Особенности водного режима паровых жаротрубных котлов
В. Потапова, Р. Ширяев

Традиционные подходы к проектированию, наладке и эксплуатации котельных с жаротрубными котлами приводят к снижению сроков их эксплуатации и авариям. Во-первых, проектировщики традиционно применяют деаэрацию без дозировки фосфатов и кислородосвязывающих средств. Также для обработки исходной воды обычно используют только натрий-катионирование, вне зависимости от состава исходной воды и процента возврата конденсата.

Требования к водно-химическим режимам паровых жаро- и водотрубных котлов давлением до 20 бар имеют существенные различия. В качестве примера приведём требования к питательной воде для паровых жаротрубных котлов, разработанные компанией Loos International (Германия):

  • рН — более 9,2;
  • проводимость при 25°С — не более 300 мкСм/см (5% предельного значения для котловой воды);
  • жёсткость — не более 0,01 ммоль/л;
  • щёлочность (по фенолфталеину) — 0,1—0,7 мг-экв/л;
  • окисляемость — менее 10 мг/л;
  • содержание кислорода (О2) — менее 0,05 мг/л;
  • железа (Fe) — менее 0,3 мг/л;
  • меди (Cu, общее) — не более 0,05 мг/л;
  • масла — менее 1 мг/л;
  • кремниевой кислоты (SiO2) — не более 7,5 мг/л (5% предельного значения для котловой воды).

Для сравнения: содержание меди и кремниевой кислоты в питательной воде отечественных паровых водотрубных котлов нормируется только для рабочего давления от 40 и 70 бар соответственно.

Относительно котловой воды нормативы Loos International устанавливают следующие требования:

  • рН при 25°С — 10,5—12;
  • щёлочность гидратная — 1—12;
  • жёсткость — не более 0,01 ммоль/л;
  • проводимость при 25°С — менее 6000 мкСм/см;
  • окисляемость — менее 150 мг/л;
  • содержание фосфата (РО4-3) — 10—30 мг/л;
  • кислородосвязывающего средства (сульфит натрия Na2SO3) — 10—30 мг/л,
  • кремниевой кислоты — менее 150 мг/л.

Из приведённых выше показателей видно: нормы качества питательной и котловой воды для паровых жаротрубных котлов жёстче, чем для водотрубных, а контроль водно-химического режима — обширнее и глубже.

Как правило, подготовка питательной воды в котельных с паровыми жаротрубными котлами производится на автоматических установках, реализующих чистое двухступенчатое натрий-катионирование или обратный осмос с одноступенчатым натрий-катионированием. В случае применения второй схемы обязательно подщелачивание питательной воды, поскольку обратный осмос понижает рН.

Согласно рекомендациям Loos International, изложенным в «Требованиях к качеству воды для паровых котельных установок», при режиме работы с малым содержанием соли строго необходимо дозирование фосфата тринатрия (Na3PO4) или фосфата трикалия (K3PO4). Поэтому вместе с деаэратором применяют две установки, дозирующие фосфаты и кислородсвязывающие средства (как правило, сульфит натрия).

Реагенты в жидком виде заливаются в ёмкость и дозирующим насосом подаются в деаэратор или во всасывающую линию питательных насосов. Если после деаэратора содержание кислорода не превышает предельных норм, сульфит натрия не дозируется. Для увеличения значения рН вырабатываемого пара до 8,5—9,0 установкой производится ввод аминов — мера, способствующая предотвращению коррозии пароконденсатного тракта и снижению содержания железа в конденсате и, соответственно, в питательной воде котлов.

Передозировка фосфатов может привести к образованию в котле отложений фосфатов железа (FePO4—NaFePO4), и эта опасность возрастает при пониженном значении рН котловой воды. В свою очередь, передозировка сульфитов увеличивает сухой остаток питательной и, соответственно, котловой воды. Отсюда возникает необходимость в регулярном мониторинге содержания в котловой воде сульфитов и фосфатов, а также отслеживании уровня рН.

В этой связи для обеспечения безаварийной работы котла желательно иметь в котельной экспресс-лабораторию, позволяющую определять все нормируемые показатели качества питательной и котловой воды. В противном случае соответствующие анализы нужно делать в центральной лаборатории.

Недопустимо образование накипи и других отложений на жаровой трубе, поскольку она находится в зоне высокого теплового напряжения, и её охлаждение происходит только за счёт котловой воды. В случае появления отложений на внешней части жаровой трубы её дальнейшая эксплуатация запрещается. Современные котельные всё чаще работают без обслуживающего персонала в полностью автоматическом режиме, в связи с чем необходим особо тщательный контроль водно-химического режима работы котлов и качества питательной воды.

Так, по инструкции Loos International следует проверять качество питательной и котловой воды для паровых жаротрубных котлов каждые 72 ч. При этом измеряются рН, щёлочность, жёсткость, содержание кислорода или кислородосвязывающего средства, электропроводимость, рабочая температура. В котловой воде измеряются значения рН, гидратной щёлочности, жёсткости, проводимости, содержание кислородосвязывающих средств, а также проверяется её внешний вид. Результаты измерений заносят в рабочий журнал. Кроме того, ежемесячно проводятся дополнительные анализы, указанные в рабочей карте котла.

Обычно поставщики импортных паровых жаротрубных котлов рекомендуют режим работы, определяемый из расчёта непрерывной продувки в объёме 5%. Поскольку скорость циркуляции воды в жаротрубных котлах незначительна, шлам скапливается в нижней части устройств. Поэтому рекомендуется часть непрерывной продувки (от 5 до 100 %) сбрасывать через быстродействующую арматуру удаления шлама.

Расход котловой воды, подлежащей сбросу, подсчитывается по формуле:

A = (Q × S)/(K — S),

где A — сбрасываемое количество котловой воды, кг/ч;

Q — производительность котла по пару, кг/ч;

S — проводимость питательной воды, мкСм/см;

K — допустимая проводимость котловой воды, установленная во время наладочных работ, мкСм/см.

Исходя из этого количества, вычисляется объём воды, сбрасываемой через быстродействующую арматуру удаления шлама, а также рассчитываются длительность импульса и продолжительность паузы. В некоторых инструкциях рекомендуемое значение импульса составляет около 2 с (благодаря коротким импульсам достигается больший эффект удаления шлама). Продолжительность паузы при этом может составлять от 0,1 до 10 и более часов.

В отличие от отечественных водотрубных котлов, продувка которых производится с периодичностью один раз в смену, по опыту эксплуатации жаротрубных котлов с чистым натрий-катионированием время паузы обычно составляет от 20 мин до 1 ч (точное значение необходимо устанавливать для каждого конкретного котла при наладке).

Среди дополнительного оборудования, предлагаемого производителями жаротрубных котлов, имеется автоматический клапан шламоудаления (продувки). В первую очередь он необходим котельным, работающим в полностью автоматическом режиме.

В заключение отметим, что жаротрубные паровые котлы безаварийно работают десятки лет, если обеспечен водно-химический режим, рекомендованный заводом-изготовителем и специализированной наладочной организацией.

 

Словарь терминов

Электропроводимость воды (единица измерения Сименс, обозначение См, S) — численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Она зависит от концентрации растворённых минеральных солей и температуры. По электропроводимости можно судить о минерализации воды.

По данным ЦКТИ, удельной электропроводности воды в 1 мкСм/см (без Н-катионирования) при t = 298 K соответствует концентрация NaСl, равная 470 мкг/кг.

 

Журнал «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ» №1 2009
Издательский Дом «Аква-Терм»