ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ ВОД И ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ
Надежная и экономичная работа котельной установки в значительной степени зависит от качества воды, применяемой для питания котлов. Источниками водоснабжения для питания котлов могут служить пруды, реки, озера, а также грунтовые или артезианские воды, городской или поселковый водопровод. Природные воды, обычно содержат примеси в виде растворенных солей, коллоидные и механические примеси, поэтому непригодны для питания паровых котлов без предварительной очистки. Водные растворы твердых веществ. Твердые вещества, содержащиеся в воде, разделяют на механически взвешенные примеси, состоящие из минеральных и иногда органических частиц, коллоиднорастворенные вещества и истинно растворенные вещества. Количество вещества, растворенного в единице раствора (воде), определяет концентрацию раствора и обычно выражается в миллиграммах на килограмм раствора (мг/кг). Вода, как и всякая жидкость, может растворять только определенное количество того или иного вещества, образуя при этом насыщенный раствор, а избыточное количество вещества остается в нерастворенном состоянии и выпадает в осадок. Различают вещества, хорошо и плохо растворимые в воде. К веществам, хорошо растворимым в воде, относят хлориды (соли хлористоводородной кислоты) СаСи, MgCІ2, МаС1, к плохо растворимым - сульфиды (соли серной кислоты) Са804, MgS04, Ма804 и силикаты (соли кремниевой кислоты) Са810з, М§810з. Присутствие сульфидов и силикатов в воде приводит к образованию твердой накипи на поверхности нагрева котлов. Растворимость веществ зависит от температуры жидкости, в которой они растворяются. Различают вещества, у которых растворимость увеличивается с ростом температуры, например СаС12, МеС12, Mg(NOз)2, Са(МОз)2, и у которых уменьшается, например Са804, Са8Юз, Ме810з. В частности, при нагревании воды до 70-75°С начинается термический распад хорошо растворимых бикарбонатов кальция и магния с переходом в плохо растворимые карбонаты и гидраты по реакциям: СаСОз + Н2О + СОз^ Са(НСОз)2 + 2НСО3,' МеСОз + Н2О + СОо Мд(НСОз)2 ^ Mg'+ + 2НСО3; ? ^^^ РеСОз + Н2О + СО2 ^ Ре(НСОз)2 Ре'+ + 2НСО3. При дальнейшем нагреве воды в паровом котле до 200''С и вы¬ше могут возникнуть и другие реакции, например Са80^ + Ка^СОз = СаСОз + НаЗО^. (2) Большинство твердых веществ, растворимых в воде, представляет собой электролиты, т. е. вещества, молекулы которых в водной среде распадаются на ионы, атомы или группу атомов, несущих электрический заряд. Молекула электролита распадается на два иона. Один из них имеет положительный заряд, называется катионом и обозначается знаком «-1-», другой имеет отрицательный заряд, называется анионом и обозначается знаком « - ». Металлы, входящие в молекулу электролита (магний Mg, кальций Са, железо Ре), становятся катионами, а металлоиды (хлор О, сера 8) — аниона- При этом вода как электролит является всегда электрически нейтральной, поскольку сумма положительно заряженных ионов — катионов всегда равна сумме отрицательно заряженных ионов — анионов. Обычно в природной воде присутствуют катионы Са^"*", 4- + Ка, Ре^^ и анионы НСО^ + СГ, 802"", 811". В слабых растворах на ионы распадается все количество электролита, растворенное в воде, в более концентрированных растворах — только часть растворенного электролита. Количество растворенного в воде электролита называется степенью электролитической диссоциации. Газовые растворы. В неочищенной, так называемой сырой воде, обычно растворены азот, кислород, двуокись углерода и сероводород. Все они нежелательны, но особенно вредными являются коррозионно-активные газы: кислород и двуокись углерода. Кислород, попавший в котельный агрегат и трубопроводы, непосредственно вступает в реакцию с металлом. Газы имеют различную растворимость, которая всегда уменьшается с повышением температуры жидкости. При температуре кипения жидкости газы полностью теряют способность растворяться.
Степень растворимости в воде при атмосферном давлении кислорода, двуокиси углерода и сероводорода приведена в табл. 1. Согласно закону Генри концентрация газа, растворенного в жидкости, прямо пропорциональна давлению газа над раствором. Показатели качества воды. Качество воды характеризуется прозрачностью (содержанием взвешенных веществ), сухим остатком; жесткостью, щелочностью, окисляемостью. Сухой остаток содержит общее количество растворенных в воде веществ: кальция, магния, натрия, аммония, железа, алюминия и др., которые остаются после выпаривания воды и высушивания остатка при ни и Сухой остаток выражают в миллиграммах на килограмм или в микрограммах на килограмм. Жесткость воды характеризуется суммарным содержанием в воде солей кальция и магния, являющихся накипеобразователями. Различают жесткость общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Общая жесткость представляет собой сумму величин временной и постоянной жесткости и характеризуется суммой содержания в воде кальциевых и магниевых солей: сернокислых (Са804 и Mg804), хлористых (СаС12 и MgCl2), азотнокислых (Са(КОз)2 и Mg(NOз)2), кремнекислых (Са810з и MgSiOз), фосфорнокислых (Саз(Р04)2 и Mg(P04)2), двууглекислых (Са(НСОз)2 и Mg(HCOз)2). Временная жесткость характеризуется содержанием в воде бикар-бонатов кальция и магния Са(НСОз)2 и Mg(HCOз)2. Постоянная жесткость обусловливается содержанием указанных выше солей кальция и магния, за исключением двууглекислых. Для определения величины жесткости в настоящее время установлена согласно ГОСТ 6055-51 единица показателя жесткости- миллиграмм-эквивалент на 1 кг раствора (мг-экв/кг) или микрограмм-эквивалент на 1 кг раствора (мкг-экв/кг); 1 мг-экв/кг жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/кг иона кальция или 12,16 мг/кг иона магния Общая жесткость воды, мг-экв/кг, выражается суммарной концентрацией в воде катионов Са^ (кальциевая жесткость) и (магниевая жесткость)
где Са^ и — концентрация в воде соответственно катионов кальция и магния, мг/кг; 20,04 и 12,16 — соответственно их эквивалентные массы, мг-экв/кг.
Постоянная (некарбонатная) жесткость. >1г-экв/кг, Жп = Жо-Жк. (5) Эквивалентная масса равна молекулярной массе вещества, деленной на его валентность. В качестве примера приведена табл. 2 эквивалентных масс солей жесткости.
Таблица 2. Эквивалентные массы солей Жесткости
Щелочность воды характеризуется содержанием в ней щелочных соединений. Сюда относят гидраты, например NaOH — едкий натр, карбонаты NajCOj — кальцинированная сода, бикарбонаты КаНСОз, КазР04 и др. Величина щелочности воды равна суммарной концентрации в ней гидроксильных, карбонатных, бикарбонатных, фосфатных и других анионов слабых кислот, выраженной в эквивалентных единицах (мг-экв/кг или мкг-экв/кг). В зависимости от преобладающего наличия в воде анионов тех или иных солей различают щелочность: гидратную (концентрация в воде гидроксильных анионов ОН), карбонатную (концентрация карбонатных анионов col") и бикарбонатную (концентрация бикарбонатных анионов НСОз").
Окисляемость характеризуется наличием в воде кислорода и двуокиси углерода, выраженных в миллиграммах или микро-Граммах на килограмм. Данные о составе некоторых речных вод Советского Союза приведены в таб.т, 3.
Т а б л и ц а 3. Данные анализов воды некоторых рек и водоемов бывшего СССР
Вода, подготовленная для питания котельной установки, не должна давать отложений шлама и накипи, разъедать стенки котла и его вспомогательные поверхности нагрева, а также вспениваться. Общие понятия о водном режиме паровых котлов, в питательной воде, поступающей в котел, независимо от того, каким способом производилось ее умягчение, всегда остается какая-то часть примесей. В процессе получения пара и отвода его из котла, а также поступления в котел все новых порций питательной воды в котловой воде увеличивается количество солей, так как сухой пар не растворяет их. При увеличении содержания солей в котловой воде выше нормы начнется выпадение их в осадок и образование накипи на поверхности нагрева и шлама в толще воды, появится пенообразование и усилится унос паром котловой воды с растворенными в ней солями, что приведет к заносу паропровода и паропотребляющих устройств солями. Поэтому для надежной работы котельной установки недостаточно только очистки питательной воды, необходимо обеспечить также нормальный внутрикотловой режим, заключающийся в поддержании состава котловой воды в пределах установленных норм. Для получения пара нужного качества котловая вода обрабатывается специальными реагентами, которые заставляют накипеобразующие соли выпадать в котле в виде шлама, легко удаляемого продувкой. Требования к качеству насыщенного пара в котлоагрегатах приведены в табл. 4.
Таблица 4. Требования к качеству насыщенного пара
Для паровых турбин качество пара должно быть еще выше, оно регламентировано Правилами технической эксплуатации электро-станций и сетей (ПТЭ). Требования к качеству питательной и котловой воды для производственных и отопительных котельных приведены в табл. 5 и 6. Для водогрейных котлов качество подпиточной воды должно удовлетворять следующим требованиям: карбонатная жесткость не более 700 мкг-экв/кг, содержание растворенного кислорода — 50 мкт/кг, взвешенных веществ — 5 мкг/кг, содержание свободной дву-окиси углерода не допускается, значение показателя рН не менее 7. Значение рН характеризует концентрацию ионов водорода в растворе. Последнее требование означает, что реакция воды должна быть либо нейтральной (рН = 7), либо щелочной (рН > 7).
Таблица 5. Требования к качеству питательной воды котлоагрегатов
Таблица 6. Требования к качеству котловой воды
* При внутрикотловой обработке воды.
Расход воды в котельных установках. Вода, поступающая в отопительные и производственные котельные из водопровода, артезианских скважин или водоемов, расходуется на восполнение потерь сетевой воды, конденсата, пара и собственные нужды котельной установки, включая техническое водоснабжение. В водогрейных котельных установках вода теряется при обмывке поверхностей нагрева, деаэрации, разогреве мазута, утечках через неплотности, а также в системах теплоснабжения. При открытой системе теплоснабжения к потерям добавляется расход воды на горячее водоснабжение потребителей. В паровых котельных установках потери воды происходят за счет расхода части пара на собственные нужды (привод насосов, подогрев и распыливание мазута, продувку котлоагрегатов, обдувку и очистку его поверхностей нагрева, утечки через неплотности) и других расходов. Кроме потерь пара теряется и его конденсат. При снабжении потребителей паром часть конденсата теряется из-за загрязнения в результате несовершенства теплообменных аппаратов, а иногда из-за технологического процесса без возврата конденсата. Расходы воды возмещают в специальных устройствах, комплекс которых называют водоподготовительной установкой.
