ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
О. В. ЛИФШИЦ
(ГПИ Сантехпроект)
Водоподготовительные установки в котельных низкого давления предназначаются для приготовления воды, питающей паровые и водогрейные котлы, а также для восполнения потерь в тепловых сетях и для технологических нужд. По характеру потребителей тепла различают котельные: отопительные, отопительно-производственные и производственные. Отопительные и отопительно-производственные котельные выполняются с закрытой и открытой системой теплоснабжения.
Требования потребителей тепла определяют также характер котельной (паровая, водогрейная или комбинированная). Котельные низкого давления в настоящее время комплектуются в основном паровыми котлами типа ДКВР, водогрейными типов ТВГМ, ПТВМ, а при небольших расходах тепла чугунными секционными паровыми либо водогрейными котлами ВГД, ММЗ и др.
Источником водоснабжения котельных служит обычно вода из артезианских скважин или питьевого водопровода. В котельных, сооружаемых на крупных промышленных предприятиях, особенно при больших расходах воды, используется также техническая вода из промышленного водопровода.
При проектировании водоподготовительных установок учитываются не только требования отдельных потребителей, но и технико-экономические показатели котельной в целом. Так, при наличии экранированных котлов и небольшом расходе воды на подпитку закрытой теплосети водоподготовительная установка может быть запроектирована по единой схеме, например; двухступенчатое натрий-катионирование и деаэрация. В случае открытой системы теплоснабжения и при большом расходе воды на горячее водоснабжение целесообразно раздельное приготовление воды, например для котлов по схеме: двухступенчатое натрий-катионирование и деаэрация, а для теплосетей — по схеме: одноступенчатое натрий-катионирование и дегазация в специальном деаэраторе подпиточной воды.
Для выбора принципиальных схем водоподготовительных установок ГПИ Сантехпроект рекомендует расчетные нормы качества питательной и подпиточной воды, которые базируются на данных Госгортехнадзора, МО-ЦКТИ, ВТИ, ЦЭМП и МОНТОЭП (табл. 1, 2 и 3).
Таблица 2
Нормы качества питательной воды для чугунных секционных котлов (по данным секции водоподготовки МОНТОЭП)
1 Карбонатная жесткость >0,7 мг-экв/кг допускается при окисляемости питательной воды более 6 мг/кг O2.
Таблица 3
Нормы качества воды для подпитки тепловых сетей
(по данным СНиП П-Г-10-62)
1 Карбонатная жесткость выше 0,7 мг-экв/кг допускается при окисляемости воды более 6 мг/кг O2.
Нижний предел нормы карбонатной жесткости (0,4 мг-экв/кг) — для водогрейных котлов с газомазутными топками, верхний (0,5 мг-экв/кг)-с пылеугольными и слоевыми топками.
Для правильной эксплуатации паровых котлов и расчетов по выбору схем приготовления воды пользуются нормами качества котловой (продувочной) воды. Рекомендуемые ЦКТИ расчетные нормы качества котловой воды по сухому остатку для котлов типов ДКВ, ДКВР и KPHJ В зависимости от типа сепарирующих устройств определяются следующими цифрами:
Для паровых котлов, не имеющих паспортных или эксплуатационных данных, импортных котлов, а также котлов старых типов рекомендуется руководствоваться приведенными в табл. 4 расчетными нормами качества котловой воды в зависимости от величины среднего удельного паронапряжения парового объема барабана и типа сепарационных устройств.
Эти расчетные нормы справедливы для тех случаев, когда местные удельные паронапряжения превышают среднее не более чем в 2 раза. Для многобарабанных котлов учитывается удельное паронапряжение парового объема каждого верхнего барабана, выдающего пар потребителям, и принимается максимальная величина. Нижнее значение сухого остатка котловой воды принимается при более высоком паронапряжении, а верхние пределы — при более низком паронапряжении.
Нормы качества котловой воды по сухому остатку даны в табл. 4, исходя из величины относительной щелочности котловой воды до 10%. Величина относительной щелочности котловой воды, равная относительной щелочности химически обработанной воды, определяется из уравнения 
Таблица 4
Расчетный сухой остаток котловой (продувочной) воды для котлов с пароперегревателями, мг/кг (по данным МОЦКТИ)
где
Щелочность химически обработанной воды следует принимать:
а) для натрий-катионитных установок при наличии одинаковой щелочности исходной воды Щх=Щи.в;
б) для схем коагуляция — натрий-катионирование Щх = Щи.в—К;
в) для схем с предварительным известкованием 1 мг-экв/кг;
г) для водород-натрий-катионитных и аммоний-натрий-катионитных установок 0,7—0,5 мг-экв/кг, где Щи.в — щелочность исходной воды, мг-экв/кг;
К — доза коагулянта в обрабатываемую воду, мг-экв/кг.
При относительной щелочности котловой воды или, что то же, относительной щелочности химически обработанной воды более 10% в норму сухого остатка котловой воды, приведенного в табл. 4, вводится поправка, определяемая по следующей формуле:
где
При работе котлов со сниженным давлением против номинального следует снижать норму предельно допустимого солесодержания котловой воды в соответствии с возросшим напряжением парового объема.
Для паровых котлов без пароперегревателей указанные в табл. 4 нормы, могут быть увеличены в 1,5 раза.
Выбор схемы приготовления добавочной питательной воды для паровых котлов обусловливается типом котлов, давлением, на котором они работают, величиной добавки химически обработанной воды и качеством исходной воды. Основным критерием выбора схем обработки воды для паровых котлов являются величина продувки котлов, относительная щелочность химически обработанной воды и количество углекислоты в паре.
Величина потребной продувки котлов по солесодержанию с учетом доли пара, отсепарированного в расширителе, определяется по следующим формулам:
для котлов типов ДКВ, ДКВР и КРШ
для котлов других типов
Величина продувки котлов не должна превышать 10%.
Относительная щелочность котловой воды для котлов с барабанами, имеющими заклепочные соединения и работающими при давлении более 7 бар, не должна превышать 20%. Для котлов со сварными барабанами, работающими при давлении более 9 бар при относительной щелочности котловой воды более 20%, следует предусматривать обработку воды нитратами или аналогичными им пассиваторами, установку индикаторов для проверки агрессивности котловой воды, а также устранение возможности механических и термических перенапряжений котельного металла.
При относительной щелочности котловой воды более 50% рекомендуется в схемах водоподготовительных установок предусматривать снижение щелочности обрабатываемой воды.
Рис. 1. Разложение Na2CO3 в котле в зависимости от давления.
Для предотвращения углекислотной коррозии пароконденсатного тракта и пароиспользующей аппаратуры необходимо, чтобы содержание углекислоты в паре не превышало 20 мг/кг. Должны также осуществляться дегазация конденсата в пароиспользующих аппаратах путем вентиляции паровых объемов и аминирование питательной воды из расчета 0,4 мг/кг аммиака на I мг/кг свободной углекислоты. Аминирование может быть применено при условии, что производственные потребители пара допускают в нем наличие аммиака, при использовании пара в аппаратах с латунными трубками или стенками, если концентрация кислорода в паре не превышает 0,05 мг/кг O2.
Если перечисленные методы не обеспечивают (или не могут быть применены) надежной защиты от углекислотной коррозии, необходимо применять методы обработки воды, снижающие концентрации в ней бикарбонатов.
При отсутствии деаэрации питательной воды и обработке воды по схеме натрий-катионирования концентрация углекислоты в паре может быть определена по следующей формуле:
где
При наличии деаэратора с барботажем концентрация углекислоты в паре определяется по формуле
где σ — доля разложения NaHCO3 в котле;
σд — доля разложения NaHCO3 в барботажном деаэраторе; ориентировочно для давления 14 бар можно принять ее равной 0,6.
Для неэкранированных паровых котлов при исходной водопроводной или артезианской воде рекомендуется предусматривать водоподготовку по схеме натрий-катионирования, если она приемлема по содержанию углекислоты в паре, относительной щелочности воды и величине продувки котлов (по сухому остатку). Для приготовления питательной воды экранированных паровых котлов целесообразно двухступенчатое натрий-катионирование.
Если параллельно с умягчением требуется снижение щелочности исходной воды, могут быть применены аммоний-натрий-катионирование, водород натрий - катионирование (параллельное, либо последовательное с «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров) и натрий-хлор-ионирование.
Для поверхностных вод рекомендуется применение схем; осветление — натрий-катионирование; коагуляция — осветление — натрий-катионирование; осветление — аммоний-натрий-катионирование; коагуляция — аммоний-натрий-катионирование; осветление — натрий-катионирование с обработкой воды нитратами.
Для обезжелезивания артезианских вод рекомендуются: аэрация — фильтрование через контактные и затем осветлительные фильтры; аэрация — пропуск через фильтр, заряженный окислами железа; известкование воды.
Для паровых чугунных секционных котлов жесткость питательной воды не должна превышать 0,3 мг-экв/кг; при этом применимо одноступенчатое натрий-катионирование. В тех случаях, когда эти котлы питаются водой с преобладающей карбонатной жесткостью, допускается магнитная обработка воды с выводом из котла образующегося шлама (завод имени Войкова для котлов «Универсал» серийно выпускает такие устройства).
В тех случаях, когда потребное количество воды для подпитки тепловых сетей с закрытой системой теплоснабжения невелико, в качестве подпиточной воды может быть использована деаэрированная питательная вода котлов. При большом расходе воды на подпитку сети с закрытой системой теплоснабжения или на горячее водоснабжение следует предусматривать соответствующую обработку воды и отдельный деаэратор подпиточной воды.
При обработке воды для подпитки тепловых сетей с открытой системой теплоснабжения могут быть применены следующие схемы: натрий-катионирование (для исходной воды - осветление с коагуляцией или без нее, натрий-катионирование (для вод с Нк<4 после коагуляции); водород-катионирование с «голодной» регенерацией фильтров; осветление с коагуляцией или без нее, водород-катионирование с «голодной» регенерацией фильтров; известкование с коагуляцией или без нее (со стабилизацией подкислением); термоумягчение с коагуляцией или без нее при температуре выше 100° С; магнитная обработка воды.
Обеззараживание подпиточной воды теплосети достигается при ее термической деаэрации в аппаратах атмосферного типа либо путем хлорирования или бактерицидного излучения.
