Водоподготовка и очистка воды

Процесс водоумягчения продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между ионами натрия и кальция (магния, железа) в воде и ионами тех же металлов в катионитовом материале. В дальнейшем умягчение воды приостанавливается. Для восстановления обменной способности катионита его обрабатывают натриевыми солями, в частности поваренной солью. Эта обработка носит название регенерации, т. е. промывание катионита 5—10%-ным раствором поваренной соли. Количество поваренной соли, необходимое для регенерации, зависит от количества катионита, его свойств и главным образом от его обменной способности. Обменная способность катионитов различна и зависит как от общей жесткости воды, поступающей на фильтр, так и от крупности зерен сульфоугля (0,3— 1 мм). Она определяется количеством ионов в граммэквивалентах, которое поглощает 1 т катионита и обозначается в г-экв/т или
в мг-экв/кг. Обменную способность сульфоугля принимают в пределах 280÷350 мг-экв/кг.

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.

Воду из поверхностных водоемов для удаления из неѐ взвешенных и коллоидных примесей фильтруют и коагулируют в специальных устройствах — механических фильтрах. Для освобождения воды от коллоидных примесей применяют коагуляцию (свертывание), т. е. вводят в обрабатываемую воду до ее механической фильтрации хорошо растворимые сернокислые (или хлористые) соли алюминия или железа.

Фильтрация и коагуляция питательной воды

Воду из поверхностных водоемов для удаления из неѐ взвешенных и коллоидных примесей фильтруют и коагулируют в специальных устройствах — механических фильтрах

Снижение жесткости и поддержание необходимой величины щелочности в питательной воде 

Эта обработка воды зависит от качества и количества добавляемой воды, типа котельных агрегатов, параметров пара, нормы содержания солей, щелочи, сухого остатка и шлама в котловой воде. Очевидно, что для паровых котельных подобная: обработка воды имеет более существенное значение, чем для водогрейных. В водогрейных котельных (при отсутствии непосредственного водоразбора на горячее водоснабжение) в системе циркулирует одна и та же вода (за исключением незначительных добавок на утечки), причем в котлах она только нагревается. В паровых же  котельных поступающая в паровые котлы питательная вода (из-за потерь конденсата) постоянно пополняется исходной водой, и эта вода не только нагревается, но и подвергается испарению. Соли, содержащиеся в исходной воде, не выносятся с паром, а остаются в котловой воде, постепенно ухудшая ее состав. Для поддержания концентрации солей котловой воды на должном уровне ее частично, постоянно или периодически обновляют. Эта операция называется соответственно постоянной (непрерывной) или периодической продувкой.

В отопительно-производственных котельных применяют как докотловую, так и внутрикотловую обработку воды.
В соответствии с правилами Госгортехнадзора докотловая обработка воды должна предусматриваться:
а) для паровых котлов производительностью более 0,7 т/ч;
б) для паровых котлов, имеющих экранные поверхности нагрева, независимо от их паропроизводительности и давления;
в) для неэкранированных паровых котлов, работающих на газе и мазуте;
г) для паровых чугунных секционных котлов;
д) для всех водогрейных котлов.

Внутрикотловая обработка может быть допущена во всех остальных случаях и, в частности, в виде исключения для котлов ДКВР и ДЕ, когда:
а) к вырабатываемому, насыщенному пару не предъявляется повышенных требований;
б) сжигается твердое топливо при номинальной теплопроизводительности;
в) в питательной воде содержатся в основном соли временной жесткости;
г) потери конденсата незначительны и мало число часов использования котлов.

Из способов докотловой обработки в основном применяют метод катионного обмена. Метод осаждения, осуществляемый в содоизвестковых водоочистителях, из-за громоздкости оборудования и недостаточно глубокого умягчения в настоящее время почти не применяют. Наиболее распространенным способом внутрикотловой обработки воды является присадка в котловую воду химических реагентов, переводящих соли жесткости в шлам, с последующим удалением его из котлов продувкой.

Деаэрация воды 

Деаэрация питательной и подпиточной воды – одна из обязательных стадий процесса водоподготовки. Сущность этого процесса в том, чтобы снизить и довести до допустимых пределов содержание в воде агрессивных газов – кислорода и углекислоты. Это снижение может быть достигнуто как термическим, так и химическим путем.

Водно-химический режим котла 

Водно-химический режим работы котла должен обеспечивать надежность всей систем.
Все паровые котлы с естественной и многократной принудительной циркуляцией производительностью 0,7 т/ч и более, все паровые прямоточные котлы, а также все водогрейные котлы должны быть оборудованы установками для докотловой обработки воды. В барабанных котлах с естественной и многократной принудительной циркуляцией для исключения возможности образования накипи необходимо, чтобы концентрация солей в котловой воде была ниже критической, при которой начинается их выпадение из раствора. Для поддержания требуемой концентрации солей из котла с продувкой выводится некоторая часть воды и вместе с ней удаляются соли в таком количестве, в котором они поступают с питательной водой. В результате продувки количество солей, содержащихся в котловой воде, стабилизируются на допустимом уровне, исключающем их выпадение из раствора.

Сепарация и промывка пара 

В насыщенном водяном паре барабанных котлов могут находиться различные примеси: газы N2, NH3, CO2, H2, соли и кислоты минеральных и органических веществ, оксиды металлов. Загрязняющие примеси поступают в основном из питательной воды. Минеральные примеси могут отлагаться в трубах пароперегревателя, в арматуре трубопроводов и в проточной части турбины в количестве, недопустимом для нормальной работы. В барабане котла при разделении пароводяной смеси на пар и воду происходит унос капель котловой воды, имеющих высокое солесодержание. В паре находятся также соли растворенных в нем веществ. Для улучшения качества насыщенного пара необходимо уменьшить содержание в нем капельной влаги и растворенных в паре веществ. При низких и средних давлениях решающее значение  для уменьшения солесодержания пара имеет сепарация (выделение) капельной влаги от пара. В котлах высокого и сверхкритического давления солесодержания пара также определяется содержанием в паре растворенных примесей.

Деаэрация питательной и подпиточной воды 

Деаэрация является завершающим этапом обработки питательной воды и защищает энергетическое оборудование и трубопроводы от коррозии. Наиболее эффективным и универсальным методом удаления из воды всех растворенных газов, нашедшим широкое распространение в энергетике, является термическая деаэрация. Для деаэрации воды в котельных установках применяются в основном термические деаэраторы атмосферного типа, работающие при давлении 0,12 МПа и t=104 °C. В некоторых случаях используются вакуумные деаэраторы, работающие при давлении от 0,0075 до 0,05 МПа, т.е. при температуре воды от 40 до 80 °С. Сущность термической деаэрации заключается в установлении равновесия между жидкой и паровой фазами в соответствии с законом Генри, согласно которому концентрация газа, растворенного в воде, пропорциональна парциальному давлению этого газа над поверхностью воды.