Какая температура питательной воды котла
Для безопасной работы водотрубных котлов большое значение имеет качество котловой воды, которая циркулирует во внутреннем контуре нагрева.
Если она не будет отвечать требованиям ГОСТ по качеству, в котле очень стремительно станут развиваться процессы накипеобразования. Кроме того необработанная вода будет способствовать активному коррозионному повреждению котловых труб.
Для того чтобы поддерживать примеси в котловой воде в нужном количестве, питательная вода, которая поступает в котел для компенсации утечек и технологического испарения, также должна соответствовать стандарту: ГНАОТ 0.00-1.08-94, инструкциям производителя котлоагрегата, типовым инструкциям по обеспечению водно-химического режима и иным нормативным материалов, с учетом результатов химической наладки работы котельного оборудования.
Виды водяного теплоносителя в системе теплоснабжения
Вода, в системе теплоснабжения двигаясь по водному тракту водотрубного котла, проходит несколько стадий и, следовательно, имеет разные названия.
Технологические стадии движения воды в пароводяном тракте водотрубного котла:
- Сырая – это исходная вода из различных источников воды, не прошедшая механическую и химобработку: горводопровод, артскважины и любые открытые водоемы.
- Питательная – вода, поступающая в водяной тракт котлоагрегата. Она предварительно поддается обработке в системах химводоподготовки с качеством, соответствующему режимным картам.
- Подпиточная – восполняет потери в теплосетях, вызванных утечкой воды. Согласно СНИП СП 124.13330.2012 среднегодовой размер утечки сетевой воды не может превышать 0,25% объема воды в магистральной сети и сетей потребителей без трубопроводов ГВС. Более конкретно он рассчитывается для каждой теплосети индивидуально по результатам наладочных испытаний.
- Котловая – вода, которая циркулирует по внутренним поверхностям парового котла. Температура котловой воды в паровом котле соответствует давлению насыщения, при нормативной паропроизводительности.
- Продувочная – вода, которую специально выпускают из внутреннего водяного контура парового котла, чтобы поддерживать нормативную щелочность котловой воды ph=9. Система непрерывной продувки в паровом котле устанавливается по результатам наладочных испытаний, процент продувки не должен превышать 5 % от паропроизводительности котла.
- Сетевая прямая/обратная – вода в тепловой сети от циркуляционного насоса в котельной до потребителя тепловой энергии и обратно.
Что такое котловая вода паровых котлоагрегатов
Водотрубный котел – источник тепловой энергии, в котором теплоноситель движется по внутренним трубным поверхностям нагрева. Такие котлы могут быть водогрейными, которые вырабатывают горячую воду с температурой от 95 до 150 С и паровыми, вырабатывающими пар низкого давления до 1 атм., среднего от 1 до 10 атм., высокого от 10 до 20 атм. и сверхвысокого от 20 атм.
Работа парового котла особенно зависит от качества котловой воды, поскольку пар, отбираемый из барабана или пароперегревателя котла, не имеет примесей, они концентрируются внутри агрегата, увеличивая солесодержание в котле кратно в зависимости от паропроизводительности котла.
Наиболее опасными для него считаются примеси, жесткость, соли и щелочи. Также не допускается присутствие кислорода и иных агрессивных газов.
Наиболее распространенные примеси в исходной воде
Перед тем как установить котлы, особенно паровые среднего и высокого давления, сырую воду тщательно исследуют по химсоставу и по пробам устанавливают предельное содержание примесей в питательной воде.
Качество воды должно отвечать нормам установленным заводом котельного оборудования. Для удаления вредных веществ и поддержания допустимого солесодержания котловой воды разрабатывают схему химвоодоочистки и выбирают соответствующее оборудование, которое будет удалять вредные примеси и химические элементы в нужном объеме.
Классификация вредных примесей в сырой воде, подлежащих удалению перед поступлением питательной воды в котлоагрегат:
- Растворенные вещества – твердые ингредиенты: карбонаты и сульфаты Са и Mg. При температуре свыше 65 С они отлагаются на металлических поверхностях в виде накипи.
- Взвешенные вещества, присутствуют в воде в форме взвесей, минеральной либо органической основы. Они обычно не опасны для котла, поскольку легко удаляются путем фильтрования.
- Агрессивные легкорастворимые газы: O2 и CO2 их присутствие способствует коррозии стальных поверхностей нагрева котла.
Жесткость
Сырая или исходная вода может относиться к мягкому или жесткому типам. В жесткой находятся соли жесткости Са и Mg, образующие накипь. В мягкой воде подобных примесей нет или они присутствуют в незначительных количествах. Жесткость определяется в мкг-экв/кг.
Присутствует два общепринятых вида жесткости:
- Временная или щелочная жесткость – бикарбонаты Са и Mg. Эти слабые легкорастворимые в воде соли, образующие щелочной раствор. В процессе нагрева теплоносителя они распадаются, с образованием СО2 и рыхлыми отложениями, выпадающими в шлам при больших скоростях движения теплоносителя.
- Постоянная или нещелочная жесткость аналогично обусловлена наличием солей Са и Mg, но в формуле сульфатов и хлоридов. При росте температуры воды в котле падает растворимость, соли переходят в трудноудаляемую накипь. При наличии в ней оксида кремния, вступающего в химреакцию с солями Са и Mg, образуются силикаты, ухудшающие теплообмен и вызывающие местный перегрев экранных труб с разрывом и возможным взрывом котла.
Общая жесткость воды равна сумме концентраций в теплоносителе ионов Са и Mg.
Водородный показатель рН
В системе подготовки питательной и подпиточной воды этот показатель имеет большое значение он также нормируется для каждого агрегата индивидуально. рН – это показатель содержание Н в воде, и представляет кислотную либо щелочную реакцию в воде. Общеизвестно, что В Н2О входят ионы 2-х типов – ионы Н+ и гидроксильная группа ОН-.
Если преобладают Н+, раствор считается кислотным, и имеет рН от 0 и 6.9. Когда больше ОН-, то раствор будет иметь щелочную характеристику с показателем рН между 7.1 и 14. В том случае, если число Н+ и ОН- равны между собой – вода имеет нейтральную характеристику, с показателем 7.
Щелочность
Практически для оценивания качества котловой воды применяется относительная щелочность котловой воды Щот, в %. Существуют такие разновидности щелочности воды:
- общая (ЩO), характеризует наличие в теплоносителе разнообразных ионов;
- гидратная (ЩГ), NaOH, связанная с ионами ОН-;
- бикарбонатная (ЩБ), связанная с бикарбонатными ионами;
- карбонатная (ЩK), Na2CO3 связанная с карбонатными ионами.
- фосфатная (ЩФ), Н2РО4 связанная с фосфатами, при применении фосфатирования котловой воды;
- силикатная (ЩС), НSiO3 связанная с силикатными ионами.
Данные виды взаимосвязаны между собой:
ЩO = ЩГ + ЩК + ЩK +ЩФ +ЩС
Определение щелочности котловой воды. В 1 мг-экв/кг котловой воды находится в мг/кг:
- 40 для NaOH;
- 84 для NaHCO3;
- 53 для Na2CO3.
Формула относительной щелочности:
Щ от=40*ЩО*100/S
где:
- ЩО – общая щелочность, мг-экв/кг;
- S – сухой остаток, мг/кг;
- 40 – эквивалент NaOH, мг/кг.
Необходимо знать, что Щот для паровых котлоагрегатов Р до 4.0 МПа, оборудованных барабанами и коллекторами, выполненных методом сварки, государственными нормами не лимитируется.
Что такое питательная вода
Эта вода подается центробежными либо паровыми насосами в паровой котлоагрегат для компенсации отобранного пара потребителем. В мощных агрегатах это смесь конденсата, вернувшегося от пароприемников и химочищенной воды после деаэратора, восполняющих внутрикотельные и внешние потери конденсата от потребителей.
Поскольку системы химводоподготовки у котельных различаются. Важно понимать, где начинается питательная вода. В котельных с деаэрационной обработкой питательной воды, она начинается с деаэратора и поступает на всас питательного насоса.
Затем она как правила поступает в хвостовые котловые поверхности – экономайзеры, где повышает свою температуру с 105 до 155 С, перед подачей в нижний барабан котлоагрегата и топочные экраны.
Нормы качества питательной воды для паровых барабанных котлоагрегатов, которые работают с естественным движением воды нормируется, и обязаны соответствовать таким показателям:
- Ж общая жесткость Р до 4 МПа не выше 5/10 мкг-экв/л для жидкого/твердого топлива;
- кремниевая кислота для Р от 7 до 10 атм., но не больше 80 мкг/кг;
- содержание О2, для Р до 10 атм не выше 20.0 мкг/кг;
- рН=9,10.
Характеристики котловой воды
На самом деле это питательная вода, образовавшаяся при испарении и отборе паре потребителями. В результате такого процесса в котле накапливаются соли, поступающие с питательной водой. В паровых котлоагрегатах, имеющих систему ступенчатого испарения, максимальная концентрация солей находится в солевом отсеке.
Часть примесей котловой воды оседают: железо, соли временной жесткости и меди, и разлагаются, например, карбонаты в водяном тракте котла.
При разложении карбонатов натрия во внутреннем контуре котлоагрегата образуется NaOH и углекислый газ СО2, который уносится паром.
Нормы качества котловой воды устанавливаются заводом-изготовителем, а контролируются в процессе работы оперативным персоналом с помощью отбора котловой воды.
На что влияет качество котловой воды
От него зависит работоспособность котлагрегата и котельного оборудования: электронасосов, турбин и теплофикационных установок. Самый опасный процесс, который вызывает вода низкого качества – накипеобразование.
Накипь откладывается внутри экранных и конвективных труб и существенно снижает эффективность котла. Это происходит из-за низкой теплопередачи от дымовых газов котловой воде, при этом создаются зоны перегрева.
Рано или поздно пережог труб приведет к ее разрыву, с выбросом в топочное пространство горячей воды при высоком давлении в котле.
Резкий выброс котловой воды снижает давление в барабане котлоагрегата, перегретая вода мгновенно превращается в пар, с объемом кратно превышающий объем воды, создается ударная сила, которая разрывает конструкцию котлоагрегата и может выбросить барабан на десятки, а то и сотни метров, разрушая здания котельной.
Не менее опасно нахождение в котловой воде кислорода, который влияет на активизацию коррозионных процессов на стальных котловых трубах, коллекторах и барабанах. В том случае, когда с рН воды меньше 7, коррозия может повредить значительную часть котловых поверхностей.
При рН выше 9.5 щелочная вода будет сильно пениться, искажать реальный уровень воды в барабане котлоагрегата и может захватить пену паром, что очень опасно для паросилового оборудования. Кроме того повышенная щелочность создает условия для межкристаллического растрескивания и увеличения хрупкости стальных деталей.
Требования и нормы качества к воде в пароводяном тракте котла
Качество воды в котлоагрегате нормируются государственными стандартами, режимными картами завода-изготовителя при проектировании и производстве каждого котла.
Также разрабатывается проект химводоподготовки для удаления вредных веществ и агрессивных газов. После установки котла и оборудования ХВО проводятся наладочные испытания, в процессе которых устанавливается водно-химический режим агрегата, технология его непрерывной и периодической продувки.
Основные показатели химического состава котловой воды в барабанных котлоагрегатах с Р до 4 МПа, сварными барабанами с вальцовкой труб:
- Относительная щелочность до 50%.
- Жо= 5/10 для жидкого/твердого топлива, мкг-экв/кг.
- Прозрачность, определяемая методом шрифта – 40 см.
- Содержание Fe= 50/100 для жидкого/твердого топлива, мг/кг
- Содержание Cu= 10/не нормируется для жидкого/твердого топлива, мкг/кг.
- Содержание растворенного О2= 20/30 для жидкого/твердого топлива, мкг/кг
- Значение рН = 9.0 при 25 С.
- Содержание нефтепродуктов- 0.5 мг/кг.
Методы контроля качества котловой воды
Контроль качественного состава котловой, питательной, продувочной и подпиточной воды проводится в обязательном порядке для всех типов водотрубных котлоагрегатов в соответствии с методическими указаниями РД 24.032.01-91.
Объем химконтроля определяется проектом химводоподготовки и данными наладочных испытаний. Он обязан гарантировать долговечную и эффективную работу основного и вспомогательного оборудования котельной по паросиловому и водяному тракту котла.
Химконтроль дает количественное представление о качестве сырой воды и смены своего состава в пароводяном тракте котла, системе ХВО и в конденсатопроводе. По этим данным определяют размер продувки котлоагрегатов, влажность пара и % возврата конденсата, а также эффективность функционирования деаэрационной установки.
Способы обработки питательной и котловой воды
Коррекционную обработку котловой воды начинают сразу же после забора из источника водоснабжения. Все потоки воды собирают в специальные баки: конденсата, деаэрационной воды, химочищенной воды, подпиточной воды и другие по схеме докотловой очистки воды.
Далее она поступает в системы водоочистки, которые могут состоять из одного или всех узлов:
- Механическая очистка – удаляет крупные нерастворимые взвешенные вещества.
- Система умягчения воды. С применением известкового смягчения воды или использованием натрий катионитовых ионообменных фильтров с регенерацией их хлористым натрием или поваренной солью.
- Для паровых котлов, имеющих барабаны и вырабатывающих пар с давлением до 10 атм, широкое используют метод фосфатирования котловой воды. Для поддержания рН=9,1 вводят фосфаты в барабан котлоагрегата.
Докотловая обработка воды в домашних условиях
Сложные ионообменные фильтровые установки довольно дорогостоящие, их установка может быть экономически нецелесообразной для котлов малой мощности, например, в жилых домах. В таких вариантах применяют более простые и дешевые средства химических и физических методов докотловой обработки воды: ультразвук, электростатика и магнитная котловая обработка.
Самым простым вариантом коррекционной обработки котловой воды считается магнитный метод водоподготовки. Вода, после магнитного поля, существенно теряет накипеобразующие качества. Кроме того она положительно воздействует на уже образованную накипь на трубах, которая разрыхляется, выпадает в шлам и выносится с продувочной водой.
Для того чтобы обеспечить нормативный срок эксплуатации котлов собственник должен выполнять все требования к качеству питательной и котловой воды. Для этого применяются специальные водоочистные системы, и контролируется состав воды, через выполнение анализов котловой воды и питательной воды.
Сегодня многие компании наладили выпуск компактных фильтров для очистки питательной воды, которые легко устанавливаются и эксплуатируются. К ним можно отнести марки MIGNON, Тайфун, Наша Вода и Гейзер. Фильтры отлично очищают воду перед подачей в котел, тем самым снижают процесс накипеобразования и коррозионного повреждения труб и теплообменников, что увеличивает их срок службы.
Источник
Д.т.н. Б.А. Байрашевский
Температура уходящих газов является одним из уязвимых показателей экономичности и надёжности работы котлов, особенно на участках, где конденсация водяных паров на поверхностях теплообмена приносит много хлопот эксплуатационному персоналу. При сжигании природного газа с избытками воздуха 0,06 парциальное давление водяных паров на выходе из котла и точка росы соответственно равны: ≈ 0,13 и ≈ 51 ÷ 52. Во избежание коррозии (рис. 1) на поверхностях нагрева со стороны уходящих газов перед входом трубу целесообразно соблюдать условие: > ≈ 51 ÷ 52. Причём, в процессе эксплуатации достаточно иметь превышение: ≈ + (5 ÷ 7). Из учёта большой теплопроводности металла предельно-минимальное значение температуры воды на входе в экономайзер котла () может быть равным порядка ≈ + (5 ÷ 7) ≈ 60 , что (рис. 1) гарантирует антикоррозионный режим: > .
Здесь следует заметить, что процесс теплообмена в пограничном слое на стенке дымовой трубы, «охлаждаемой» наружным воздухом, аналогичен (рис. 2) процессу теплообмена в газоходе экономайзера. В отличие от последнего избежать коррозии (<) на внутренней стенке трубы (сохраняя температуру уходящих газов = const) можно путём установки теплоизоляции на её наружной стенке. В результате, как это видно на рис.2, достигается условие: > > .
Экономичность работы котла определяется в основном двумя аргументами: температурой питательной воды с учётом упомянутого соотношения ≈ + (5 ÷ 7) ≈ 60 и величиной поверхности нагрева водяного экономайзера . Условие ≈ + (5 ÷ 7) ≈ 60 реализуется путём установки теплообменника за деаэратором [1, 2]. В отличие от этого изменение поверхности нагрева = водяного экономайзера требует выполнения оптимизационных расчётов по сопоставлению ожидаемого эффекта и затрат на увеличение числа рядов труб в колонке водяного экономайзера. Принимая во внимание длительность рабочей и межремонтной кампаний котлов типа ДЕ, мероприятие по наращиванию поверхности нагрева = водяного экономайзера с целью удержания антикоррозионного режима при = 60 и, как следствие – предельно-минимального значения температуры уходящих газов – целесообразно.
Путём простейшего анализа, рассматривая водяной экономайзер с поверхностью как теплообменник, расположенный в газоходе котла, определим общие тенденции изменения зависимости = . Согласно уравнениям теплопередачи и теплового баланса по газам и воде запишем:
= (- ), (1)
= 0,5(+), (2)
= 0,5(+), (3)
= (-), (4)
= (-), (5)
где , – коэффициент теплопередачи и плотность теплового потока через поверхность водяного экономайзера; , – средние значения температур дымовых газов и воды в водяном экономайзере; , и , – температуры газов и воды на входе и выходе из водяного экономайзера; , и , – массовые расходы и теплоёмкости дымовых газов и воды.
В результате совместного решения (1) ÷ (5) определяем взаимосвязи:
, (6)
, (7)
. (8)
На основании (7) с учётом (8) и (6) определяем частные производные, т. е. относительные приросты температуры уходящих газов от температуры питательной воды и от поверхности нагрева водяного экономайзера:
, (9)
. (10)
Уравнение (9) позволяет оценить темп прироста показателя от степени наращивания поверхности нагрева экономайзера =:
. (11)
На основании анализа уравнений (9) ÷ (11) следует, что по мере возрастания поверхности нагрева экономайзера = температура уходящих газов снижается. Причём, темп этого снижения
имеет характер асимптоты. Именно этот факт лежит в основе оптимизации путём наращивания поверхности нагрева экономайзера. В отличие от этого однозначность эффективности мероприятий по стабилизации [1] температуры питательной воды на уровне ≈ + (5 ÷ 7) ≈ 60 не вызывает сомнений.
Также (рис.3) практический интерес представляют собой результаты сопоставления показателей котла в диапазоне нагрузок = 1800 ÷ 4000 кг/ч для двух режимов: с одной стороны при = 60= const и значениях = f() = 67,1 ÷ 97,9; аналогично с другой – при = 100 = const и = f() = 95,5 ÷ 62,4. Возможности выявления минимальных значений показателей путём изменения температуры питательной воды в диапазоне = 95,5 ÷ 62,4 здесь очевидны. Как следует из данных, приведенных на рис. 2, при наличии теплоизоляции трубы не привычное в условиях эксплуатации значение температуры уходящих газов на уровне = 67,1 не представляет серьёзных опасений, т. к. исключает условия для создания очагов коррозии на её стенке изнутри.
На рис.4, 5 даны результаты расчётов, выполненных на основании то- го же программного файла КДЕ6 с учётом аналитических зависимостей (9)÷(11).
Анализ результатов исследований, приведенных на рис.1÷5 даёт полную ориентацию при формировании мероприятий по повышению экономичности работы котла типа ДЕ и соблюдении антикоррозионного режима его работы, как в газоходе водяного экономайзера, так и по тракту в дымовой трубе.
Выводы
1. Анализ показателей работы котла типа ДЕ по мере изменения его нагрузки и температуры питательной воды свидетельствует о том, что значение последней на уровне = 60 = const является оптимальным.
2. Уровень экономичности котла (, кг/Гкал) при установленном значении = 60 = const определяется размерами поверхностей экономайзера = и мероприятиями по исключению (возможно, путём теплоизоляции наружных поверхностей) выпадения росы на её внутренней стенке.
3. Регулирование температуры питательной воды по мере изменения нагрузки котла (с установленным теплообменником) представляет собой эффективный метод оптимизации режимов его работы.
Литература
1. Байрашевский Б.А. Модельные исследования на фоне задач энергосбережения. Энергетическая стратегия, № 3, май-июнь 2012 г.
2. Байрашевский Б.А. Аудит паровой котельной: подводные камни. Энергетика и ТЭК, № 2 (107), февраль 2012 г.
Источник