В барабанных паровых котлах для исключения возможности образования накипей необходимо, чтобы концентрация солей в воде была ниже критической, при которой начинается их выпадение из раствора. Для поддержания необходимой концентрации из котла продувкой выводится некоторая часть воды и вместе с ней удаляются соли, поступающие с питательной водой. В результате продувки количество солей, содержащихся в котловой воде, стабилизируется на допустимом уровне, исключающем их выпадение из раствора. Применяются непрерывная и периодическая продувки котла. Непрерывная продувка обеспечивает равномерное удаление растворенных солей и из места их наибольшей концентрации в верхнем барабане. Периодическая продувка применяется для удаления шлама, осевшего в элементах котла, и производится из нижних барабанов и коллекторов котла через каждые 12-16 ч. Схема непрерывной продувки показана на рис. 5.19. Вода непрерывной продувки из котла поступает в расширитель, где поддерживается давление, меньшее чем в котле. В расширителе часть продувочной воды испаряется, и образовавшийся пар поступает в деаэратор. Оставшаяся в расширителе вода удаляется через теплообменник и после ее охлаждения сливается в дренажную систему.

Рис. 5.19.

системе испарения

/ - труба с отверстиями по длине для отвода продувочной воды; 2 - труба для

подвода питательной воды

Величину непрерывной продувки Р, %, устанавливают чаще всего по общему солесодержанию в питательной воде и выражают в процентах паропроизводительности котла

р= О пр /й- 100, (5.5)

где /) пр и /) - расходы продувочной воды и номинальная па-

ропризводительность котла, кг/ч.

Расход питательной воды /) п в при наличии непрерывной продувки составляет

0„.в = В + О пр. (5.6)

Количество воды, удаляемой непрерывной продувкой, определяют из уравнения солевого баланса котла

АмА.в = + Аф^пр’ (5-7)

где /) пв - расход питательной воды, кг/ч;

5 ПВ, 5 И и 5 - солесодержание питательной воды, пара и

продувочной воды, кг/кг.

В котлах низкого и среднего давления количество солей, уносимых паром, незначительно, и членом Лб/ можно пренебречь. Тогда количество воды, удаляемой с продувкой, равно

Аф = АыА.в / Аф-

Подставляя значение О пп из выражения (5.6) и с учетом формулы (5.5), величину продувки определяют

Р=5 п. в 100/(5 пр -5 п. в). (5.8)

В целях уменьшения потерь теплоты с продувкой следует стремиться к уменьшению количества выводимой из котла воды. Эффективным методом снижения количества продувочной воды является ступенчатое испарение воды, сущность которого состоит в том, что испарительную систему котла разделяют на ряд отсеков, соединенных по пару и разделенных по воде. Питательную воду подают только в первый отсек. Для второго отсека питательной водой служит продувочная вода из первого отсека. Продувочная вода из второго отсека поступает в третий отсек и т.д. Продувку котла осуществляют из последнего отсека. Так как концентрация солей в воде второго или третьего отсека значительно выше, чем в воде при одноступенчатом испарении, для вывода солей из котла требуется меньший процент продувки. Системы ступенчатого испарения и продувки обычно выполняют из двух или трех отсеков. Повышение солесодержа-ния воды при нескольких ступенях испарения происходит ступенями и в пределах каждого отсека устанавливается постоянным, равным выходному из данного отсека. При двухступенчатом испарении систему делят на две неравные части - чистый отсек, куда подается вся питательная вода и вырабатывается 75- 80 % пара, и солевой отсек, где вырабатывается 25-20 % пара. На рис. 5.20 показана схема испарительной системы с двухступенчатым испарением с солевыми отсеками, расположенными внутри барабана котла, в его торцах. При двухступенчатом испарении относительная суммарная паропроизводительность солевых отсеков, необходимая для обеспечения заданного солесо-держания воды в чистом отсеке при отсутствии переброса воды в него из солевых отсеков, определяется из выражения

Пц > (100 + /?)? пв / ? в1 -р, (5.9)

где п и - паропроизводительность солевых отсеков, %;

Пв и 5 в1 - солесодержание питательной воды и воды в чистом отсеке, кг/кг; р - продувка из солевого отсека, %.

Оптимальная паропроизводительность солевых отсеков при двухступенчатом испарении определяется допустимым солесо-держанием в паре и при величине продувки в 1 % составляет 10-20 %, а при продувке 5 % - 10-30 %.

Рис. 5.20.

1 - подвод питательной воды; 2 - отвод пара; 3 - продувка чистого отсека; 4 - продувка солевого отсека; 5 - испарительные поверхности нагрева, включенные в солевой отсек; 6 - испарительные поверхности нагрева, включенные

в чистый отсек

Избежать появления накипи на поверхностях нагрева барабанного котла только путем улучшения качества питательной воды и продувки котла не всегда возможно. Поэтому дополнительно применяют коррекционный метод обработки воды, при котором соли Са и переводят в соединения, не растворимые в воде. Для этого вводят в воду реагенты-вещества, анионы которых связывают и осаждают в виде шлама катионы кальция и магния. Образующийся шлам удаляется периодической продувкой.

В качестве корректирующих реагентов применяют тринатри-фосфат № 3 Р0 4 12Н 2 0. При введении этого реагента происходит реакция с кальциевыми и магниевыми соединениями

6Ш 3 ?0 4 + ЮСа80 4 + 2№ОН =

ЗСа 3 (Р0 4) 2 + Са(ОН) 2 + Ю№ 2 80 4 . (5.10)

Получившиеся вещества - Са 3 (Р0 4) 2 ; Са(ОН) 2 ; 1(Ша 2 80 4 - обладают малой растворимостью и выпадают в виде шлама, удаляемого периодической продувкой из нижнего барабана и коллектора котла.

В некоторых случаях в качестве корректирующих веществ используют комплексоны.

Питательная вода в барабане смешивается с котловой водой и по необогреваемым опускным трубам подводится к нижним коллекторам, откуда распределяется по обогреваемым экранным трубам. В экранных трубах начинается процесс парообразования, и пароводяная смесь из экранной системы по пароподводящим трубам вновь попадает в барабан, где происходит разделение пара и воды. Последняя смешивается с питательной водой и вновь поступает в опускные трубы, а пар через пароперегреватель поступает к турбинам. Таким образом, вода в движется по замкнутому кругу, состоящему из обогреваемых и не обогреваемых труб. В результате многократной циркуляции воды с образованием пара происходит упаривание котловой воды, т.е. концентрирование находящихся в ней примесей. Бесконтрольное возрастание примесей может привести к ухудшению качества пара (за счет капельного уноса котловой воды и ее вспенивания) и к образованию отложений на поверхностях нагрева. Для предотвращения этих процессов предусматривается ряд мероприятий:

• Ступенчатое испарение и внутрикотловые сепарационные устройства для улучшения качества образующегося пара.
• Коррекционная обработка котловой воды (фосфатирование и аминирование) для уменьшения количества отложений и поддержания рН паров по нормам ПТЭ.
• Применение непрерывной и периодической продувок с целью вывода избыточного количества солей и шлама.
• Консервация котлов в период летних простоев.

Ступенчатое испарение

Сущность этого способа состоит в разделении поверхности нагрева, коллекторов и барабанов на несколько отсеков, каждый из которых имеет самостоятельную систему циркуляции.

Питательную воду подают в верхний барабан котла, который является частью чистого отсека. Чистый отсек производит обычно до 75-80% общего объема пара. В нем поддерживают определенное и невысокое солесодержание котловой воды за счет увеличенной продувки в солевые отсеки. Пар из чистого отсека имеет удовлетворительное качество. Котловая вода солевых отсеков имеет повышенное солесодержание. Пар из солевых отсеков будет невысокого качества и потребует хорошей очистки, но его будет немного: 20-25%, поэтому общее качество пара будет удовлетворительным. Ступенчатое испарение осуществляется с помощью выносных циклонов, являющихся солеными отсеками. Чистым отсеком служит барабан котла. Продувочная вода из барабана котла поступает в установленный рядом с барабаном циклон, для которого эта вода является питательной. Циклон имеет отдельный контур циркуляции и выдает пар в барабан котла. Продувка осуществляется только из циклона.

Для снижения капельного уноса, т.е. влажности пара, в барабанах и циклонах котлов низкого и среднего давления предусматриваются различные сепарирующие устройства в виде пароотбойных щитов, щелевых перегородок, жалюзей, сухопарников, устанавливаемых перед пароотводящей трубкой. Действие их основано на механической сепарации пара за счет сил инерции, центробежных сил, смачивания и поверхностного натяжения. Все это позволяет отделить капельки воды, захваченные паром из парового пространства.

Коррекционная обработка котловой воды

В паровых котлах при высокой кратности испарения и сравнительно небольших водяных объемах в котловой воде настолько возрастает концентрация солей, что даже при незначительной жесткости питательной воды возникает опасность образования накипи на поверхности нагрева. Поэтому в котлах производится обычно «доумягчение» посредством фосфатирования, т.е. коррекционной обработки котловой воды фосфатами: тринатрийфосфатом, триполифосфатом натрия, диаммонийфосфатом, аммонийфосфатом, триаммонийфосфатом.

При растворении в коррекционном растворе тринатрийфосфата или триполифосфата натрия образуются ионы Na+, PO43. Последние с катионом кальция котловой воды образуют нерастворимый комплекс, выпадающий в осадок в виде шлама гидроксилапатита не прилипающего к поверхности нагрева и легко удаляемого из котла с продувочной водой. Одновременно путем фосфатирования может поддерживаться определенная щелочность и рН котловой воды, обеспечивающая защиту металла от коррозии. Избыток фосфатов в котловой воде должен поддерживаться постоянно в количестве, достаточном для образования шламовых солей жесткости. Однако превышение содержания фосфатов по сравнению с нормами ПТЭ также не допускается, так как при наличии большого количества железа и меди в котловой воде могут образовываться феррофосфатные отложения и накипи фосфата магния.

Аминирование проводится для связывания углекислоты, выделяющейся в пар, из-за термического распада и гидролиза бикарбонатной и карбонатной щелочности. При этом можно достичь значений рН пара, нормируемых ПТЭ, т.е. 7,5 и более. Узел дозировки аммиака в добавочную воду находится на ХВО и обслуживается персоналом химцеха. Величина дозировки аммиака, выраженная в процентном соотношении от количества добавочной воды, подаваемой в котельный цех, устанавливается на автоматическом насосе-дозаторе персоналом ХВО в зависимости от рН перегретых паров по указанию лаборанта химконтроля.

Для одновременного аминирования и фосфатирования (при отключении узла аминирования на ХВО) коррекционная обработка котловой воды проводится смесью аммонийных солей фосфорной кислоты в различном соотношении в зависимости от рН перегретого пара. При растворении в воде вышеуказанных солей в коррекционном растворе образуются ионы NН3+, РО43.

Фосфатный или фосфатно-аммиачный раствор вводится в барабан котла первой ступени испарения. Фосфатно-аммиачный раствор готовится в комнате приготовления фосфатов на 2-м этаже котло-турбинного цеха в специальном баке-вытеснителе путем растворения солей на решетке для задержки грубых примесей горячей питательной водой и перекачивается в три фосфатных бака в турбинном отделении и один фосфатный бак в котельном отделении, откуда дозировочными насосами подается в котлы. Для надежного и непрерывного корректирования котловой воды в котлы подключены по 2 насоса, работающие либо совместно, либо в одиночном режиме. Три основных и один резервный фосфатный насос котлов.

Раствор фосфатов готовится персоналом химцеха и контролируется по концентрации PO43 и при необходимости NH4+ лаборантами сменной лаборатории с записью результатов в рабочий журнал. Ввод фосфатного раствора и наблюдение за работой дозировочных насосов производится персоналом котельного цеха. Контроль за концентрацией фосфатов в котловой воде ведет персонал химцеха (лаборанты химанализа сменной лаборатории). Для проверки правильности водно-химического режима в котловой воде необходимо контролировать не только концентрацию фосфатов, но и рН, так как условием соблюдения этого режима является соответствие между концентрацией фосфатов и рН.

Для быстрого устранения внезапного понижения рН котловых вод ниже норм ПТЭ (9,3 ед. рН для чистого отсека) имеется бак раствора щелочи. Раствор щелочи готовится персоналом химцеха в баке-вытеснителе и перекачивается с помощью насоса. По указанию лаборанта химконтроля персонал КТЦ собирает схему для ввода щелочи в питательную воду.

Щот = 100% * 40 (2Щфф-Щоб) / Sк.в. ,

где Щоб – общая щелочность котловой воды; Щфф – щелочность по фенолфталеину; 40 – эквивалентный вес NаОН; Sк.в. – солесодержание котловой воды.

Одним из основных требований, предъявляемых к водному режиму котлов, является , обеспечивающего минимальные загрязнения внутренних поверхностей пароперегревателя и проточной части турбин, где солевые отложения откладываются в виде кремниевых соединений и натриевых солей. Поэтому качество пара принято характеризовать по содержанию натрия.

Среднее по всем точкам отбора качество насыщенного пара котлов с естественной циркуляцией, а также качество перегретого пара после всех устройств для регулирования его температуры должно удовлетворять следующим нормам:

• содержание натрия – не более 60 мкг/дм3;
• значение рН для котлов всех давлений не менее 7,5.

Продувка котлов

Остаточные примеси, содержащиеся в питательной воде, попадая в , по мере испарения воды концентрируются, в результате чего солесодержание котловой воды непрерывно возрастает. В связи с этим возникает необходимость вывода этих солей из цикла обращения воды на электростанциях. Для барабанных котлов такой вывод осуществляется путем непрерывного удаления из солевого отсека некоторой части котловой воды, т.е. путем непрерывной продувки.

Продувка связана со значительными тепловыми потерями, согласно картам ВХР котлов она должна составлять 2– 4 %. Процент продувки подсчитывается по анализам котловой и питательных вод:

Р= 100% * (Sп.в. - Sп.) / (Sк.в -Sп.в),
где Sп.в - солесодержание питательной воды;
Sп.- солесодержание пара;
Sк.в. – солесодержание котловой воды (соленый отсек).

Непрерывная продувка котла осуществляется персоналом котельного цеха по указанию дежурного химконтроля на основании результатов анализа котловой воды. Дежурный лаборант сменной лаборатории рассчитывает необходимое на данный момент для выдерживания величины продувки 2-4% солесодержание солевых отсеков в зависимости от солесодержания пара и питательной воды и сообщает полученное значение машинистам котлов и начальнику смены КТЦ.

Нормы качества котловой воды , режимы непрерывной и периодической продувок должны быть установлены на основе инструкции завода изготовителя котла, типовых инструкций по ведению водно-химического режима или результатов тепло-химических испытаний, проводимых электростанцией, службами АО энерго или специализированными организациями.

Непрерывная продувка ведется на сепаратор непрерывных продувок через регуляторы (РНП). При необходимости непрерывная продувка может осуществляться на сепаратор периодических продувок помимо РНП. В сепараторах часть продувочного объема в виде пара возвращается в цикл через линию греющего пара на деаэраторы. Другая в виде воды высокого солесодержания идет в бак подпитки теплосети или дренируется.

Периодическая или шламовая продувка производится из нижнего коллектора котла. Назначение продувки – удаление из котла грубовзвешенного шлама, окислов железа, механических загрязнений в целях предупреждения заноса в экранные трубы и последующего прикипания их к трубам, скопления шлама в коллекторах и стояках.

Периодическая продувка работающих котлов производится персоналом котельного цеха по указанию дежурного по химконтролю 1-2 раза в сутки в зависимости от цветности котловой воды (желтый или темный цвет). Во избежание нарушения циркуляции не разрешается открывать нижнее точки котла на продолжительное время (более 1 минуты).

Консервация котлов

Основным элементом, дающим отложения на поверхности нагрева, в частности, при избытке фосфат-ионов (феррофосфатные отложения), является железо, приходящее с питательной водой, образующееся в котле в результате стояночной коррозии в присутствии углекислоты.

Для борьбы со стояночной коррозией, протекающей в результате поглощения кислорода и наличия пленки влаги, предусматривают различные способы консервации оборудования. Наиболее простой метод консервации на короткий срок (не более 30 дней) является заполнение котлов питательной водой с поддержанием избыточного давления для предотвращения присоса воздуха (кислорода).

Каждый случай консервации котлов должен быть отражен в оперативном журнале котельного отделения. Химический контроль предусматривает проверку избыточного давления и определения кислорода в питательной воде (не более 30 мкг/л), с записью в ведомости химконтроля и журнале консервации котлов.

При консервации на длительный срок более надежна консервация с применением ингибиторов коррозии, которые способствуют образованию на поверхности металла защитных пленок, препятствующих дальнейшему протеканию коррозионных процессов.

Растопка котлов

Перед растопкой котла он медленно наполняется водой. Если котел был заполнен консервирующим раствором (щелочь), то последний опускается до 1/3 уровня, и в котел добавляется питательная вода. Дежурный лаборант химконтроля отбирает пробы воды для контроля содержания общей жесткости, прозрачности и концентрации железа. При жесткости более 100 и прозрачности менее 30 производится интенсивная продувка котла.

При взятии нагрузки необходимо следить за солесодержанием и содержанием натрия в парах. При повышении этих показателей – подъем нагрузки необходимо задержать, увеличить непрерывную продувку.

Питательная вода котловых установок не является полностью обессоленной. Соли поступают как с подпиточной водой, так и с солями комплексонов, используемых при химобработке питательной воды, а также могут образовываться при конденсации пара и поступать вместе с возвратом конденсата.

При кипении воды в котле концентрация солей возрастает, так как растворенные соли остаются в котловой воде и не уносятся вместе с паром. На поверхности раздела фаз образуется пена, которая влечет ряд негативных последствий.

Пена может влиять на точность измерение уровня воды в котле и, следовательно, на безопасность эксплуатации оборудования.

Поднимаясь с паром в паропроводы, пена ведет к снижению сухости пара, прикипает к поверхностям паропроводов и теплообменных аппаратов и, следовательно, ведет к снижению эффективности теплопередачи.

Поддерживать высокое качество пара, характеризуемое чистотой и степенью сухости и измеряемое уровнем солесодержания в питательной воде (TDS), является функцией продувки. Иногда эта продувка называется непрерывной или верхней продувкой(рис.1). Она может быть как ручной, так и автоматической, но в обоих случаях конструкция затвора на имеет принципиальную особенность.

Наиболее эффективно непрерывная продувка выполняется путем автоматизации данного процесса – непрерывного измерения уровня TDS и регулирования интенсивности продувки регулирующим клапаном, а также при утилизации вторичного пара и при использовании тепла дренируемой котловой воды для подогрева, например, той же подпитки.

Рисунок 1.

Твердые остатки солей под собственной тяжестью опускаются на дно котлов, образуя накапливающийся слой нерастворимых солей. Для удаления этого осадка применяется периодическая нижняя продувка (рис.2). Резкое открытие клапана нижней продувки с большим проходным сечением создает большой перепад давления на седле клапана, под действием которого формируется разряжение на седле, засасывающее большую часть солей.

Рисунок 2.

Необходимость обеспечить высокое быстродействие и наличие твердых осадков в дренируемой воде накладывают определенные требования к конструкции клапанов нижней продувки. Клапаны периодической нижней продувки могут быть с ручным приводом и с пневмоприводом в автоматических системах.

Дисковые клапаны периодической продувки являются исключительно удачным техническим решением для данной задачи.

Качество и параметры воды (давление и температура) также определяют конструкцию расширителей продувки или сепараторов вторичного пара, используемых для утилизации тепла и охлаждения воды перед ее сбросом в дренаж.

Нижняя продувка не заменяет продувку, ведущую к снижению солесодержания в питательной воде. Регулирование солесодержания (TDS) путем применения только нижней продувки ведет к большим потерям котловой воды и теплоты, уносимой с водой.

По сравнению с ручным регулированием точность поддержания требуемого уровня TDS автоматическими средствами намного выше, особенно, при изменяющемся уровне TDS питательной воды. Высокая точность ограничивает интенсивность образования пены при условии снижения потерь теплоты на верхней продувке и снижения интенсивности отложения твердых остатков или потерь котловой воды на нижней продувке.

Чтобы в котле не скапливались шлам, ил, песок и масло, котел периодически продувают. Для удаления примесей питательной воды, скапливающихся в нижней части котла, служит нижнее продувание, а для удаления масла и грязи, плавающих в верхних слоях воды,-верхнее продувание.

Нижнее продувание, как. уже говорилось, производится через кран нижнего продувания, а верхнее-через кран верхнего продувания.

Верхнее продувание производят следующим образом.

1) В котел подкачивают воду выше рабочего уровня на величину того ее количества, которое должно быть удалено из котла при продувке, т. е. на 3-5 см по водоуказательному прибору.

2) Открывают полностью кингстон (бортовой кран).

3) Открывают медлинным поворотом ручки кран верхнего продувания (при быстром открытии этого крана вода, устремившаяся через него в отливную трубу, может вызвать сильные удары). При этом верхние слои воды уходят в воронку приемной трубы крана„ увлекая за собой пену

4) Наблюдают по водоуказательному стеклу, когда уровень воды в котле понизится до прежнего (но не ниже рабочего); и в этот момент быстрым поворотом ручки закрывают кран верхнего проду: вания.

5) Закрывают кингстон.

Порядок производства нижнего продувания такой же, как и верхнего, но с той существенной разницей, что верхнее продувание осуществлялось при полном котельном давлении, а для нижнего продувания так можно поступать только в том случае, если в качестве крана нижнего продувания установлен дисковый кран или, когда в трубопроводе нижнего продувания установлена дроссельная шайба. В противном случае, чтобы уменьшить опасность большого выдувания из котла воды и возможности оголения при этом потолка огневой камеры, перед нижним продуванием давление в котле необходимо понизить до 2-3 ат.

После нижнего продувания в котел нужно ввести антинакипин.

Очередность продувок и количество воды, которое следует удалить из котла при продуваниях, зависят от типа котла, количества в нем воды, качества ее, наличия фильтров питательной воды и грязевиков., и устанавливаются механиком парохода по согласованию с механико-судовой службой пароходства.

С учетом всех этих обстоятельств очередность продувок устанавливается от четырех до шести раз в сутки. Количество выдуваемой из котла воды по водоуказательному стеклу колеблется в пределах:

для верхнего продувания-от 2 до 4 см;

для нижнего продувания-от 2 до 5 см.

Выше было отмечено, что при отсутствии дроссельной шайбы или дискового крана перед нижним продуванием давление пара в котле приходилось понижать до 2-3 ат. Это значит, что для соблюдения указанной очередности продувок давление нужно понижать до шести раз в сутки. Если по условиям работы парохода этого нельзя было делать, то нижнее продувание приходилось производить один раз в 2-6 суток и выдувать из котла большее количество воды.

Из сказанного ясно, какое значение имеют дроссельные шайбы и дисковые краны.

Следует иметь в виду, что продувание, в особенности нижнее, является очень ответственной операцией, так как, производя его, по недосмотру или неумению можно упустить воду и вызвать тем самым серьезную аварию котла. Поэтому кочегар может производить нижнее продувание только с разрешения своего вахтенного начальника и вместе с ним. При открывании кранов продувания crpoj- го запрещается надевать на их ручки трубу или применять ломик, так как при этом легко сломать ручку крана., и тогда его нельзя будет закрыть.