Водоподготовка введение

ВОДОПОДГОТОВКА

Введение

Основной задачей в тепло-энергетике является подготовка воды, используемая для технических целей на электростанциях.

Одним из факторов, обуславливающих столь важное значение водной проблемы современных ТЭС, является высокие удельные тепловые нагрузки стенок парообразующих труб парогенераторов.

В целях обеспечения надежного температурного режима металла этих поверхностей и тем самым более продолжительной рабочей компании парогенераторов необходимо жесткое ограничение допустимой величины отложений на поверхностях нагрева, омываемых водой, пароводяной смесью или паром. Другим важным фактором является повышенная чувствительность турбин высокого давления к загружению их проточной части. Даже небольшие отложения на лопатках турбины могут существенно снизить тепловую экономичность турбины и всего энергоблока.

Основными задачами водоподготовки и рациональной организации водного режима парогенераторов и тракта питательной воды является:

а) предотвращение образования на внутренних поверхностях парообразующих и пароперегревательных труб отложений кальциевых соединений и окислов железа, а в проточной части паровых турбин отложений соединений меди железа, кремниевой кислоты и натрия;

б) защита от коррозии конструкционных металлов основного и вспомогательного оборудования ТЭС и теплофикационных систем в условиях их контакта с водой и паром, а также при нахождении их в резерве.

Дисциплина водоподготовка широко использует теоретические положения, выводы и достижения физики, теплотехники и особенно химии, без знаний которых невозможно понять сущность многих рассматриваемых в ней процессах.

Исходная вода, получаемая у источника водоснабжения используется на ТЭС а)для получения пара в котлах, испарителях и паропреобразователях; б)для конденсации отработавшего пара в конденсаторах паровых турбин и др. производственных теплообменных аппаратах; в)для охлаждения продувочной воды и подшипников дымососов; г)для охлаждения воздуха, газов и масла в охладительных установках; д) в качестве рабочего теплоносителя в теплофикационных отопительных сетях и горячего водоснабжения.

Обращение воды в рабочем цикле ТЭС

В рабочем цикле паротурбинные электростанции и в не ее всегда имеют место утечки в парах и конденсатах и как бы незначительные не были должно быть обеспечено их восполнение. Основными источниками внутристанционных потерь пара и воды являются: Котельная, где происходит потеря пара расходуемый на привод вспомогательных механизмов . Турбоагрегаты, где имеют место непрерывные потери через лабиринтовые уплотнения и воздушных насосов отсасывающий пар вместе с воздухом. Конденсатные и питательные баки, где происходят потери воды через перелив а также испарение горячего конденсата. Питательные насосы, где происходят утечки воды через не плотности сальниковых уплотнений. Трубопроводы, где происходит утечка воды через не плотности фланцевых соединений, запорной и регулирующей арматуры. Рассмотрим простую принципиальную схему обращения воды в рабочем цикле ТЭС:

На тепловых электростанциях применяется следующие обозначения отдельных потоков воды: 1.Исходная вода (сырая вода); 2.добавочная вода; 3.питательная вода ; 4.котловая вода; 5.продувочная вода; 6.охлаждающая вода; 7.подпиточная вода

По схеме 1- котел для получения пара, 2-конденсационная турбина для превращения тепловую энергию пара в кинетическую энергию, 3-конденсатор турбины для конденсации отработанного пара от турбины, 4- конденсационный насос для покачивания конденсата в поток питательной воды.

Д _п - питательная вода

Д _в.п. - количество внутристанционных потерь
Д^ı - пар к потребителю

Д^ıı - конденсат от потребителя

Д_д.в. - добавочная вода

Д _к. - конденсат

Потеря на производстве Д^ııı = Д^ı - Д^ıı

Добавочная вода Д _д.в. = Д _в.п + Д^ııı

Питательная вода Д _п.в. = Д_д.в. + Д _к. + Д^ıı

Для того чтобы обеспечить получение от потребителей наибольшего количества доброкачественного производственного конденсата пригодного для питания котлов на промышленных предприятиях применяют подогреватели поверхностного типа а также сооружают устройства для сбора хранения и перекачки этого конденсата в питательные баки котлов.

Вещества, загрязняющие природные воды.

По степени дисперсности примеси загрязняющие природные воды можно разделить на три группы:

1.Грубодисперсные примеси с размерами частиц. . . . . . . . . . . . . . . больше 100 миллимикрона;

2.Коллоиднодисперсные с размерами частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . от 1 до 100 миллимикрона;

3. Молекулярнодисперсные с размерами частиц . . . . . . . . . . . . . . . . меньше 1-го миллимикрона.

Первая и вторая группы образуют с водой систему с наличием границ раздела между фазами входящими в состав системы, а молекулярнодисперсные - истинные растворы.

Грубодисперсные частицы задерживаются при фильтровании через обыкновенную фильтровальную бумагу; в отличие от них коллоидно и молекулярнодисперсные вещества не задерживаются фильтровальной бумагой.

Грубодисперсные обуславливающие мутность природных вод и являющие механическими примесями состоят из песка глины и др. частиц минерального и органического происхождения, которые смываются с верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время весенних и осенних паводков, а также попадают в воду в результате размыва русла рек.

Природная вода считается прозрачной при концентрации грубодисперсных взвешенных веществ меньше 5мг/л.

Коллоиднодисперсные примеси часто встречаются в природных водах как например раз- личные соединения кремния железа алюминия.

К молекулярнодисперсным веществам относятся растворенные вещества солей кислоты щелочи. В основном состав природных вод характеризуется содержанием следующих ионов; Са Мq Na Cl SO HCO HsiO . Остальные ионы содержатся в природных водах в незначительных количествах.

Ионы кальция Са Основными источниками появления ионов Са в природных водах является известняки. Другим источником появления Са в воде является гипс – Са SО₄ 2Н₂О

Ионы Мg – появляется в воде за счет растворения доломитов Mg CO₃CaCO₃.

Сульфат ионы – основным источником появления в воде растворенных сульфат – ионов является гипс Са SO₄ 2H₂ O.

Водородные Н⁺ и гидроксильные ОН^- ионы – появляются в воде в результате ее диссоциации:

Н₂О Н ⁺ + О Н^-

Кроме того Н⁺ ионы в воде могут появляться за счет диссоциации кислот НСl H⁺ + Cl^- а гидроксильные ионы за счет диссоциации щелочи Na OH Na⁺ +OH^-

Показатели качества воды

Основными показателями качества воды является щелочность жесткость сухой остаток окисляемость прозрачность кремне содержание.

Щелочностью воды называется общее содержание, в ней веществ обуславливающих при диссосации или в результате гидролиза повышенную концентрацию ионов ОН^-.

В природных водах щелочность обычно обуславливается присутствием в них ионов НСО₃^- ,

SiO₃^2- , H SiO₃^- и реже СО ₃^2-.

В зависимости от того какой анион присутствует в воде ( НСО₃^- , СО₃^- или ОН^- ) щелочность называют соответственно бикарбонатной Щ _б карбонатной Щ _к или гидратной Щ _г .

Общая щелочность воды определяется количеством затраченной на титрование кислоты с индикатором, следовательно, будет обуславливается не только ионами НСО СО и ОН но и другими которые реагируют с кислотой в том числе и гуматами.

Жесткостью воды Ж называется сумма концентраций ионов кальция и магния выраженная количеством миллиграмм – эквивалентов в 1 кг (мг-экв/кг ) микрограмм – эквивалентов в 1кг (мг –экв/кг ). Природные воды по жесткости и щелочности можно разделить на 2 группы: не щелочные и щелочные. Первые характеризуются неравенством Ж_о Щ _о. вторые - Ж_о Щ_о. В водах первой группы которые встречаются более часто различают жесткость общую Ж_о карбонатную Ж_к некарбонатную Ж_нк кальциевую Ж _Са и магниевую Ж_Мq. Между ними имеет место следующее соотношение

Ж_о = Ж _к + Ж_нк = Ж_Са +Ж_Мq

Карбонатная жесткость обуславливается присутствующими в воде бикарбонатами кальция и магния; некарбонатную жесткость образуют в воде хлориды и сульфаты кальция и магния;

кальциевую жесткость составляют соединения кальция; магниевую – соединения магния.

Сухим остатком воды называется суммарное количество нелетучих веществ присутствующих в воде в коллоидном и молекулярно – дисперсном состоянии выраженное в мг/кг.

Сухой остаток определяют путем выпаривания профильтрованной пробы воды и после- дующего высушивания сухих веществ при 383 -393^о К. Количество этих веществ определенное взвешиванием и пересчитанное на 1кг воды и дает сухой остаток .Следовательно в понятие сухого остатка не входят растворенные в воде газы а также летучие (например NH₃ ) и взвешенные вещества.

Окисляемость в некоторой мере характеризует загрязненность воды органическими веществами. Она обычно выражается количеством миллиграммов кислорода потребных для окисления в определенных условиях органических веществ содержащихся в 1кг исследуемой воды и обозначается мг/кг О₂.

Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба воды налитой в специальный стеклянный цилиндр, сквозь который (столб) еще возможно чтение печатного шрифта или наблюдение крестообразно расположенных черных полосок толщиной в 1мм на белом матовом кружке, на дне цилиндра.

Кремне содержанием понимается концентрация кремниевой кислоты (Н ₂SiO₃) двуокись кремния (Si O₂) находящуюся в исходной воде. Присутствие (SiO₂) в питательной воде котельных агрегатов приводит к ряду затруднений в эксплуатации: образуются силикатные накипи, обладающие низкой теплопроводностью; возникает занос проточной части турбин аналогичными соединениями.

Характеристика природных вод.

В соответствии с основными звеньями круговорота воды в природе различают атмосферную, поверхностную, грунтовую и морскую. Наиболее практическое значение для промышленности имеют воды поверхностных источников, которыми являются реки, озера, искусственные водоемы (водохранилища, пруды) и моря. Качество речной воды зависит от характера питания реки, которое может включать в себя поверхностный сток горно-снеговые и ледниковые воды, сток с болот, дождевые и снеговые стоки с поверхности почвы, грунтовое питание водами подземных источников, обработанные сточные воды промышленных предприятий и населенных пунктов. Для большинства рек химический состав воды сильно зависит от гидрометеорологических условий и времени года, т.к. поверхностный сток, возникающий за счет атмосферных осадков, в отдельные периоды года является основным.

Атмосферная вода, выпадающая на земную поверхность является наиболее чистой природной водой, но и она содержит кроме газов (кислород, азот, углекислоты) поглощаемые ею из воздуха органические и неорганические вещества количество и состав которых зависит от характера атмосферы. Вода поверхностная, грунтовая и морские являются более минерализованными, чем атмосферная вода и в большинстве случаев не могут непосредственно без предварительной обработки применяться для технической цели.

Поверхностные воды рек, озер и искусственных водохранилищ всегда содержат то или иное количество растворенных веществ и не растворимых механических примесей.

Растворенными веществами вода обогащается в результате контакта с различными горными породами при протекании по руслам рек и фильтрации через грунт. Просачиваясь через верхние слои почвы, вода освобождается от механических примесей, но и одновременно обогащается солями, газами и органическими веществами. Особенно интенсивно обогащают воду осадочные породы (известняки , гипс, каменная соль и др.) Под почвенными водами легче всего растворяются натрий хлор (NaCl) натрий сульфат и др. легко растворимые соли.

Подземные воды, выходящие на поверхность из артезианских скважин, родников называется грунтовыми. Они обычно бывают прозрачными , практически не содержащими механических примесей , от которых они освобождаются в процессе фильтрации через толщу грунта, но насыщаются различными веществами, вследствие чего солесодержание грунтовых вод выше чем поверхностные.

Речные воды можно условно разделить на следующие группы:

Малая минерализация. . . . . . . . . . . . . до 200 мг/л

Средняя минерализация. . . . . . . . . . . . 200-500мг/л

Повышенная минерализация. . . . . . . . 500-1000мг/л

Высокая минерализация. . . . . . . . . . . . .более1000мг/л.

Воды морей и океанов отличаются высокой минерализацией. Сухой остаток воды открытого океана достигает 35 – 37тыс.мг/кг. Отдельные моря под влиянием впадающих в них рек имеют меньшую минерализацию. Так минерализация воды Балтийского моря достигает 8 тыс.мг/кг, Черного -17 – 18тыс. , Азовского- 11 – 12тыс. ,Аральского - 10 – 12тыс., а Каспийского 20 – 25тысюмг/кг. При этом основными ионами в воде океанов являются натрий (30% ) и хлор (55 %).

Образование отложений в паровых котлах.

В результате воздействия тепла и реагентов, а также вследствие упаривания в котловой воде протекают различные физико-химические процессы. Во многих случаях это ведет к возникновению труднорастворимых веществ, которые и выделяются из пересыщенных растворов в виде осадка образующего при некоторых условиях накипь или шлам.

Накипью называют достаточно плотные отложения, возникающие на поверхности нагрева или охлаждения и способные нарушать нормальную работу котельного агрегата или теплообменника. Рыхлые отложения, получающиеся в результате оседания скопления и уплотнения взвешенных веществ, образовавшихся в воде называются шламовыми или просто шламом.

Химический состав накипей образующихся в паровых котельных агрегатах весьма разнообразен. Однако они могут быть разделены на следующие четыре группы:

1.Щелочноземельные накипи, состоящие в основном из соединений кальция и магния. К таким соединениям относятся: CaCO₃ , Ca SO₄ , CaSiO₃ , Ca(PO ₄ )₂ , MgO , Mg (OH) ₂ , Mg(PO₄ )₂, В зависимости от того, какие из этих соединений преобладают, различают накипи карбонатные СаСО₃ , сульфатные СаSO₄ , фосфатные Са (РО₄ )₂ , и т.д. Возможны накипи смешанного типа, когда многие соединения присутствуют в небольшом количестве.

2.Железоокисные накипи, состоящие из соединения железа. В состав этого рода отложений могут входит ферро силикатные железа фосфаты железа Fe ₃ (PO ₄ )₂ , ферофосфат натрия Na Fe PO₄ , и окиси железа Fe₂ O₃ , FeO_4..

3.Медные накипи содержащие значительную долю меди.

4.Силикатные накипи, имеющие различный состав: алюмосиликатные и ферро силикатные накипи.

Прямоточные котельные агрегаты работают, как известно без продувки. Поэтому все нелетучие вещества, поступающие в прямоточный бессепараторный котельный агрегат с питательной водой могут оставаться в нем в виде отложений или уноситься паром в турбину. С ростом давления увеличивается, и растворяющая способность пара что обуславливает и рост доли веществ выносимых паром из котла.

Методы борьбы с отложениями

Несмотря на современные установки водоподготовки, позволяет глубоко умягчать добавочную воду все таки остается определенная остаточная жесткость. Кроме того имеется место частичное попадание охлаждающей воды конденсаторов в конденсатора турбин. Высокая кратность испарения в паровых котлах с небольшим водяным объемом настолько ускоряет рост концентрации солей в котловой воде, что даже при незначительном содержании Са и Мg соединений в питательной воде возникает опасность отложения накипей на поверхность нагрева. Поэтому с целью предотвращения отложений на ЭС широко применяется коррекционно – фосфатный режим котловой воды. Это особенно применяется для предотвращения кальциевого накипеобразования. При фосфатировании твердая фаза образуется не на поверхности нагрева, а в толще котловой воды в форме кальциевого шлама, который удаляется периодической продувкой из котла. Этот шлам представляет собой гидроксилапатит [Са ₁₀ (РО₄ )₆(ОН₂)] являющий результатом взаимодействия фосфата с кальциевым соединением. Растворы фосфатов дозируются в таких количествах, чтобы после взаимодействия с накипеобразователями в котловой воде постоянно поддерживалась заданная концентрация ионов фосфата РО₄^3-

Фосфат вводится в котел по двум схемам: центральной и индивидуальной.

Централизованная схема.

1 – линия химически обработанной воды;

2 – питательные насосы;

3 – котел;

4 – деаэратор;

5 – возможные места для ввода фосфата;

Фосфат вводится в котел в виде раствора определенной концентрации. Эта схема проста в обслуживании и удобна в эксплуатации. Однако применении ее не всегда возможна, если питательная вода обладает повышенной жесткостью, это значит, будет больше 5мг – экв/л. При такой жесткости применяется индивидуальная схема, где фосфат вводится непосредственно в каждый котел отдельно.

С Х Е М А

1 –котел , 2 – насос – дозатор , 3 - расходные бачки , 4 – фильтр , 5 –перекачивающий насос , 6 - бак – мешалка для приготовления раствора фосфата.