Чтобы эксплуатация оборудования систем теплоснабжения осуществлялась без проблем, требуется качественная водоподготовка для котельных установок. Такая предварительная обработка воды обеспечивает длительную и безаварийную эксплуатацию котельных, тепловых пунктов и прочих объектов теплоэнергетической системы.

Работа систем и устройств комплексов теплоснабжения во многом зависит от физико-химических процессов, вызывающих при высоких температурах образование накипи на внутренних поверхностях трубопроводов и парогенераторов. Также опасность для оборудования котельной представляют:

  • унесенные потоком пара и испаряемой воды соли и окислы;
  • отложения в проточных частях турбин;
  • коррозионные процессы на поверхностях трубопроводов.

Интенсивность процессов зависит от качества воды, питательной и котловой, и получаемого пара.

Важность предварительной подготовки.

Высокая температура ускоряет процессы отложения осадка на трубах и элементах оборудования, соприкасающегося с водой и паром. А так как современные тепловые установки работают при высоких температурах, толщину образующихся отложений необходимо тщательно регулировать. Если же в системе будет использоваться питательная вода, не прошедшая достаточную водоподготовку, при высоких температурах значительно возрастает интенсивность процессов коррозии и отложения солей.

Часто пользователи установок, занимающиеся их эксплуатацией, не отдают себе отчета в том, насколько возрастает экономическая эффективность использования котла при эксплуатации качественной водоподготовки. Если питательная вода недостаточно очищена, в ходе эксплуатации могут возникнуть проблемы, которые приведут к большим финансовым затратам на проведение ремонта. А возможно, и к полному выходу из строя оборудования.

НОРМЫ КАЧЕСТВА СЕТЕВОЙ И ПОДПИТОЧНОЙ ВОДЫ ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ, ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДНО-ХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА И ХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РД 24.031.120-91

Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов

Показатель Система теплоснабжения
открытая закрытая
Температура сетевой воды, °С
115 150 200 115 150 200
Прозрачность по шрифту, см, не менее 40 40 40 30 30 30
Карбонатная жесткость, мкг-экв/кг:            
при pH не более 8,5 800
700
750
600
375
300
800
700
750
600
375
300
при pH более 8,5 Не допускается См. черт. 1
Условная сульфатно-кальциевая жесткость, мкг-экв/кг См. черт. 2
Содержание растворенного кислорода, мкг/кг 50 30 20 50 30 20
Содержание соединений железа (в пересчете на Fe), мкг/кг 300 300
250
250
200
600
500
500
400
375
300
Значение pH при 25 °С От 7,0 до 8,5 От 7,0 до 11,0
Свободная углекислота, мг/кг Должна отсутствовать или находиться в пределах, обеспечивающих поддержание pH не менее 7,0
Содержание нефтепродуктов, мг/кг 1,0
Примечания:

  1. В числителе указаны значения для котлов на твердом топливе, в знаменателе — на жидком и газообразном.
  2. Нормы жесткости (см. черт. 1 и 2) для котлов пылеугольных и со слоевым сжиганием топлива могут быть увеличены на 25 %.
  3. Для тепловых сетей, в которых водогрейные котлы работают параллельно с бойлерами, имеющими латунные трубки, верхний предел pH сетевой воды не должен превышать 9,5.
  4. Содержание растворенного кислорода указано для сетевой воды; для подпиточной воды оно не должно превышать 50 мкг/кг.

НОРМЫ КАЧЕСТВА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ И ПАРА, ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДНО-ХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА И ХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПАРОВЫХ СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ-УТИЛИЗАТОРОВ И ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОТЛОВ
РД 24.032.01-91

Показатели качества питательной воды водотрубных и газотрубных котлов рабочим давлением пара до 4 МПа включительно устанавливаются в зависимости от давления пара и расчетной максимальной температуры газов перед котлом и не должны превышать значений, указанных в табл.1

Таблица 1

Показатель Рабочее давление пара, МПа (кгс/см)
0,9 (9,0) 1,4 (14) и 1,8 (18) 4 (40) и 5 (50)
Температура греющего газа (расчетная), °С
до 1200 вкл. до 1200 вкл. свыше 1200 до 1200 вкл. свыше 1200
Прозрачность «по шрифту», см, не менее 30
——
20
40
——
30
40 40 40
Общая жесткость, мкг-экв/кг 40
——
70
20
——
50
15 10 5
Содержание соединений железа (в пересчете на Fe), мкг/кг Не нормируется 150 100 50
Содержание соединений меди (в пересчете на Cu), мкг/кг Не нормируется 20
Содержание кремниевой кислоты (в пересчете на ), мкг/кг Не нормируется
Содержание растворенного кислорода, мкг/кг:  
для котлов с чугунным экономайзером или без экономайзера 150 100 50 50 30
для котлов со стальным экономайзером 50 30 30 30 20
Значение рН при 25 °С Не менее 8,5
Содержание нитритов (в пересчете на), мкг/кг Не нормируется 30 20
Содержание нефтепродуктов, мг/кг 5 3 2 1 0,3

Показатели качества конденсата насыщенного и перегретого пара, не должны превышать или выходить за пределы значений, приведенных для котлов с рабочим давлением до 4 МПа в табл.3.

Таблица 3

Показатель Номинальное давление пара, МПа
до 1,4 (1,8) св. 1,4 (1,8)
до 4,0 (5,0)
Условное солесодержание (в пересчете на NaCI) для котлов с пароперегревателем, мкг/кг:  
при использовании пара на технологические нужды 500 300
при использовании пара для турбоустановки 300 200
Содержание натрия для котлов с пароперегревателем, мкг/кг:  
при использовании пара на технологические нужды 160 100
при использовании пара для турбоустановок 100 60
Содержание свободного аммиака, стехиометрически не связанного с углекислотой, мг/кг Не допускается
Значение рН конденсата при 25 °С 6,0-9,0

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО НАДЗОРУ ЗА ВОДНО-ХИМИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ
РД 10-165-97

3.1. Показатели качества питательной воды котлов с естественной и многократной принудительной циркуляцией паропроизводительностью 0,7 т/ч и более не должны превышать значений, указанных в табл. 1, 2, 3.

Таблица 1

Показатели качества питательной воды.
Паровые газотрубные котлы

Показатель Топливо
Жидкое Другие виды топлива
Прозрачность по шрифту, см, не менее 40 20
Общая жесткость, мкг-экв/кг 30 100
Содержание растворенного кислорода (для котлов с паропроизводительностью 2 т/ч и более), мкг/кг 50* 100
* Для котлов, не имеющих экономайзеров, и котлов с чугунными экономайзерами содержание растворенного кислорода допускается до 100 мкг/кг.

Таблица 2

Показатели качества питательной воды.
Водотрубные котлы с естественной циркуляцией (в том числе котлы-бойлеры) с рабочим давлением пара до 4 МПа (40 кгс/см²)

Показатель Рабочее давление, МПа (кгс/см)
0,9 (9) 1,4 (14) 2,4 (24) 4 (40)
Прозрачность по шрифту, см, не менее 30 40 40 40
Общая жесткость, мкг-экв/кг 30/40* 15/20* 10/15* 5/10*
Содержание, мкг/кг:  
соединений железа (в пересчете на Fe) Не нормируется 300/Не нормируется* 100/200* 50/100*
соединений меди (в пересчете на Сu) Не нормируется 10/Не нормируется*
растворенного кислорода (для котлов с паропроизводительностью 2 т/ч и более**) 50/100* 30/50* 20/50* 20/30*
Значение рН при температуре 25°С*** 8,5-10,5
Содержание нефтепродуктов, мг/кг 5 3 3 0,5
* В числителе указаны значения для котлов, работающих на жидком топливе, в знаменателе — на других видах топлива.
** Для котлов, не имеющих экономайзеров, и для котлов с чугунными экономайзерами содержание растворенного кислорода допускается до 100 мкг/кг при сжигании любого вида топлива.
*** В отдельных случаях, обоснованных специализированной научно-исследовательской организацией, может быть допущено снижение рН до 7,0. Перечень специализированных научно-исследовательских организаций приведен в приложении 5 Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Таблица 3

Показатели качества питательной воды.
Паровые и энерготехнологические котлы и котлы-утилизаторы с рабочим давлением пара до 5 МПа (50 кгс/см²)

Показатель Рабочее давление, МПа (кгс/см²)
0,9 (9) 1,4 (14) и 1,8 (18) 4 (40) и 5 (50)
Температура греющего газа (расчетная), °С
До 1200 включительно До 1200 включительно Свыше 1200 До 1200 включительно Свыше 1200
Прозрачность по шрифту, см, не менее 30/20* 40/30* 40
Общая жесткость, мкг-экв/кг 40/70* 20**/50* 15 10 5
Содержание, мкг/кг:  
соединений железа (в пересчете на Fe) Не нормируется 150 100 50***
растворенного кислорода:  
а) для котлов с чугунным экономайзером или без экономайзера 150 100 50 50 30
б) для котлов со стальным экономайзером 50 30 30 30 20
Значение рН при температуре 25°С Не менее 8,5****
Содержание нефтепродуктов, мг/кг 5 3 2 1 0,3
* В числителе приведены данные для водотрубных, в знаменателе — для газотрубных котлов.
** Для водотрубных котлов с рабочим давлением пара 1,8 МПа (18 кгс/см²) жесткость не должна быть более 15 мкг-экв/кг.
*** Допускается увеличение содержания соединений железа до 100 мкг/кг при условии применения методов реагентной обработки воды, уменьшающих интенсивность образования накипи за счет перевода соединений железа в раствор, при этом должны соблюдаться согласованные с Госгортехнадзором России нормативы по допускаемому количеству отложений на внутренней поверхности парогенерирующих труб. Заключение о возможности указанного увеличения содержания соединений железа в питательной воде дается специализированной научно-исследовательской организацией.
**** Значение рН устанавливается в зависимости от материалов, применяемых в оборудовании пароконденсатного тракта, но не более 9,5.

Примечание. Для газотрубных котлов-утилизаторов вертикального типа с рабочим давлением пара свыше 0,9 МПа (9 кгс/см²), а также для содорегенерационных котлов показатели качества питательной воды нормируются по данным последней графы табл. 3. Кроме того, для содорегенерационных котлов нормируется солесодержание питательной воды, которое не должно быть более 50 мг/кг.
3.2. Показатели качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов не должны превышать значений, указанных в табл. 4.

Таблица 4

Показатели качества сетевой и подпиточной воды.
Водогрейные котлы

Показатель Система теплоснабжения
открытая закрытая
Температура сетевой воды, °С
115 150 200 115 150 200
Прозрачность по шрифту, см, не менее 40 40 40 30 30 30
Карбонатная жесткость, мкг-экв/кг:  
при рН не более 8,5 800/700* 750/600* 375/300* 800/700* 750/600* 375/300*
при рН более 8,5 Не допускается По расчету РД 24.031.120-91
Содержание, мкг/кг:  
растворенного кислорода 50 30 20 50 30 20
соединений железа (в пересчете на Fe) 300 300/250* 250/200* 600/500* 500/400* 375/300*
Значение рН при температуре 25 °С От 7,0 до 8,5 От 7,0 до 11,0**
Содержание нефтепродуктов, мг/кг 1,0
* В числителе приведены данные для котлов на твердом топливе, в знаменателе — на жидком и газообразном топливе.
** Для теплосетей, в которых водогрейные котлы работают параллельно с бойлерами, имеющими латунные трубки, верхнее значение рН для сетевой воды не должно превышать 9,5.

Примечание. Данные нормы не распространяются на водогрейные котлы, установленные на тепловых электростанциях, тепловых станциях и в отопительных котельных, для которых качество воды должно соответствовать требованиям Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей.

Использование воды высокого качества обеспечивает получение качественного пара, уменьшает интенсивность коррозийного воздействия на конструкционные материалы, продлевая сроки эксплуатации теплового оборудования. В результате соблюдение технологических требований, регламентирующих уровень обработки, тесно связано с экономичностью эксплуатации и надежностью работы техники. Поэтому необходимо придерживаться установленных правил и требований к качеству обработки котловой, питательной и сетевой воды, а также конденсата.

Водоподготовка для тепловых установок способствует достижению надежности эксплуатации и экономичности работы каждого теплотехнического объекта за счет соблюдения водно-химического режима. Этот процесс осуществляется с помощью подбора вариантов и сочетания внутрикотловых процессов со способами подготовки воды.

Водоподготовка является процессом, к которому необходимо подходить ответственно. От качества питательной воды зависит надежность работы аппаратов котельной, производительность и срок эксплуатации оборудования. Чтобы при работе в трубках котлов не образовывались отложения, а также не засорялась проточная секция турбины, в используемой воде концентрация различных составляющих должна оставаться в пределах от 5 до 100 мкг на кг воды. И добиться такой чистоты можно только с применением современных методик обработки.

Методы водоподготовки в теплоэнергетике подразделяются на:

  • безреагентные (физические);
  • с использованием химических реагентов.

В безреагентных методиках применяются различные физические процессы, и они могут действовать либо самостоятельно, либо как отдельные этапы общего технологического процесса водоподготовки для получения требуемого качества воды для самых разнообразных применений.

Реагентная, или химическая обработка (в которую включаются методики на основе ионообменных процессов) позволяет получить воду с глубоким обессоливанием или умягченную.

При выборе методов и технологий обработки воды, а также при составлении схемы общего технологического процесса с использованием различных методик, необходимо оценить:

  • состав исходный воды;
  • тип обслуживаемых котельных установок и их основные параметры;
  • место и роль оборудования в системе теплофикации или снабжения горячей водой;
  • типы используемых турбин и прочего оборудования.

При выборе источника воды для снабжения котельных нужно учитывать, как объем потребления, так и требования по водоподготовке, предъявляемые к объекту (электростанции, тепловому пункту) в целом. Если в районе размещения объекта имеется несколько различных источников, выбор должен основываться, прежде всего, на качестве воды, так как это критичный параметр для подбора методов и схем водоподготовки. Исходный источник оценивается, исходя из жесткости, уровня щелочности, содержания нитратов, нитритов, кремниевых кислот и прочих элементов.

Для котельной, работающей на базе парогенераторов низкого и среднего давления, воду с невысокой базовой щелочностью (не более 2 мг-экв/кг) можно очищать при помощи натрий-катионных фильтров. Но если щелочность воды превышает это значение, требуется оборудовать установки добавочными устройствами Н-катионирования, подкисления или известкования.

Этапы водоподготовки для котельной

  • Предочистка. Чтобы улучшить технико-экономические показатели последующих этапов, требуется выделить взвешенные примеси. На данной стадии водоподготовка котельных осуществляется преимущественно методами осаждения, чтобы примеси выпали в осадок.
  • Фильтрация при помощи сетчатых фильтров. Фильтровальные остановки снабжаются системой обратной промывки для защиты от засорения.
  • Коагуляция и известкование. Микрочастицы, прошедшие сетчатый фильтр, адсорбируются флокулянтами.
  • Осаждение осадка с применением методик известкования и содоизвесткования.
  • Механическая фильтрация.
  • Применение окисляющих каталитических фильтров для удаления солей марганца и железа.
  • Умягчение с использованием ионообменных установок и устройств снижения избыточной щелочности.
  • Обессоливание с использованием систем обратного осмоса.
  • Деаэрация (термическая), для удаления растворенных в воде агрессивных газов, с использованием атмосферных или вакуумных деаэраторов.
  • Деаэрация (химическая), путем связывания агрессивных растворенных газов, с использованием реагентов в необходимой дозировке.