Снижение продувки паровых котлов применением обратного осмоса

Самая распространенная проблема не только для паровых котлов, но и для всего теплообменного оборудования – известковые отложения. Под воздействием высоких температур происходит выпадение в осадок карбоната кальция: трудноудаляемые отложения, более известные, как накипь. Их образование обусловлено присутствием в воде ионов жесткости: кальция и магния. Для удаления этих элементов большое распространение получила установка умягчения. Общий принцип работы установки основан на принципе ионного обмена, т.е. фильтрующий материал установки селективно «забирает» из воды ионы жесткости, «заменяя» их на ионы натрия Na. Вследствие этого, наибольшее распространение системы водоподготовки для паровой котельной получила схема 2-х ступенчатого умягчения с предварительной фильтрацией (в случае присутствия в воде повышенных концентраций мутности и железа). Согласно требованиям, предъявляемым к питательной и котловой воде, нормируется общая жесткость: от 0,02 мг-экв/л и ниже, в зависимости от давления и температуры воды в котле. В применяемой схеме первая ступень умягчения – основная, работает с полной загрузкой, обеспечивая удаление солей жесткости на 99% до 0,1 мг-экв/л, вторая ступень – барьерная, работает в облегченном режиме, обеспечивая удаление оставшегося 1% солей жесткости, что, позволяет достичь нормативных значений.

Как показывает практический опыт специалистов, выбор оборудования химводоподготовки на основе 2-х ступенчатого умягчения не универсален, и зачастую бывает неправильным. В некоторых случаях, паровые котлы, оснащенные такой системой подготовки воды, начинают сбоить еще в процессе ПНР, а добиться их выхода на номинальный режим работы становится невозможно. Связано это с тем, что при подборе оборудования не учитывался показатель солесодержания (или связанные с ним показатели минерализация, сухой остаток и электропроводности) исходной воды. Данный показатель информирует о количественном значении растворенных в воде солей.

Почему же он так важен? Дело в том, что при работе котла подаваемая питательная вода нагревается, превращается в пар, а растворенные соли, попадающие вместе с водой, остаются в котле. При дальнейшей работе, происходит постепенное увеличение концентрации растворенных солей в котловой воде, поэтому солесодержание в котловой воде всегда выше, чем в питательной. Но расти электропроводность (солесодержание) может только до определенного предела, регламентируемого производителем котельного оборудования. Для снижения солесодержания в современных паровых котлах предусматривается система автоматической продувки. Около верхнего уровня воды в котле устанавливается датчик, контролирующий непрерывно электропроводность воды. Данные значения передаются на шкаф управления парового котла, который управляет клапаном верхней непрерывной продувки. При интенсивном повышении, происходит приоткрытие клапана, позволяющее сбросить часть солесодержащей котловой воды (при этом в котел в таком же объеме будет добавляться питательная вода, с меньшим солесодержанием). При сохранении тенденции повышения электропроводности, происходит дальнейшее срабатывание клапана до полного открытия. При тенденции снижения происходит прикрытие клапана. Таким образом, поддерживается регламентируемое солесодержание воды в котле.

При солесодержании питательной воды  ≤ 280-330 мг/л (электропроводность 560-660 мкСм/см) поддержание оптимального значения в котловой воде может обеспечиваться открытием продувочного клапана, однако при значениях 400 мг/л (800 мкСм/см) и выше, площадь поперечного сечения не позволит обеспечить достаточный сброс клапаном, что в итоге приводит к постоянному повышению солесодержания (электропроводности) котловой воды до предельных границ, последующему аварийному отключению горелки, и принудительному останову котла.

Продувка котлов по сухому остатку, %, определяют по следующему расчету:

                                                                                                    


       где:         А - доля обработанной воды, определяемая из пароводяного баланса котельной, учитывающей потери конденсата;
                      Sх - сухой остаток или солесодержание химподготовленной питательной воды, мг/л;
                      Sк - сухой остаток или солесодержание котловой воды, принимается по паспортным данным завода-изготовителя, мг/л.

Согласно СП 89.13330 "СНиП II-35-76 Котельные установки" допускаемую величину непрерывной продувки котлов с давлением пара до 1,4 МПа следует принимать не более 10% производительности котлов, при большем давлении - не более 5%. Кроме этого, сброс воды при продувке котлов – экономически неэффективный способ нормализации водно-химического режима котла, связанный дополнительными тратами:

 
Наиболее оптимальное решение для снижения солесодержания (электропроводности) питательной воды котлов – применение в схеме системы ХВП установок обессоливания (обратного осмоса). Данная установка позволяет снизить солесодержание исходной воды на 99%, с одновременным снижением жесткости до 0,1–0,2 мг-экв/л, т.е. полностью замещает первую ступень при сравнении со схемой умягчения в две ступени. При этом значительно снижаются эксплуатационные расходы, связанные:
– с потреблением таблетированной (или технической) соли;
– с перерасходом газа;
– с увеличением потребления воды для охлаждения продувки.

Из недостатков эксплуатации установки обратного осмоса можно отметить следующие:
– непрерывный сброс стоков с установки (в размере 25% от объема очищенной воды). Однако при достаточно высоком солесодержании (расчетный процент продувки – 25-30%), соответствующий объем воды (и более) сбрасывается из котла продувочным клапаном. При этом температура стока с установки обратного осмоса не превышает температуры исходной воды, а при сбросе продувки дополнительно расходуется газ для нагрева.
– высокое энергопотребление (ориентировочно 0,6-0,7 кВт на 1 м³/час обработанной воды),
– необходимость проведения периодической (1 раз в 3-6 месяцев) химической промывки установки.

Практически средний расчетный срок окупаемости установки обессоливания (обратного осмоса) при применении для обработки питательной воды паровых котлов составляет от 18 до 36 месяцев. Модернизация водоподготовительных установок котельных с применением установок обратного осмоса в настоящее время активно применяется на различных предприятиях во многих отраслях промышленности для обеспечения наладки оптимального водно-химического режима.  

Для проверки правильности подбора системы подготовки воды, Вы можете воспользоваться калькулятором продувки паровых котлов.