Проблемы водоподготовки и деаэрации воды

Существует ряд проблем связанных с водоподготовкой и деаэрацией воды. Это наличие в воде, используемой в работе теплоэнергетического оборудования, различного рода загрязнений: примеси добавочной воды, вводимой в цикл для покрытия внутренних и внешних потерь пара и конденсата; присосы в конденсат пара охлаждающей воды в конденсаторах или сетевой воды в теплообменниках; примеси загрязненного конденсата; возвращаемого от внешних потребителей пара на ТЭЦ; примеси искусственно вводимые в пароводяной тракт для коррекции водного режима (фосфаты, гидразин, аммиак, другие разнообразные добавки); продукты коррозии конструкционных материалов, переходящие в теплоноситель. В зависимости от типа основного теплоэнергетического оборудования и условий работы вклад и влияние каждого из перечисленных источников загрязнения в суммарное загрязнение водного теплоносителя ТЭС могут значительно варьироваться (см. табл.1.2)[8].

Таблица 1.2. Характеристика загрязнений трактов ТЭС

Растворенные в воде вещества вызывают те или иные неполадки в работе энергетического оборудования. В основном это связано с образованием в тепловых агрегатах накипных отложений и коррозии.

При большей щелочности и солесодержании имеет место вспенивание котловой воды и занос солей в пароперегреватель.

В настоящее время в котлах предусматриваются специальные сепарационные устройства, ступенчатое испарение, промывка пара и другие способы, способствующие получению чистого пара. Допускаемое конструкцией котла солесодержание в чистом и солевом отсеках оговаривается заводом-изготовителем в паспортных данных к котлу.

В теплофикационных водогрейных котлах кроме карбонатных отложений при подогреве воды выше 130 °С сильно снижается растворимость CaSO₄, что потребовало принять нормы качества подпиточной и сетевой воды, исключающие выпадение из раствора гипса (образующего очень плотные накипи).

В теплообменной аппаратуре, работающей при 25–50 °С возникают так называемые низкотемпературные отложения, основным компонентом которых является карбонат кальция (СаСО₃).

Образующиеся накипные отложения значительно снижают теплопроизводительность теплообменников (иногда требуется установка дополнительных), а также увеличивают потери напора в трубках.

В подогревателях горячего водоснабжения (подогрев воды до 70 °С), использующих недеаэрированную исходную воду, накипные отложения могут быть весьма велики, поэтому применение исходной воды без предварительной обработки ограничивается соответствующими нормами.

Наряду с карбонатными отложениями в теплообменной аппаратуре идет накопление продуктов коррозии. Довольно характерным является состав отложений, отобранных из подогревателей горячего водоснабжения (состав приводится в процентах): Са – 25,96; MgO – 1,97; Fe₂O₃ – 23,46; SiO₂ – 6,2; SO₃ – 0,42; потери при прокаливании составляют 36 %[9].

В современных котлах, особенно сжигающих высококалорийное топливо (газ, мазут), тепловой поток в экранных трубках может достигать 580–700 кВт/м²
[500–600 Мкал/(м²·ч)]. Образование на внутренней поверхности нагрева незначительных по толщине (около 0,1–0,2 мм) малотеплопроводных отложений приводит к перегреву металла и, как следствие, к появлению отдушин, свищей и даже разрывов экранных труб.

Отложения, образующиеся непосредственно на поверхностях нагрева, принято называть первичной накипью; грубодисперсные частицы, находящиеся в объеме воды (шлам), впоследствии могут оседать на поверхности нагрева, образуя вторичные отложения (вторичная накипь).

Образование отложений на поверхности нагрева происходит вследствие протекания в нагреваемой среде процессов, связанных с образованием труднорастворимых веществ вследствие концентрирования солей при многократном упаривании в котле, питательной воды, а также понижения растворимости ряда веществ с повышением температуры.

По химическому составу накипи подразделяют:

а) на накипи щелочноземельных металлов, которые содержат ; ; ; . В зависимости от преобладающего аниона они разделяются на карбонатные, сульфатные, фосфатные и силикатные.

б) железнокислые и железнофосфатные накипи;

в) медные накипи.

Как уже отмечалось, карбонатная накипь образуется в теплообменниках, тепловых сетях, конденсаторах турбин и др. В условиях кипящей среды обычно выпадает в виде шлама.

Сульфатные накипи, как правило, образуют плотные отложения, прочно связанные с металлом.

Силикатные накипи сложны по своему составу ( ; ; и др.), а по своей структуре разнообразны и образуют плотные, пористые и комковые отложения.

Железоокисные накипи, состоящие в основном из магнетита (Fe₃O₄), отлагаются обычно в зоне высоких температур (экранные трубы).

Железофосфатные накипи [NaFePO₄; Fe₃(PO₄)₂] образуются при повышенном содержании в котловой воде железа, фосфата натрия и низкой ее щелочности.

В медных накипях содержится до 30 и более процентов меди с примесями окислов железа, соединений кальция и магния. Медь в накипи присутствует в виде металла и окислов. Такие накипи образуются в зонах высоких температур на стороне трубы, обращенной в топку.

Поступает медь в котел с питательной водой как продукт коррозии латуни и других медных сплавов конденсатного тракта.

Все материалы, из которых выполняется теплоэнергетическое оборудование, в силу своей природы подвергаются коррозии – разъеданию под воздействием среды.

При плохо налаженной деаэрации коррозии подвергаются трубопроводы, теплообменная аппаратура, аккумуляторные баки и другое оборудование.

Скопление продуктов коррозии на участках теплосети с малыми скоростями может привести к увеличению гидравлического сопротивления сети, снижению ее пропускной способности, забиванию коррозионными отложениями местных систем отопления[10].

Таким образом, примеси, попавшие в пароводяной тракт теплоэнергетических объектов, снижают надежность и повышают аварийность теплоэнергетического оборудования и тепловых сетей.