Статья - Водоснабжение

Продувка котла и сепарация пара

В производственно-отопительных котельных, как правило, используются паровые котлы давлением до 1,4 МПа с небольшим водяным объемом, без пароперегревателей, работающие на питательной воде, представляющей собою смесь добавочной воды и конденсата. Во время работы таких котлов быстро возрастает концентрация солей в котловой воде.

При достижении определенной критической минерализации и эквивалентного ей значения щелочности котловой воды происходит скачкообразное увеличение влажности (солесодержания) пара, т.е. продувка котла в этих условиях производится через продувочный трубопровод и паропровод. ГОСТ 20995-75**** ограничивает для котлов без пароперегревателей влажность пара значением 1 %. Это значит, что солесодержание пара не должно быть больше 1 % минерализации котловой воды.

Солесодержание пара при прочих равных условиях (нагрузка котла, уровень воды в барабане котла, давление в котле) зависит от- минерализации котловой воды. Для котлов давлением до 7 МПа все соли, уносимые паром, сосредоточены в каплях воды, поэтому солесодержание пара при таких давлениях находится в прямой зависимости от влажности пара. Из этого следует, что для уменьшения солесодержания (влажности) пара необходимо уменьшить минерализацию котловой воды - увеличить продувку.

Из-за стремления уменьшить металлоемкость и сложность изготовления котла, а также потому, что экономические показатели при производстве котлов не зависят от значения продувки, котлостроитель-ные предприятия устанавливают предельную минерализацию продувочной воды котлов типов ДЕ, КЕ, Е, ДКВр (без пароперегревателя) равным не более 3000 мг/л для котлов без ступенчатого испарения и не более 4500 мг/л для котлов с двухступенчатым испарением, причем изготавливается незначительное количество котлов с двухступенчатым испарением.

Для этих котлов с пароперегревателями и без ступенчатого испарения устанавливается значение минерализации продувочной воды не более 2000 мг/л. Для обеспечения указанных значений минерализации котловой воды в барабанах котлов предусматриваются простейшие малоэффективные паросепарационные устройства, хотя известны и десятилетия успешно работают паросепарационные устройства, обеспечивающие влажность пара до 0,02 % при минерализации продувочной воды до 8 * 10³ мг/л - для внутри-барабанных устройств и до (18-20) * 10³ мг/л - для внебарабанных устройств.

Потребители часто используют пар давлением, меньшим номинального давления пара в котле, в таких случаях пар в котельных приходится дросселировать или поддерживать в котле пониженное давление. В первом случае большое солесодержание (1 % = (30-45) мг/кг) в процессе дросселирования приводит к солевому заносу арматуры. Во втором случае генерируется пар худшего качества из-за увеличенного удельного объема пара и, как следствие, увеличенных скоростей в элементах паросепарационных устройств.

СНиП II-35-76**, наряду с регламентацией числовых значений продувки котлов, допускает количество продувки, большее указанных значений, если такое увеличение будет обосновано технико-экономическим расчетом, всегда показывающим, что осуществление увеличенной продувки экономичнее, чем введение схем и устройств, позволяющих продувку уменьшить (например, деминерализация иони-рованием или обратным осмосом). Следовательно, отказ от натрий-катионирования только из-за продувки - большей, чем указано в СНиП II-35-76**, - неправомерен.

Таблица 1

Наименование	Минерализация исходной воды, мг / л
Наименование	<200	200-500	500-800	800-1200	>1200
Жесткость общая воды после натрий - катионитных фильтров 1 ступени , мкмоль / л	10	20	30	50	>50
То же II ступени , мкмоль / л	2-4	5	10	20-30	>30

Для продувки должны быть введены ограничения, зависящие от конструкции котла. По условиям надежности циркуляции воды в котле наибольшее значение продувки для котлов типов ДЕ, КЕ, ДКВр, как правило, может быть принято 30-35 %, а для котлов типа Е -10-12%.

Конечно, требуется подтверждение котлостроительного предприятия или организации, имеющей соответствующую лицензию на такого рода заключения.

Для некоторых паровых котлов с большим значением поверхностной плотности теплового потока поверхностей нагрева вводится наименьшее значение продувки - из-за опасности железона-кипных отложений. Наибольшие (по надежности циркуляции) и наименьшие значения продувки должны приниматься по техническим условиям и паспортам котлов.

Продувку можно уменьшить способами, не требующими таких затрат, как способы станции водоподготовки, уменьшающие минерализацию обработанной воды. Простой способ уменьшения продувки - ввод в котел пеногасителей.

Большой эффект дает реконструкция паросепарационных устройств, т.е. устройств, отделяющих влагу (а значит, и соли) от пара до пароперегревателя или паропровода (если нет пароперегревателя), подающего пар потребителям.

Количество и качество сточных вод

Из всех ионообменных методов натрий-катионирование - метод наиболее простой, но при его осуществлении возникают минерализованные сточные воды, сброс которых в канализацию и природные водоемы ограничен. Способы очистки таких сточных вод сложны, дороги, и на большинстве объектов сточные воды сбрасываются в канализацию без очистки воды.

Уменьшения загрязнения катионита

Качество исходной воды перед катионитным фильтром должно быть в пределах норм, не более:

содержание взвешенных примесей -8мг/л;
цветность - 30 градусов платино-кобальтовой шкалы;
содержание железа - не более 0,3 мг/л;
окисляемость перманганатная - 5 мг/л.

Жесткость воды после натрий катионирования

С помощью параллельноточного натрий-катионирования общую жесткость исходной воды можно уменьшить до пределов, указанных в табл. 1.

Таблица 2

Удельный расход натрий хлорида	100	150	200	250	300
на регенерацию катионита , г / моль
Коэффициент эффективности	0,62	0,74	0,81	0,86.	0,90
регенерации катионита <x_Na

Таблица 3

С_М ₁'/ Ж ₀"" ^

0,01 0,93

0,05 0,88

0,1 0,83

0,5 0,70

1,0 0,65

5,0 " 0,54

10,0 0,50

Для достижения нормативных значений жесткости обработанной воды при значениях минерализации исходной воды больше указанных могут быть предусмотрены способы (отдельно или в сочетании друг с <другом): противоточное фильтрование, трехступенчатое натрий-катионирование, нагрев обрабатываемой воды и регенерационного раствора реагента до температуры, допускаемой конструкцией фильтра и фильтрующим материалом, магнитная обработка воды перед натрий-катионированием, применение катионитов большой обменной емкости.

Объем катионита в фильтре

Объем катионита в фильтре нужно определять по формуле

W =24 q .Ж^исх / л .Е ^N? , (1)

к т у о р рао

где q - расход умягченной воды, м³/ч;

Ж^исх- общая жесткость исходной воды,

ммоль/л;

Е ^N?- рабочая обменная емкость катионита при натрии-катионировании, моль/м , п - количество регенераций фильтра в сутки, принимаемое при ручном управлении - от одной до трех в сутки, при автоматизированном управлении - по технической документации производителя оборудования;

мыи по соотношениям, представленным в табл. 3.

Здесь С" - концентрация натрия в исходной воде, моль/м³, т.е. С = [ Na ⁺]/23; [ Na *] - концентрация ионов натрия, мг/л; Е полн - полная динамическая емкость катионита, моль/м³, определяемая по паспортным данным производителя катионита; q - удельный расход воды на отмывку катионита (м³ на 1 м³ катионита), принимаемый по паспортным данным производителя катионита.

При прямоточном натрии-катионировании скорость фильтрования через слой катионита напорного фильтра при нормальном режиме принимается в зависимости от общей жесткости: Ж_о^исх до 5 ммоль/л - 25 м/ч; 5-10 ммоль/л - 15 м/ч; 10-15 ммоль/л -10м/ч.

При выключении одного фильтра на регенерацию в других фильтрах допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч.

При противоточном натрии-катионировании скорость фильтрования воды через слой катионита можно увеличивать до 35-45 м/ч, т.е. при прочих равных условиях производительность противоточного фильтра больше производительности прямоточного фильтра на 50-100%.

Расход натрий хлорида для регенерации

Расход натрий хлорида для одной регенерации фильтра I ступени определяется по формуле:

где /. - площадь фильтрования фильтра, м²; Н - высота слоя катионита в фильтре, м; Е - рабочая обменная емкость катионита, моль/м³; Q - удельный расход натрий хлорида на 1 моль обменной емкости катионита, г/моль, принимается по паспортным данным производителя катионита, (обычно в зависимости от жесткости исходной воды):

100-300 г/моль - для фильтров I ступени;

300-400- для фильтров II ступени; 90-130 - для противоточных фильтров.

Вспомогательные операции

Для противоточных фильтров технология вспомогательных операций другая и разная - в зависимости от конструкций противоточных фильтров (табл. 4). Расчет таких фильтров и групп фильтров делается по специальным программам про-

Таблица 4

Операции	Фильтр 1 ступени	Фильтр II ступени
Взрыхляющая промывка :
интенсивность , л /( м ²<с )	3-4	3-4
продолжительность , мин	20-30	20-30
Отмывка от продуктов регенерации :
удельный расход , м ³/ м ³катионита	4-6	6-8
скорость пропуска отмывочной воды
через катионит , м / ч	6-8	6-8

изводителями фильтров и ионитов. Технологические данные о работе прямоточных фильтров принимаются по СНиП II -35-76* <Котельные установки>, СНиП 2.04.02-84* <Водоснабжение. Наружные сети и сооружения> и по технической документации производителей оборудования и катионитов.

Качество воды после натрий-катионирования

После прямоточного (параллельноточно-го) натрий-катионирования общая жесткость исходной воды в зависимости от минерализации исходной воды может быть уменьшена до пределов, указанных в табл. 1.

При противоточном одноступенчатом натрий-катионировании можно достигнуть такого же уменьшения жесткости, как и при двухступенчатом прямоточном натрий-катионировании.

Щелочность воды и водородный показатель (рН) в среднем на протяжении цикла фильтрования не изменяются, оставаясь равными первоначальным значениям.

Минерализация после натрий-катионирования увеличивается вследствие того, что эквивалентная масса иона натрия несколько больше эквивалентных масс ионов Са²⁺ и Mg ²⁺. Увеличение происходит на значение

что следует из уравнения:

где Са²⁺, Mg ²⁺- ионы кальция и магния; 20,04; 12,16 - соответственно эквивалентная масса ионов кальция и магния, мг/ммоль (мг/экв); 23 - эквивалентная масса иона натрия, мг/ммоль (мг/экв).

Если учитывать наличие в воде ионов калия, то условно эквивалентную массу суммы ионов натрия и калия следует принимать равной 25 для большинства водоисточников.

Объем умягченной воды

Объем воды, который умягчается в фильтре за один цикл, м³:

Статья - Водоснабжение

Оборудование и водоподготовка