Циркуляция воды в котле: Циркуляция воды в котлах — Студопедия

Циркуляцией воды называется движение воды по замкнутому контуру. В состав контура циркуляции, в общем случае, входят такие конструктивные элементы котлов, как барабаны, коллекторы, обогреваемые и необогреваемые трубы поверхностей нагрева. Вода может проходить по контуру многократно либо однократно, двигаясь через поверхности нагрева от входа к выходу.

В зависимости от причин, которые вызывают движение воды циркуляция подразделяется на естественную и принудительную.

Естественная циркуляция осуществляется в паровых котлах, так как движущий напор в контуре создается разностью плотностей воды и пара. При этом каждый кг воды может постепенно превращаться в пар, многократно проходя через контур, либо превращаться в пар за один проход через поверхность нагрева.

Принудительная циркуляция воды производится с помощью насоса. Она применяется в водогрейных котлах и водяных экономайзерах и является прямоточной.

При любом виде циркуляции и способах ее организации вода и пар, образующийся в контуре, должны надежно охлаждать металл, что необходимо для безаварийной работы котлов.

Естественная циркуляция воды в паровых котлах.
Рассмотрим принцип действия естественной циркуляции на примере контура циркуляции бокового экрана топки (рис. 10).

Рис. 10. Схема простейшего контура естественной циркуляции:

1 — коллектор; 2 — опускная труба; 3 — верхний барабан; 4 — экранные (подъемные) трубы.

Питательная вода вводится в верхний барабан котла 3. Из него вода опускается по опускной трубе 2 и входит в коллектор 1. На этом участке контура теплота к воде не подводится (труба теплоизолирована шамотной стенкой) и температура воды остается ниже температуры насыщения при данном давлении пара в котле.

Из коллектора вода поступает в обогреваемые трубы экрана 4 и, поднимаясь по ним, нагревается до кипения, кипит и частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь вводится в барабан, где разделяется на воду и пар. Пар покидает котел, а вода смешивается с питательной водой и вновь поступает в контур циркуляции.

Участок подъемных труб, где вода нагревается до кипения, называется экономайзерным, а содержащий пар — паросодержащим. Высота последнего в несколько раз превышает высоту экономайзерного участка.

На экономайзерном участке вода движется с постоянной скоростью, а на паросодержащем участке она постоянно возрастает, так как количество образующегося пара в подъемных трубах непрерывно увеличивается. Скорость, которую вода имеет на экономайзерном участке, называется скоростью циркуляции. По причине своего постоянства скорость циркуляции является одной их важных характеристик естественной циркуляции. Ее величина составляет, примерно, 0,5 — 1,5 м/с.

Наличие в контуре участков со средами, имеющие разные плотности, создает в контуре разность давлений или движущий напор циркуляции. Давление в опускных трубах создается столбом воды с плотностью r В,
а в подъемных трубах — столбом воды и пароводяной смеси с плотностью r СМ
. Поэтому более плотная среда вытесняет менее плотную и в контуре создается круговое движение воды. Величина движущего напора определяется зависимостью вида:

S ДВ = h ПАР (r В — r СМ) g
Па, (7.1)

где h ПАР
— высота паросодержащего участка подъемных труб; g — ускорение свободного падения.

Из выражения движущего напора следует, что для циркуляции недостаточно иметь среды с разной плотностью. Необходимо также, чтобы паросодержащие трубы располагались вертикально.

За один проход по контуру только часть воды превращается в пар. Поэтому для характеристики интенсивности испарения воды используется понятие кратности циркуляции:

k = М /Д,
(7.2)

где М
— расход воды через опускную трубу, кг/ч; Д
— количество пара, образующегося в обогреваемых трубах, кг/ч.

Таким образом, кратность циркуляции показывает, сколько раз один кг воды должен пройти через контур, чтобы превратиться в пар. Для экранов k = 50 — 70, для конвективных пучков k = 100 — 200.

Величина, обратная кратности циркуляции, характеризует степень сухости влажного пара х = 1/k.
Отсюда можно сделать вывод о том, что в экранах образуется пароводяная смесь, содержащая не более 0,02 или 2 % пара. Поэтому даже самые теплонапряженные поверхности нагрева котлов, которыми являются экраны, надежно смачиваются и охлаждаются водой.

В конвективных пучках все трубы обогреваются газами, температура которых при прохождении через пучок непрерывно снижается. Поэтому в кипятильных трубах по ходу движения газов паросодержание также уменьшается, а плотность пароводяной смеси возрастает. Наличие в трубах пучка пароводяной смеси с разной плотностью создает движущий напор, который движит воды по следующей схеме: из верхнего барабана вода поступает в задние трубы пучка и по ним поступает в нижний барабан котла; из барабана вода входит в остальные трубы пучка и вместе с паром поступает в верхний барабан.

Принудительная циркуляция.
Принудительная циркуляция применяется в водогрейных котлах, а также в экономайзерах паровых котлов. Движение воды по трубам поверхностей нагрева производит насос. Вода входит в поверхности нагрева холодной, а покидает ее горячей, совершая в котле прямоточное движение. Кратность циркуляции воды равна единице.

Для создания прямоточного движения воды поверхности нагрева котлов изготавливаются в виде отдельных панелей, которые соединяются между собой последовательно или параллельно. Панель выполняется из одного ряда труб, концы которых замкнуты на нижний (распределительный) и верхний (собирающий) коллекторы. При этом трубы могут иметь как прямую (в осно

Циркуляция воды в паровых и водогрейных котлах

обо всём > отопление > парогенераторы

Конструкция современного котла включает в себя циркуляционный контур, по которому движутся вода и пароводяная смесь. Этим обеспечиваются постоянное парообразование или водяной нагрев и необходимая надежность оборудования из-за постоянства теплового режима при эксплуатации многих элементов котла, в первую очередь труб поверхностей нагрева.
При изменении циркуляции воды изменяется отвод теплоты от нагреваемых труб, в результате чего металл может перегреться (при уменьшении циркуляции) и снизить свою механическую прочность. В конечном итоге могут появиться недопустимые дефекты в нагреваемых трубах (местные вздутия, свищи и даже разрыв труб).

Применяются в паровых котлах три схемы циркуляции: естественная, многократная принудительная и прямоточная.

В котлах с естественной циркуляцией циркуляционный контур состоит из обогреваемых труб и необогреваемых. Необогреваемые трубы выведены за пределы топочного пространства. Вверху трубы соединены с барабаном котла – поэтому подобные котлы называют барабанными. Внизу трубы соединены коллектором. Обогреваемые и необогреваемые части контура разделены теплоизоляционной футеровкой. Нагретая пароводяная смесь с меньшей плотностью движется на верх в барабан, где происходит кипение, а холодная вода с большей плотностью движется вниз… Таким образом постоянно поддерживается естественная циркуляция воды и пароводяной смеси.

Обогреваемые трубы, в которых вода движется вверх, называются подъемными, а необогреваемые — опускными.

Чтобы обеспечить надежную работу пароводяного котла с естественной циркуляцией, необходима разница плотностей воды и пара, на практике допустима разница при давлении не более 18МПа. Это давление называется критическим для котлов с естественной циркуляцией. При серийном производстве паровых котлов с естественной циркуляцией рабочее давление ограничивают 13,5 МПа.

Котлы с принудительной многократной циркуляцией устроены с встроенным в контур циркуляционным насосом.

Прямоточные котлы без барабанов с одноцикловой циркуляцией. В них вода подается питательным насосом и превращается полностью в пар. Прямоточные котлы изготавливают на давление 14 МПа паропроизводительностью от 250 до 640 т/ч и на давление 25,5 МПа паропроизводительностью 950, 1600 и 2500 т/ч.

Почти все водогрейные котлы работают по прямоточной схеме. В прямоточном котле нет барабана, который трудоемок и сложен в изготовлении. Через трубную систему котла в них последовательно закачивается насосами сетевая вода.

Ресурсы теплоснабжения

Жилетка как модный тренд в детском гардеробе

Еще несколько лет назад, гардероб каждого малыша подбирался преимущественно из функциональных требований. Ведь на активных малышах одежда буквально «горит». Однако с такими особенностями ничего не остается, как только смириться, поскольку …

Применение газоблоков в строительстве

Использовать ячеистый бетон застройщики сегодня стали довольно часто. Это вполне естественно, поскольку подобный материал проявляет очень большие возможности. Используя его правильно, удается достигать отличного эффекта. Но все-таки результат во многом …

Аксессуары из нержавеющей стали

Данная статья расширяет кругозор тех, кто хочет приобрести аксессуары для ванной учитывая все важные характеристики данных изделий

Циркуляция жидкости в системе отопления

Каждое помещение независимо от его целевого предназначения, нуждается в отоплении. Если раньше основным способом отопления домов было принято считать каминный или печной метод, то сейчас он стал наименее эффективным и востребованным: носитель не способен предоставить достаточное количество тепла из-за увеличения отапливаемых объектов. Одним из наиболее прогрессивных вариантов отопления принято считать водяное отопление. В стандартную систему водяного отопления входит котел, соединенный с радиатором посредством магистралей. В качестве теплоносителя применяется вода.

Циркуляция жидкости в системе отопления

Стандартный принцип работы системы заключается в следующем: теплоноситель, в данном случае вода, поступает через трубопровод в радиаторы и отдает помещению тепло; после этого вода возвращается к котлу для нагрева повторно. Системы водяного отопления разделяют на системы с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией.

Отопительные системы с естественной циркуляцией

Система отопления с естественной циркуляцией получила широкое распространение еще в довоенный период времени за счет своей эффективности, простоты и надежности. Наиболее часто такой тип отопительной системы используется на дачах, а также в загородных домах из-за частых перебоев с электроснабжением на таких объектах. Такие системы условно разделяют на два типа – с нижней и с верхней подачей воды. Для определения с выбором типа отопительной системы необходимо рассмотреть их отличия, характеристики и сферу применения.

Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Отопительные системы с естественной циркуляцией

Отопительные системы с верхней подачей воды

Теплоноситель – в данном случае вода – подлежит нагреву и подаче в верхнюю часть отопительной системы посредством трубопровода. Труба, применяемая для подачи воды должна обладать большим диаметром по сравнению с трубами, которые отвечают за подачу воды к радиатору. Это необходимо для достижения наибольшего сопротивления теплового обмена. Горизонтальные трубы надлежит устанавливать с минимальным уклоном в пределах одного сантиметра на подгонный метр.

Расширительный бак нужно установить в верхней части системы: он будет выполнять функцию приема пара и избытка тепла – это необходимо из-за свойства воды расширяться при нагреве и переходить в состояние пара. На баке должен присутствовать сливной кран и крышка или клапан в его верхней части. После того, как вода нагрета, она распределяется через подающую трубу к вертикальным стоякам и в радиаторы.

Совет: если вы собираетесь применять отопительную систему с естественной циркуляцией воды, помните, что радиаторы необходимо подключать с помощью диагонального способа

После непосредственного отопления помещения вода переходит в котел по специализированной трубе – обратке. Здесь она подогревается заново и цикл движения воды повторяется. Котел для нагрева располагается в самом низком участке системы, под радиаторами. Обычно, эти элементы устанавливаются в котельных, для которых выделяются подвальные помещения.

Отопительные системы с нижней подачей воды

Система, в которой теплоноситель подается снизу, обычно используется для отопления домов, где нет чердачного помещения, или к нему закрыт доступ. Основное отличие представленной отопительной системы состоит в том, что трубы прокладываются под радиаторами. Также присутствует расширительный бак, который устанавливается в верхнем уровне системы; обычно для этого применяются хозяйственные помещения. Если при этом отсутствует циркуляция воды в системе отопления, которая должна происходить естественно, то она создается принудительным путем.

Отопительные системы с принудительной циркуляцией

Стандартная система отопления с принудительной циркуляцией функционирует посредствам тех же способов подключения. Отличие состоит том, что из-за большой протяженности этой системы или отсутствия естественных условий для создания наклона труб необходимо включить в систему насос. Насос для циркуляции монтируется к магистральной трубе – это помогает увеличить срок эксплуатации отопительной системы. Использование насоса помогает не только увеличить эффективность отопления, но также сократить количество магистралей. Система с принудительной циркуляцией имеет возможность обогреть не просто несколько помещений, но даже дом с несколькими этажами.

Отопительные системы с принудительной циркуляцией

Для того чтобы произвести качественную работу данного вида системы нужно непрерывное электроснабжение. Монтаж насоса для циркуляции в системе отопления требуется для того, чтобы создать принудительно циркуляцию воды в замкнутом контуре. В данном типе систем насос является центральным компонентом среди оборудования. Следует отметить, что циркуляционный насос может не отличаться значительной производительностью: его мощность необходима только для направления жидкости в подающую трубу. Этот же напор толкает воду в обратном направлении, так как система является замкнутой.

Циркуляционный насос необходим для обеспечения бесперебойной работы системы отопления, поэтому должен полностью соответствовать системе, в которую производится монтаж. Благодаря своей функциональности, такой тип насосов может повсеместно применяться в самых разнообразных магистралях трубопроводов.

Выбор циркуляционного насоса для отопительной системы

Для того чтобы подобрать циркуляционный насос для отопительной системы, необходимо произвести соответствующие расчеты. Обратите внимание на то, что в течение часа данным элементом будет прогоняться в три раза больше воды, чем составляет ее общий объем в системе. Таким образом, общий объем подходящего количества жидкости в среднем 10 литров на 1 киловатт мощности отопительного котла. Требуемую модель насоса для отопительной системы и его мощности определяют по напорно-расходным параметрам. Напор должен равняться гидравлическому сопротивлению отопительной системы.

Циркуляционный насос

Обычно скорость напора жидкости в системах с принудительной циркуляции довольно низкая, что дает право судить о низких потерях гидравлического сопротивления, которые обычно не превышают 2 метров. Точное сопротивление рассчитать довольно непросто, поэтому производительность циркуляционного насоса определяется по средней точке. Для того чтобы рассчитать производительность учитываются также размеры площади объекта отопления и мощность, которой обладает источник электроэнергии. Следует помнить, что насос необходим только в системе с принудительной циркуляции, система с естественной циркуляцией в нем не нуждается.

Установка циркуляционного насоса: на что следует обратить внимание?

Чтобы самостоятельно установить циркуляционный насос, воспользуйтесь следующими рекомендациями:

• чтобы продлить эксплуатационный срок всей системы, перед циркуляционным насосом установите фильтр для очистки жидкости. фильтр необходимо установить на всасывающем патрубке;
• не выбирайте для отопительной системы циркуляционный насос большой мощности и производительности, чем требуется. В противном случае, появляется риск столкнуться с дополнительным неприятным шумом при его работе;
• Никогда не включайте насос до того, как заполнили отопительную магистраль водой и удалили из нее воздух, это может приводить к выходу из строя оборудования;
• устанавливайте насос в области, максимально близкой к расширительному баку;
• при установке насоса в закрытую систему отопления, если будет возможность, установите насос на обратке. Это связано с тем, что данный участок магистрали обладает наименьшей температурой.

Установка циркуляционного насоса

Совет: перед запуском отопительной системы необходимо промыть ее водой для удаления различных инородных частиц. Не забывайте, что даже краткосрочная работа циркуляционная насоса вхолостую при отсутствии жидкости в системе может обернуться выходом из строя самого насоса и других элементов системы.

Практически все циркуляционные насосы, представленные на современном рынке, снабжены связью с автоматической регулировкой котлов для нагрева. Эта функция предоставляет владельцам возможность регулировать температуру воздуха на отапливаемом объекте посредством смены скорости движения воды в отопительной системе. Для того, чтобы учитывать уровень потребления тепла в помещениях устанавливаются специальные счетчики, благодаря которым контролируются тепловые потери, возникающие из-за износа магистралей. Сама схема отопления при этом не подлежит никаким изменениям.

Ознакомиться со способом установки циркуляционного насоса самостоятельно вы сможете, посмотрев видео:

Руководство по водоснабжению

— Депозиты котла: возникновение и контроль

Отложение — главная проблема в работе оборудования для производства пара. Накопление материала на поверхностях котла может вызвать перегрев и / или коррозию. Оба эти условия часто приводят к незапланированным простоям.

Системы предварительной обработки питательной воды для котлов достигли такого уровня, что теперь стало возможным снабдить котлы сверхчистой водой. Однако эта степень очистки требует использования сложных систем предварительной обработки.Капитальные затраты на такие составы оборудования для предварительной обработки могут быть значительными и зачастую неоправданными, если их сопоставить с возможностями внутреннего лечения.

Необходимость снабжения котлов высококачественной питательной водой является естественным результатом достижений в работе котлов. Отношение поверхности нагрева к испарению уменьшилось. Следовательно, скорость теплопередачи через излучающие водостенные трубы увеличилась — иногда свыше 200 000 БТЕ / фут² / час. Допуск на осаждение очень низок в этих системах.

Качество требуемой питательной воды зависит от рабочего давления котла, конструкции, скорости теплопередачи и использования пара. Большинство котельных систем имеют подпиточную или смягченную цеолитом натриевую воду. Жесткость питательной воды обычно колеблется от 0,01 до 2,0 ч / млн, но даже вода такой чистоты не обеспечивает работу без отложений. Следовательно, необходимы хорошие программы внутренней очистки котловой воды.

ДЕПОЗИТЫ

К распространенным загрязнителям питательной воды, которые могут образовывать отложения в котлах, относятся кальций, магний, железо, медь, алюминий, кремнезем и (в меньшей степени) ил и нефть.Большинство месторождений можно классифицировать как один из двух типов (Рисунок 12-1):

• шкала, которая кристаллизовалась непосредственно на поверхности трубы
• отложений осадка, которые выпали в осадок в другом месте и были перенесены на поверхность металла проточной водой

Шкала образована солями, которые имеют ограниченную растворимость, но не являются полностью нерастворимыми в котловой воде. Эти соли достигают места отложения в растворимой форме и выпадают в осадок при концентрировании путем испарения. Образующиеся осадки обычно имеют довольно однородный состав и кристаллическую структуру.

Высокие скорости теплообмена вызывают высокие скорости испарения, которые концентрируют оставшуюся воду в зоне испарения. Ряд различных формообразующих соединений может выпадать в осадок из концентрированной воды. Характер образовавшейся окалины зависит от химического состава концентрированной воды. Составляющие нормальных отложений — это кальций, магний, кремнезем, алюминий, железо и (в некоторых случаях) натрий.

Точные комбинации, в которых они существуют, варьируются от котла к котлу и от места к месту внутри котла (Таблица 12-1).Шкала может образовываться в виде силиката кальция в одном котле и в виде силиката железа-натрия в другом.

По сравнению с некоторыми другими реакциями осаждения, такими как образование фосфата кальция, кристаллизация окалины является медленным процессом. В результате образующиеся кристаллы хорошо очерчены, и на металле трубки образуется твердый, плотный и высокоизолирующий материал. Некоторые формы окалины настолько цепкие, что противостоят любому типу удаления — механическому или химическому.

Шлам — это скопление твердых частиц, которые осаждаются в основной котловой воде или попадают в котел в виде взвешенных твердых частиц.Отложения ила могут быть твердыми, плотными и цепкими. При воздействии высоких уровней нагрева (например, когда котел осушен горячим), отложения шлама часто выпекаются на месте. Отвержденные таким образом отстойные отложения могут быть такими же неприятными, как и накипь.

После начала осаждения частицы, присутствующие в циркулирующей воде, могут стать связанными с отложением. Внутричастичное связывание не должно происходить между каждой частицей в массе осадка. Некоторые несвязанные частицы могут быть захвачены в сеть связанных частиц.

Таблица 12-1. Компоненты кристаллической шкалы идентифицированы с помощью дифракции рентгеновских лучей.

Связывание часто является функцией поверхностного заряда и потери воды при гидратации.Оксид железа, который существует во многих гидратированных и оксидных формах, особенно склонен к связыванию. Некоторые силикаты будут делать то же самое, и многие нефтяные загрязняющие вещества являются печально известными связующими для отложений вследствие реакций полимеризации и разложения.

Помимо нанесения материального ущерба путем изоляции пути теплопередачи от пламени котла к воде (рис. 12-2), отложения ограничивают циркуляцию воды в котле. Они шероховатые поверхности трубы и увеличивают коэффициент сопротивления в контуре котла.Снижение циркуляции в генерирующей трубе способствует ускоренному осаждению, перегреву и преждевременному разделению пара и воды.

ЦИРКУЛЯЦИЯ КОТЛА

Рисунки 12-3 и 12-4 иллюстрируют процесс циркуляции котла. Левые ножки U-образных трубок представляют собой сливные трубы и заполнены относительно холодной водой. Правые ножки представляют собой генерирующие трубки и нагреваются. Тепло генерирует пузырьки пара, а конвекционные потоки создают циркуляцию. По мере увеличения количества тепла вырабатывается больше пара и увеличивается скорость циркуляции.

Если образуются отложения (Рисунок 12-4), шероховатая поверхность и частично ограниченное отверстие препятствуют потоку, уменьшая циркуляцию. При постоянном подводе тепла генерируется одинаковое количество пара, поэтому соотношение пара и воды в генерирующей трубе увеличивается. Вода в трубе становится более концентрированной, что увеличивает вероятность отложения солей котловой воды.

В крайних случаях осаждение становится достаточно тяжелым, чтобы уменьшить циркуляцию до точки, в которой происходит преждевременное разделение пара и воды.Когда это происходит в трубке печи, происходит быстрое разрушение из-за перегрева. Когда отложения незначительны, они не могут вызвать поломку труб, но они снижают любой запас прочности в конструкции котла.

До момента преждевременного разделения пара и воды скорость циркуляции котла увеличивается с увеличением подводимой теплоты. Часто, как показано на рисунке 12-5, точка перегиба (A) выше номинальной номинальной мощности котла. Когда контур загрязнен, точка перегиба кривой ввода циркуляции в тепло перемещается влево, и общая циркуляция воды уменьшается.Это представлено нижней пунктирной линией.

Циркуляция и отложение тесно связаны. Осаждение частиц является функцией водной развертки, а также поверхностного заряда (Рисунок 12-6). Если поверхностный заряд на частице относительно нейтрален в своей склонности вызывать прилипание частицы к стенке трубки или оставаться в подвешенном состоянии, адекватный водяной выброс удержит ее от трубки. Если циркуляция через контур недостаточна для обеспечения достаточного количества воды, нейтральная частица может прилипнуть к трубе.В случаях крайне низкой циркуляции может произойти полное испарение и отложение нормально растворимых солей натрия.

ХИМИЧЕСКОЕ ЛЕЧЕНИЕ

Обработка карбонатом натрия была оригинальным методом контроля отложений сульфата кальция. Современные методы основаны на использовании фосфатов и хелатирующих агентов. Первая — ускоряющая программа, вторая — программа солюбилизации.

Carbonate Control

До принятия фосфатной обработки в 1930-х годах, накипь сульфата кальция была основной проблемой котла.Обработку карбонатом натрия использовали для осаждения кальция в виде карбоната кальция для предотвращения образования сульфата кальция. Движущей силой для образования карбоната кальция было поддержание высокой концентрации карбонат-иона в котловой воде. Даже там, где это было достигнуто, обычное масштабирование карбонатом кальция было обычным явлением. Поскольку давление в котле и скорость теплопередачи медленно росли, окалина карбоната кальция стала неприемлемой, так как это привело к перегреву трубки и выходу из строя.

Фосфат-контроль

Фосфат кальция практически не растворяется в котловой воде.Даже небольшие уровни фосфата могут поддерживаться, чтобы обеспечить осаждение фосфата кальция в объеме котловой воды вдали от поверхностей нагрева. Следовательно, введение фосфатной обработки устранило проблему накипи карбоната кальция. Когда фосфат кальция образуется в котловой воде с достаточной щелочностью (рН 11,0-12,0), образуется частица с относительно неприлипающим поверхностным зарядом. Это не предотвращает развитие скоплений отложений с течением времени, но за счет продувки можно достаточно хорошо контролировать месторождения.

В программе обработки осаждением фосфатом магниевая часть загрязнения твердостью осаждается преимущественно в виде силиката магния. Если кремнезема нет, магний выпадет в осадок в виде гидроксида магния. При недостаточной щелочности котловой воды магний может соединиться с фосфатом. Фосфат магния имеет поверхностный заряд, который может привести к его прилипанию к поверхности трубы, а затем собирать другие твердые вещества. По этой причине щелочность является важной частью программы осаждения фосфатов.

Силикат магния, образующийся в программе осаждения, не особенно прилипает. Однако это способствует накоплению отложений наравне с другими загрязнителями. Анализ типичных отложений в котле показывает, что силикат магния присутствует примерно в том же отношении к фосфату кальция, что и магний к кальцию в питательной воде котла.

Фосфат / Полимер Контроль

Результаты обработки фосфатом улучшаются с помощью органических добавок. Природные органические вещества, такие как лигнины, дубильные вещества и крахмалы, были первыми использованными добавками.Органические вещества были добавлены, чтобы способствовать образованию жидкого осадка, который оседает в грязевом барабане. Снизу продувки из грязевого барабана удалили ил.

Было много достижений в области органической обработки (Рисунок 12-7). Синтетические полимеры в настоящее время широко используются, и основное внимание уделяется дисперсии частиц, а не образованию жидкого осадка. Хотя этот механизм довольно сложен, полимеры изменяют площадь поверхности и отношение поверхностного заряда к массе типичных твердых веществ в котле. При правильном выборе и применении полимера поверхностный заряд частицы может быть благоприятно изменен (Рисунок 12-8).

Многие синтетические полимеры используются в программах осаждения фосфатов. Большинство из них эффективно диспергируют силикат магния и гидроксид магния, а также фосфат кальция. Полимеры обычно имеют низкую молекулярную массу и имеют множество активных центров. Некоторые полимеры используются специально для солей жесткости или для железа; некоторые эффективны для широкого спектра ионов. Рисунок 12-9 показывает относительную производительность различных полимеров, используемых для очистки котловой воды.

Таблица 12-2.Эффективность фосфата / полимера можно поддерживать при высоких скоростях теплопередачи путем выбора подходящего полимера.

Chelant Control

Chelants — главные добавки в программе очистки котловой воды. Хеланты обладают способностью образовывать много катионов (твердость и тяжелые металлы в условиях котловой воды). Они достигают этого, фиксируя металлы в растворимой органической кольцевой структуре. Хелатные катионы не оседают в котле.При нанесении с помощью диспергатора хелатные агенты образуют чистые поверхностные поверхности.

Поставщики и пользователи chelants многое узнали об их успешном применении с момента их введения в качестве метода очистки питательной воды в котле в начале 1960-х годов. Chelants были объявлены как «чудодейственные» добавки. Однако, как и в случае с любым другим материалом, самой сложной задачей было понять правильное применение.

Chelants — это слабые органические кислоты, которые вводятся в питательную воду котла в форме нейтрализованной натриевой соли.Вода гидролизует хелат, образуя органический анион. Степень гидролиза является функцией рН; полный гидролиз требует относительно высокого pH.

Анионный хелат имеет реактивные сайты, которые привлекают координационные сайты на катионах (твердость и примеси тяжелых металлов). Участки координации — это области на ионе, которые восприимчивы к химической связи. Например, железо имеет шесть координационных центров, как и ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота). Ионы железа, поступающие в котел (например,как загрязнение из системы конденсата) в сочетании с ЭДТА. Все координационные центры на ионе железа используются EDTA, и образуется стабильный хелат металла (рис. 12-10).

NTA (нитрилотриуксусная кислота), другой хелатирующий агент, применяемый в питательной воде котла, имеет четыре координационных участка и не образует столь же стабильного комплекса, как EDTA. При использовании NTA неиспользованные координационные центры катиона чувствительны к реакциям с конкурирующими анионами.

Chelants объединяются с катионами, которые образуют отложения, такие как кальций, магний, железо и медь.Образующийся хелат металла является водорастворимым. Когда хелат стабилен, осадков не происходит. Хотя существует много веществ, обладающих хелатирующими свойствами, на сегодняшний день ЭДТА и НТА являются наиболее подходящими хелатирующими агентами для очистки питательной воды котла.

Логарифм константы равновесия для реакции хелат-металл-ион, часто называемый константой стабильности (Ks), можно использовать для оценки химической стабильности образованного комплекса. Для реакции кальций-ЭДТА:

(Ca) ²⁺ (EDTA) ⁴

В таблице 12-3 перечислены константы стабильности для ЭДТА и НТА с обычными загрязнителями питательной воды.

Таблица 12-3. Константы стабильности обеспечивают меру химической стабильности комплексов хелат-металл-ион.

Эффективность хелатной программы ограничена концентрацией конкурирующих анионов. За исключением фосфата, конкурирующие анионные ограничения на хелатирование ЭДТА обычно не являются серьезными. Щелочность и кремнезем, в дополнение к фосфату, являются ограничивающими факторами при использовании NTA.

Chelant / Polymer Control

Оксид железа представляет особую проблему в современных программах очистки котловой воды.Осаждение из питательной воды котла низкой жесткости (менее 1,0 ppm) устраняется программами хелатирования и может быть уменьшено до 95% с помощью хорошей программы обработки полимерами / фосфатами. Оксид железа становится все более значительным источником отложений в котлах благодаря виртуальному устранению отложений твердости во многих системах и потому, что высокие скорости теплопередачи во многих котлах способствуют отложению железа.

Chelants с высокими значениями стабильности, такие как EDTA, могут образовывать сложные отложения железа.Однако эта способность ограничена конкуренцией с гидрат-ионами. Опыт показывает, что использование ЭДТА или других хелатных препаратов не является наиболее удовлетворительным методом контроля железа.

При нормальных скоростях подачи хелатирующего агента происходит ограниченное хелатирование поступающего железного порошка Этого обычно достаточно, чтобы растворить конденсат железа. Хелатирование магнетита (оксид, образующийся в условиях котла — смесь Fe2O3 и FeO) возможно, потому что хелат соединяется с железной (FeO) частью магнетита.

Перекармливание (высокий уровень) хелатина может удалить большое количество оксида железа. Однако это нежелательно, потому что высокий избыток хелатина не может различить оксид железа, который образует защитное магнетитовое покрытие, и оксид железа, который образует отложения.

Комбинация хелат / полимер — эффективный подход к контролю оксида железа. Адекватный хелатин подается на комплексную твердость и растворимое железо с небольшим избытком для растворения железного загрязнения. Затем добавляют полимеры для кондиционирования и рассеивают оставшиеся загрязнения оксидом железа (рис. 12-11).

Хелатная / полимерная программа может производить чистые береговые поверхности, способствуя гораздо более надежной работе котла (Рисунок 12-12). Графики очистки котлов, вышедших из строя, могут быть расширены и, в некоторых случаях, устранены. Это зависит от оперативного контроля и качества питательной воды. Хеланты с высокой комплексообразующей стабильностью являются «прощающими» обработками — они могут удалять отложения, которые образуются, когда качество питательной воды или контроль обработки периодически отклоняются от стандартного.

Котлы с умеренным осаждением в форме карбоната кальция и фосфата кальция могут быть эффективно очищены с помощью программы очистки хелатной системы.Программы очистки хелатной системы при эксплуатации должны контролироваться, а не пытаться работать на сильно отложенном котле или применяться слишком быстро. Chelants может вызвать быстрое накопление большого количества отложений за короткий промежуток времени. Эти скопления могут закупорить коллекторы или переотложить в критических областях циркуляции, таких как трубы в стенках печи.

В программе хелатной очистки добавляется достаточное количество хелата для растворения жесткости поступающей питательной воды и железа. Затем следует рекомендуемый избыток хелатирующего корма.Настоятельно рекомендуется проводить регулярные осмотры (обычно каждые 90 дней), чтобы можно было следить за ходом лечения.

Уровень полимера в котле также следует увеличить выше нормальной концентрации. Это ограничивает частицы в объеме воды до тех пор, пока они не осядут в грязевом барабане. Увеличенное количество «ударов» грязевого барабана должно быть выполнено для удаления частиц из котла.

Программы очистки хелатных соединений при эксплуатации не рекомендуется, если анализ отложений показывает, что основные компоненты состоят из силикатов, оксида железа или любых других отложений, которые кажутся твердыми, жестко связанными или лишенными пористости.Поскольку такие весы не удаляются успешно в большинстве случаев, очистка хелатной системы в процессе эксплуатации не может быть оправдана в таких ситуациях.

Комбинации фосфатов / хелатов / полимеров

Комбинации полимера, фосфата и хелата обычно используются для получения результатов, сопоставимых с обработкой хеланом / полимером в котлах низкого и среднего давления. Чистота котла улучшена по сравнению с обработкой фосфатом, а наличие фосфата обеспечивает простой способ проверки наличия обработки в котловой воде.

Полимерная обработка

Полимерные программы лечения также используются с определенной долей успеха. При этой обработке полимер обычно используется в качестве слабого хелатного агента для комплексного определения жесткости питательной воды. Эти обработки наиболее успешны, когда жесткость питательной воды постоянно очень низкая.

Водоочистка котла высокого давления

Котлы высокого давления обычно имеют участки с высоким тепловым потоком и питательной водой, состоящие из деминерализованной подпиточной воды и высокого процента возврата конденсата.Из-за этих условий котлы высокого давления подвержены едкому воздействию. Котлы низкого давления, которые используют деминерализованную воду и конденсат в качестве питательной воды, также подвержены едкому воздействию.

Существует несколько способов, с помощью которых котловая вода может стать высококонцентрированной. Одним из наиболее распространенных является осаждение оксида железа на излучающих стенках труб. Отложения оксида железа часто бывают довольно пористыми и действуют как миниатюрные котлы. Вода втягивается в отложение оксида железа. Тепло, подводимое к отложению от стенки трубки, генерирует пар, который проходит через осадок.Больше воды поступает в месторождение, занимая место пара. Этот цикл повторяется, и вода под осадком концентрируется до чрезвычайно высоких уровней. Возможно иметь 100 000 частей на миллион под осадком, в то время как основная масса содержит только около 5-10 частей на миллион едких (рис. 12-13).

Парогенераторные установки, снабженные деминерализованной или выпаренной подпиточной водой или чистым конденсатом, могут быть защищены от едкой коррозии с помощью обработки, известной под общим термином «скоординированный контроль фосфатов / pH».«Фосфат является буфером рН в этой программе и ограничивает локальную концентрацию едкого. Подробное обсуждение этой обработки включено в Главу 11.

Если отложения сведены к минимуму, площади, в которых может концентрироваться каустик, уменьшаются. Чтобы свести к минимуму осаждение железа в котлах высокого давления (1000-1750 фунтов / кв. Дюйм изб.), Были разработаны специальные полимеры для диспергирования железа и удержания его в объеме воды.

Как и в случае с программами осаждения фосфатов и контроля хелатирующих агентов, использование этих полимеров с согласованной обработкой фосфатом / pH улучшает контроль отложений.Рисунок 12-14 иллюстрирует эффективность диспергаторов в контроле осаждения оксида железа. Условия испытаний: 1500 фунтов / кв.дюйм (590 ° F), тепловой поток 240 000 БТЕ / фут² / час и скоординированный химический анализ воды по программе фосфат / рН. Сравнение необработанной поверхности теплопередачи (показано слева) с условиями обработки полимерным диспергатором (показано справа) дает графическую иллюстрацию значения диспергаторов в предотвращении осаждения парогенератора. Способность уменьшать накопления оксида железа является важным требованием при обработке котельных систем, работающих при высоких давлениях и питательной воде высокой чистоты.

Сверхкритические котлы используют все летучие обработки, обычно состоящие из аммиака и гидразина. Из-за высокой вероятности образования отложений и загрязнения паром, нельзя допускать попадания твердых частиц в сверхкритическую проточную котельную воду, включая твердые вещества для обработки.

Рисунок 12-1. Классификация депозитов.

Икс

Рисунок 12-2. Осаждение уменьшает теплопередачу от котельной трубы к котельной воде, увеличивая температуру металла трубыМожет произойти перегрев и разрушение металлической трубки.

Икс

Рисунок 12-4. U-образная трубка иллюстрирует циркуляцию воды и образование пара с отложениями.

Икс

Рисунок 12-5. Циркуляция как функция тепловыделения в контуре котла.

Икс

Рисунок 12-6. Противоположные силы действуют на переносимые водой частицы. Поверхностные заряды могут привлекать частицы в осадок. Поток воды «сметает» частицу.

Икс

Рис. 12-7.Экспериментальные котлы используются для оценки программ химической обработки в строгих условиях.

Икс

Рис. 12-8. (Слева) Сканирующая электронная микрофотография (увеличение 4000Х) кристаллов фосфата кальция и силиката магния, образующихся в котловой воде, не обработанной диспергатором. (Справа) С сульфированным полимером рост кристаллов контролируется.

Икс

Рисунок 12-9. Хотя многие полимеры доступны для обработки котловой воды, уровни производительности варьируются.

Икс

Рисунок 12-10. Большинство металлов имеют шесть реактивных координационных центров. ЭДТА может эффективно связываться с каждым координационным участком и создавать стабильный комплекс.

Икс

Рисунок 12-11. Хелант / полимер может обеспечить высокую степень защиты от отложений железа при условии, что используется подходящий полимер. Даже члены одного и того же семейства полимеров, такие как полиметакрилат (PMA), могут сильно различаться по производительности.

Икс

Таблица 12-2.Эффективность фосфата / полимера можно поддерживать при высоких скоростях теплопередачи посредством выбора подходящего полимера.

Икс

Рисунок 12-12.Хелант / полимер обеспечивает наиболее безнапорный режим внутреннего контроля лечения. Условия испытаний: 600 фунтов на кв. Дюйм; 60 000 (большой зонд) + 180 000 (маленький зонд) БТЕ / фут2 / час питательной воды, постоянная подпитки.

Икс

Фосфатный цикл — без обработки	Фосфатный цикл — Натуральный кондиционер	Фосфатный цикл — лигнин-кондиционер
Фосфатный цикл — Полимерные диспергаторы	Фосфатный цикл — смесь хелатных и полимерных диспергаторов	Chelation Cycle — Хелатная и полимерная диспергирующая смесь

Рисунок 12-13.Пористые отложения обеспечивают условия, которые способствуют высоким концентрациям твердых частиц котловой воды, таких как гидроксид натрия (NaOH).

Икс

Рис. 12-14. Экспериментальные теплообменники котла (увеличение в 800 раз), подверженные загрязнению железом питательной воды. Осаждение тяжелого оксида железа происходило (слева), когда полимер не использовался. Практически чистое surace было достигнуто с помощью железо-специфической полимерной программы (справа).

Икс

,