Подготовка на водата за парни котли и парогенератори

Успешното и безпроблемно функциониране на индустриалните парни инсталации е силно зависимо от качеството на използваната питателна вода. Водата в природата съдържа множество примеси, сред които суспендирани частици, разтворени твърди вещества, газове. Водата разтваря и газове от въздуха, както и газове, отделяни от съдържащите се в почвата органични вещества. Тя може да съдържа суспендирани вещества от земята, а също така може да бъде заразена с индустриални отпадъци и замърсители. Видът и количеството на примесите зависят от водоизточника - езеро, река, кладенец и мястото на водовземане. Директното използване на подобна вода като питателна вода за парогенератори и парни котли не се препоръчва. Необходимо е водата предварително да бъде обработена, за да се отстранят нежеланите примеси, с което да се предотврати пренасянето и натрупване на отлагания, да се избегне опасността от възникване на корозионни процеси, да си осигури непрекъснат топлообмен и производството на пара с високо качество, тъй като лошото качество на питателната вода рефлектира и върху качеството на получената пара. Към предварителното третиране на водата се включват процеси, свързани с механично и химично третиране на водата, като филтриране, омекотяване, изпарение, деаериране и други.

След предварителната обработка на водата, в нея все още могат да се съдържат примеси, които могат да повлияят неблагоприятно върху работата на парната система. По тази причина се препоръчва водата да бъде подложена на допълнителна обработка в самата система.

Питателната вода

Питателната вода обикновено включва връщания в котела кондензат, към който допълнително се добавя вода, която е предварително филтрирана и обработена. Поради тази причина съставът на питателната вода зависи от качествата на добавъчната вода и от количеството на връщания кондензат. От важно значение е както количеството, така и естеството на съдържащите се примеси в използваната вода за котела. Добре е да се има предвид също, че за голяма част от съвременните парни котли на практика не се допуска наличието на примеси в питателната вода. При наличието на такива те циркулират в системата и при попадане в котела тяхната концентрация се повишава. В резултат, те се отлагат по вътрешните повърхности на котела, като най-често това са зоните на топлообмен. Натрупаните отлагания действат като изолатор, което може да доведе до локално прегряване и повреда. Също така може да бъде възпрепятствано и нормалното циркулиране на водата в котела, което от своя страна създава опасност от прегряване, кипене и повишаване на количеството отлагания. Ето защо един от основните методи за предотвратяване на корозионните процеси и отлаганията в котела е да се отстранят примесите от питателната вода.

Най-общо примесите във водата могат да бъдат класифицирани в три основни групи - диспергирани вещества с размер над 100 nm, за отделянето на който се използват механични филтри; колоидно разтворени вещества с размер от 1 до 100 nm, които се отделят чрез коагулация чрез реагенти и йонно разтворими вещества с частици под 1 nm. Независимо от вида и количеството на примесите, водата е необходимо при всички случаи да се подложи на химическа очистка. Видът и степента на необходимата химическа очистка се определят в зависимост от качествата на източника. Например, за намаляване на съдържанието на минерални соли в захранващата вода, по правило се добавя химическо вещество. Съдържащият се в захранващата вода разтворен кислород също трябва да бъде отстранен, тъй като той се явява окислител и предизвиква ръжда по тръбите на котела.

Препоръчително е повторно използване на кондензата

Обикновено обработването на водата се извършва с омекотителни, обезсоляващи инсталации, проектирането, изграждането и поддържането на които обаче е съпътствано с много разходи, което оскъпява парата. По тази причина специалистите препоръчват кондензатът да се пази чист, да се събира в максимална степен и да се връща обратно в котела. Освен топлината в себе си той има стойност и като вече веднъж очистена вода. Връщането на по-голямо количество кондензат в котела спомага за намаляването с няколко пъти на размера на инсталациите и сградите за водоподготовка, намалява и необходимото количество смоли и химикали и се улеснява обслужването.

Най-често във водата се съдържат минерални частици и разтворени газове. Сред минералите, които са често срещани във водата, са калциев карбонат (варовик), калциев сулфат (гипс), магнезиев карбонат (доломит), магнезиев сулфат (английска сол), кварц, натриев хлорид (обикновена сол), по-малки количества желязо, магнезий, флуорид, алуминий и други. Срещат се също нитратите и фосфатите, които обикновено се дължат на заразени отпадни води.

Съществен показател за приложимостта на водата за захранване на парните котли е нейната твърдост. Тя се определя основно от съдържащите се във водата калциеви и магнезиеви йони. Нивото на твърдост на природната вода може да варира в широки граници. Калциевите и магнезиевите компоненти са относително неразтворими във водата и са склонни към утаяване. Това води до образуването на накип и утайки, което е неблагоприятно за работата на инсталацията и предразполага към развитието на корозия.

Някои естествени и синтетични материали имат способността да премахват минералните йони от водата в замяна на други. Например, при преминаване на вода през прост катионен омекотител всички калциеви и магнезиеви йони са отстранени и заменени с натриеви йони. Тъй като обикновената размяна на катиони не намалява общия обем твърди частици в подаваната вода, понякога се използва съвместно с други методи за обработка. Един от най-разпространените и ефективни комбинации за обработка е горещият варо-зеолитен процес. Той включва предварителна обработка на вода с вар, за да се намали твърдостта, алкалността и в някои случаи силициев двуокис и последващо третиране с омекотител за катионен обмен. Тази начин на обработка изпълнява няколко функции: омекотяване, придаване на алкален характер и намаляване на силициевия диоксид, известно намаляване на съдържанието на кислород и отстраняване на суспендирани вещества и мътност.

За поддържане на подходящо ниво на твърди примеси в самия котел, често се използва продухване. То може да бъде в долната част на котела за отстраняване на утаилите се частици от местата на тяхното утаяване, като честота зависи от работните условия на инсталацията. Продухването можа да бъде и непрекъснато, като то често е използвано съвместно с ръчно продухване. Използва се за отстраняване на наситена вода от котела. Обикновено това е от зоната, в която се намира най-наситената вода. Тази точка зависи от конструкцията на котела и обикновено е зоната с най-голямо отделяне на пара.

Във водата се съдържа и различно количество разтворен въздух (21% кислород, 78% азот, 1% други газове, включително въглероден диоксид). Азотът е инертен, поради което оказва сравнително малко влияние върху водата, използвана в котлите. Водата може да съдържа и въглероден диоксид в различни количества, което се дължи на загниващи растителни и органични вещества в почвата. Във водата, макар и рядко, могат да се съдържат още водороден сулфид и метан. Наличието на тези газове в питателната вода за котела може да причини сериозни проблеми поради тяхната корозионна агресивност.

Необходимо е отстраняване на съдържащите се във водата газове

За отстраняването на кислорода, въглеродния диоксид и другите газове от питателната вода, тя обикновено се подлага на деаерация.

Механичната и химична деаерация е неделима част от защитата на котела. Освен отстраняването на газовете, основни цели на деарецията са още да се загрее постъпващата добавъчна вода и връщащият се кондензат, да се сведе до минимум химическата разтворимост на нежеланите газове, да се осигури висока температура на водата, подавана в котела.

Първата стъпка за отстраняване на кислорода и другите корозионно агресивни газове обикновено е механичното деаериране на водата. Използват се два типа деаератори - с тарелки и струйни. И в двата случая отстраняването на основната част от газовете е посредством впръскването на обработена студена вода в парна среда.

При деаераторите с тарелки отстраняването на разтворените във входящата вода газове е посредством нейното фино разпрашаване на ситни водни капки при преминаването й през каскада от няколко реда тарелки. В противоток на движението на водата се подава пара, която отнема разтворените във водата газове. Деаерираната вода се събира в резервоар в долната част на деаератора. Добре е да се има предвид, че е необходимо дюзите и тарлеките да бъдат редовно проверявани за натрупване на отлагания и дали се намират в правилната позиция.

При струйните деаератори водата се разпръсква през дюзи, разположени в горната част на апарата в парна среда. В резултат водата се загрява, разтворимостта на кислорода намалява и повечето от разтворените газове се отвеждат от системата през вентилационен отвор.

При процеса на деаериране е добре да се обърне внимание и на удачното отвеждане на отделения кислород, на икономичното и рекуперативно използване на топлината на парата (свежа и вторична от продувка или други източници), на добрата топлоизолация на деаераторния обем, както и на рационалната и не много обемна конструкция. Независимо че се явява консуматор на енергия, процесът на деаерация се явява един от абсолютно необходимите технологични процеси при експлоатацията на парни котли и парогенератори, спомагащ за удължаване експлоатационния живот на съоръженията.

В някои случаи за обработка на водата за котела се използва процесът изпаряване, при който при изпаряването на водата се получава чиста пара, която в последствие кондензира и се използва като вода за котела. За тази цел се използват няколко различни видове изпарители. Сред най-елементарните конструкции е резервоар с вода, в който има серпентина, през която преминава пара, загряваща водата до точката на кипене. Понякога за повишаване на ефективността парата от първия резервоар преминава през серпентина, намираща се във втори резервоар с вода за допълнително загряване и изпарение. Изпарителите са подходящи за места, където няма проблем да се използва пара като източник на топлина.