подпиточной водой. При нагреве и испарении воды из нее выпадают различные растворенные соли, часть из которых осаждается на поверхностях нагрева в виде плотного слоя с низкой теплопроводность, называемого накипью. Требования, предъявляемые к воде, используемой в паровых и водогрейных котельных, различны, ибо в паровых котлах вода испаряется, а в водогрейных только нагревается.

Для умягчения и снижения щелочности исходной воды могут быть применены следующие методы обработки: Na-катионирование; Na-NH 4 - катионирование; Н-катионирование с последующим удалением углекислоты (декарбонизацией); NaCl-ионирование; известкование с коагуляцией. Выбор метода обработки воды для тепловых сетей определяется требованиями к качеству подпиточной воды и зависит от системы теплоснабжения – открытая или закрытая и от качества исходной воды. При подогреве сетевой воды в водогрейных котлах для открытых или закрытых систем теплоснабжения необходимо снизить карбонатную жесткость подпиточной воды до 0,7 мг-экв/кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Основы водоподготовки

1.1 Особенности проектирования и эксплуатации установок ХВО

 

Для обеспечения нормальной работы котельных и тепловых сетей используемая в них вода должна обладать определенными качествами. Показателями качества воды являются: прозрачность – содержание взвешенных веществ, легко удаляемых при фильтровании; сухой остаток – содержание минеральных и органических примесей, не улетучивающихся после испарения и высушивания; жесткость – содержание солей кальция и магния; щелочность – содержание гидратов (NaOH) и кальцинированной соды (Na2CO3); содержание агрессивных газов (O2 и CO2). 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 получают 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 9 приходится добавлять некоторое количество воды из-за 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 пред использованием для питания котлов или подпитки тепловых сетей предварительно обрабатывают с целью улучшения ее качества. Качество сырой воды, питательной, подпиточной и котловой воды характеризуют сухим остатком, общим солесодержанием, жесткостью, щелочностью, содержанием кремниевой кислоты, концентрацией водородных ионов и содержанием коррозионно-активных газов. Сухим остатком называется содержание растворенных и коллоидных неорганических и органических твердых примесей, выраженных 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 солесодержание минеральных веществ, растворенных в данной воде, выраженное в мг/кг или мкг/кг. Общей жесткостью воды называют суммарное солесодержание в воде солей магния и кальция. Различают карбонатную жесткость, обусловленную растворенными в воде солями кальция [Ca(HCO3)2] и магния [Mg (HCO3)2], и некарбонатную, обусловленную всеми остальными солями кальция и магния (CaSO4, MgSO4,CaCl2,MgCl2 и др.) Общая жесткость разделяется на временную и постоянную. Временная жесткость, обусловленная содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2, устраняется при кипении воды. Постоянная жесткость обусловлена содержанием в воде солей магния и кальция, кроме двууглекислых. Жесткость воды выражается 10 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 находится как в молекулярной, так и в коллоидной формах. Кремнесодержание условно пересчитывают на SiO2 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 H + и гидроксильные ионы ОH . Одновременно диссоциирует весьма небольшое число молекул (около десятимиллионной части всех молекул). Однако в результате диссоциации в воде находится определенное равновесное число ионов водорода H + и гидроксильных ионов ОH . 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 ионов в оде принято выражать десятичным логарифмом этого числа, взятым с обратным знаком, и обозначить pH. Следовательно, для абсолютно чистой воды pH=7. При pH, меньшем 7, концентрация ионов 11 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. Основной целью подготовки воды является борьба с накипеобразователями, элементами, способствующими коррозии, и различными загрязнениями. При нагреве и испарении воды повышенной жесткости из нее выпадают осаждающиеся на внутренних стенках труб и барабанов котлов кристаллические отложения, называемые накипью. Загрязнение поверхностей нагрева котла влечет за собой снижение коэффициента теплопередачи K Вт/м2 град, перегрев стенок и возможное из повреждение. Одновременно снижается коэффициент полезного действия котельной установки, а следовательно, увеличивается расход топлива. При пониженной щелочности воды усиливается процесс коррозии, заключающийся в разъедании и изъязвлении стенок котлов и труб. От перечисленных качеств воды зависит не только коэффициент полезного действия котельной установки, но и срок службы котлов и трубопроводов. Требования, предъявляемые к воде, используемой в паровых и водогрейных котельных установках, различны, ибо во-первых происходит ее испарение, а во-вторых, только нагревание. Интенсивность накипеобразования можно снизить при умягчении воды, поступающей в котел, или при приведении накипеобразователей, внутри котлов в шламовидное состояние (т.е. в рыхлый осадок). Удаление из воды кислорода и углекислого газа и поддержание определенной величины щелочности замедляют процесс коррозии. Для борьбы с прочими загрязнениями воды прибегают к ее фильтрации.

KWS TAВ процессе разработки  множества комплексов водоподготовки  специалисты нашей компании выявили  ряд важных моментов, которые  необходимо учитывать при создании водоочистных систем.

Соответствие проектируемых комплексов ХВО объемам теплосети, режимы работы котельных и объемы подпитки, время и периодичность регенерации систем водоподготовки, необходимость механической очистки исходной воды, диапазон изменения давления воды на входе, количество растворенного железа в воде.

- Помимо установок умягчения непрерывного действия на котельных для защиты оборудования могут использоваться фильтры с периодической регенерацией. Однако в большинстве случаев неверно и опасно применять умягчители, требующие прерывания подачи умягченной воды в момент их регенерации. В последнее время проектировщики часто закладывают такие умягчители на небольших котельных с закрытыми контурами с целью экономии денег и места. Но при этом появляется ряд проблем. Проблемы с заполнением теплосети, возможны порывы и незапланированные разборы, утечки. Может возникнуть необходимость подпитки во время регенерации, при этом бак подпиточной воды не всегда спасает. Как следствие, надежность такой системы низкая.

- При проектировании систем ХВО необходимо учитывать объем теплосети и время на ее заполнение. В проекте закладывают умягчители минимальной производительности, а теплосеть большая - такие случаи нередки на небольших котельных.

- Специфика управляющих механизмов 9000 и 9500 такова, что для взрыхления и регенерации одного из фильтров подается вода, умягченная вторым (рабочим) фильтром. Т.о., если не заложить запас по производительности, то во время регенерации будет снижение качества умягчения, потеря напора и производительности. Необходимо выбирать установку хотя бы на размер больше.

- Для создания систем водоподготовки требуется фильтр механической очистки исходной воды на уровне 50-100 мкм. Проще всего использовать сетчатые или мешочные фильтры.

-  Если есть опасность скачков по давлению и превышения 8 бар в исходном трубопроводе, то необходимо предусмотреть редукционный клапан на входе. Есть комбинации сетчатых фильтров с клапанами. Вообще, для стабильной работы хорошо иметь стабильное давление на входе.

- Система водоподготовки на ЗАО "Мясокомбинат "Нововоронежский""Если давление низкое, требуется соответствующая автоматическая насосная станция на входе. Оптимальным является 3,0-6,0 бар на входе. 2,5 бара - минимум.

- Регенерация должна проходить в автоматическом режиме, как указано в паспорте. В солевом баке должен быть насыщенный раствор соли. Нельзя его разбавлять, доливая вручную воду. Нельзя готовить 8-10% раствор соли в баке!

- Железо в исходной воде не должно превышать 2(4) мг/л. Железо необходимо учитывать при расчете фильтроцикла с К=1,37. При наличии растворенного железа в исходной воде требуются периодические профилактические обработки смолы специальными реагентами. Если железа больше, то необходимо предварительное обезжелезивание.

- Если источник воды поверхностный, то желательно предусмотреть осадочные песчаные фильтры на входе.

-  Время между регенерациями должно быть не менее 5,5 часов для полного растворения соли в холодной воде без перемешивания и барботажа. Особенно важно при использовании мелкой грязной соли.

 

1.2 Составление принципиальной тепловой схемы

 

Принципиальная тепловая схема характеризует сущность основного технологического процесса, определяет тепловую экономичность и уровень технического совершенства ТЭС или АЭС. Она включает котельный (для АЭС - ядерную паропроизводящую установку) и турбинный агрегаты, водопитательную установку (основные деаэраторы питательной воды, деаэраторы добавочной воды и конденсата, питательные насосы, перекачивающие насосы деаэраторов добавочной воды, регенеративные подогреватели конденсата и питательной воды, соответственно, низкого и высокого давдения), теплоподготовительную установку (основные и пиковые подогреватели сетевой воды, пиковый водогрейный котел, подпиточную установку, теплофикационные и подпиточные насосы), основную (постоянно работающую) редукционно-охладительную установку для отпуска пара промышленному потребителю и т.д. Основное и вспомогательное оборудование объединяется в схеме трубопровода в соответствии с последовательностью движения пара и воды в установке. На принципиальной схеме однотипное оборудование изображается в виде одного агрегата, резервное оборудование и арматура не указываются (за редким исключением).

В общем случае при составлении принципиальной тепловой схемы решаются следующие задачи: выбор основных параметров схемы регенерации турбоустановки; выбор схемы подготовки подпиточной воды и конденсата, возвращаемого с производства; выбор схемы подпитки теплосети; выбор схемы отпуска теплоты потребителям; разработка схемы использования теплоты непрерывной продувки котлов, уплотнений турбины, эжекторов и т.п. При разработке принципиальной схемы атомной энергетической установки решается также задача выбора схемы и параметров теплоносителя реакторного, а иногда и промежуточного контуров.

При использовании на проектируемой электростанция серийно изготавливаемого турбинного оборудования проектировщик ТЭС или АЭС схему и параметры регенерации турбоустановки не выбирает. Это объясняется тем, что турбина и ее вспомогательное оборудование, включая систему регенеративного подогрева, трубопроводы, в пределах установки, составляют единый агрегат - паротурбинную установку и вписываются проектировщиками в технологический комплекс станции в строгом соответствии с разработанными заводом-поставщиком турбины комплектностью и компоновкой. Аналогично этому, при использовании на проектируемой атомной электростанции серийно изготавливаемых реакторов, проектировщик АЭС схему и параметры теплоносителя реакторного (и промежуточного при его наличии) контура не выбирает, поскольку все оборудование, входящее в состав ядерной паропроизводящей установки (ЯППУ), вписывается в технологический комплекс станции в строгом соответствии с разработанный заводом-поставщиком комплексностью и компоновкой. С решением же остальных перечисленных выше задач при составлении принципиальной схемы проектировщику электростанции приходится обычно сталкиваться. При этом необходимо учитывать следующее. Восполнение потерь рабочего тела цикла осуществляется химически или термически обессоленной водой. В последнем случае химически умягченная вода, направляемая в испарители, предварительно должна деаэрироваться (обычно в атмосферном деаэраторе при давлении 1,2 кг/см2 = 0,117 МПа). На электростанциях с только внутренними (то есть в термодинамическом цикле) потерями рабочего тела (которые при проектировании водоподготовки принимаются равными 1 % для АЭС и 2 % для КЭС и отопительных ТЭЦ) обессоленная вода обычно подается в конденсатор турбины. При этом на блоках с прямоточными котлами и на АЭС добавочная вода вместе с основным конденсатом турбины перед подачей в систему регенеративного подогрева предварительно проходит 100 % очистку на блочной обессоливающей установке (БОУ), размещенной между конденсатными насосами 1 и 2 подъёмов. На энергоблоках АЭС с реакторами типа РБМК такой же очистке подвергается весь конденсат греющего пара (дренаж) ПНД, сливаемый для этой цели каскадно в конденсатор, что объясняется очень жесткими нормами водного режима этих реакторов.