Топливо и котельные установки

Понятие о качестве питательной воды

В котельной установке вода является «сырьем» и рабочим телом. Исходная вода (речная, морская, ключевая и пр.) содержит примеси, а именно: а) механические — песок, органические вещества и т. д., обычно находящиеся во взвешенном состоянии;

Б) растворенные в воде органические и минеральные соли, часть которых при нагревании воды выпадает из раствора, обра­зуя на поверхности нагрева твердые отложения, называемые на­кипью; в) растворенные в воде газы: кислород, угле­кислоту, азот.

О количестве солей, растворенных в воде, можно судить по величине так называемого сухого остатка. Для определе­ния сухого остатка пробу воды после ее тщательной фильтрации полностью выпаривают, а остающийся после этого осадок высу­шивают при температуре 105—110° С до сохранения им постоян­ного веса. Вес этого осадка (в мг), приходящийся на 1 л воды, характеризует содержание сухого остатка в мг/л. Таким образом, в сухом остатке содержатся все соли» растворенные в воде и остающиеся в пробе после выпаривания воды.

Соли кальция и магния, растворенные в воде, при ее нагре­вании отлагаются на поверхностях нагрева, образуя - накипь. Со­держание этих солей, способных образовать накипь, характери­зует жесткость воды. Согласно ГОСТ 6055—51 жесткостью воды называется содержание в ней растворимых солей кальция и магния, выраженное в миллиграмм-эквивалентах на 1 л воды (мг-экв/л).

Один миллиграмм-эквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са или 12,16 мг/л Mg. Для измерения малых жест­костей применяется тысячная доля миллиграмм-эквивалента, так называемый микрограмм-эквивалент в 1 л воды (мкг-экв/л).

Раньше Жесткость воды измеряли в градусах; одному градусу жесткости соответствует содержание в 1 л воды 10 мг окиси кальция СаО (т. е. одной части СаО в 100 000 частей воды) или 7,19 мг окиси магния (MgO). Эти градусы именовались «немец­кими» (°Н) в отличие от французских, английских и амери­канских.

Для определений Жесткости воды в градусах весовой состав солей', содержащихся в воде, должен быть пересчитан по хими­ческим эквивалентам на вес окиси кальция согласно формуле:

// = (-£-+£-+ +—) 5-^-°Н. (80)

Н 1 На 1 1 N I 10 4 '

Один градус жесткости равен 0,35663 мг-экв в литре, и на­оборот, 1 мг-экв в литре соответствует 2,804 градуса. Отсюда сле­дует, что жесткость воды, выраженная в миллиграмм-эквивален­тах на литр, может быть найдена по следующей формуле:

Я=(^ + 5'+ +^-2мг-экв1л. (81)

В формулах (80) и (81):

Ёг> §2> • • • §1 — веса отдельных солей в ■мг/л;

1*1, [12. ■ • ■ !'■( — их молекулярный вес;

56,1 — молекулярный вес СаО, причем 10 мг СаО со­ответствует 1 °Н.

Пусть, например, в 1 л воды содержится 80 мг углекислого кальция (СаСОз), 11 мг углекислого магния (МдСОз) и 22 мг сернокислого кальция (Са504). Тогда жесткость воды будет:

Н = 4—Ц-_|_ ЛЛ -2 = 2,18 мг-экв/л

100,1 1 84,3 1 136,2 У '

Или 2,18X2,804 = 6,12° (градуса), так как молекулярные веса солей соответственно равны:

^СаСОэ ~ 1^0,1* Ьу^СОэ~^’^» ^СаБО, = 136,2.

Различают жесткость временную (карбонатную) и по­стоянную (некарбонатную). Сумма временной и постоянной жесткостей воды называется общей жесткостью.

Временная жесткость воды определяется содержанием в воде двууглекислых солей кальция и магния, называемых бикарбона­тами кальция Са(НС03)2 и магния (НС03)2. Эти соли рас­падаются при нагревании воды до 100° С; при этом в виде осадка выпадают углекислая соль кальция СаС03 и гидрат окиси маг­ния Л^(ОН)2 согласно формулам:

Са (НСОз)2 = ^2* - I - С02 + НА

I

(НС03)2 = М8С03 + со2 + н2о,

При этом Л^СОз взаимодействует с водой с образованием Ме(ОН)2:

А^СОз + Н20 = “бШ? 4- С02.

Б этих формулах знак Т показывает, что данное Соединений выделяется из раствора в осадок.

Соли временной жесткости отлагаются уже на начальных уча­стках поверхностей нагрева (считая по ходу подогрева воды), например, в водяных экономайзерах, в барабанах котлов или на участках труб и секций, которые находятся в начале пути подо­грева воды.

Постоянная жесткость определяется содержанием в воде соединений кальция и магния с соляной (хлориды), серной (сульфаты), кремневой (силикаты) кислотами и т. д. Эти соли некарбонатной жесткости выпадают из раствора при испарении воды или при ее кипении, когда их концентрация превысит пре­дел насыщения.

Для суждения о качестве воды важно знать как общую жест­кость, так и постоянную жесткость воды.

По содержанию содей жесткости условно считают воду: мягкой — при общей жесткости ее до 3 мг-экв/л (8° Н); средней жесткости — от 3 до 6 мг-экв/л (от 8 до 16° Н); жесткой —свыше 6 мг-экв/л (свыше 16° Н).

Накипь, отлагающаяся на поверхности нагрева, уменьшает теплопроводность стенок; это приводит к ухудшению передачи тепла от газов к воде, к увеличению потерь тепла с уходящими газами, а следовательно, к перерасходу топлива. Слой накипи на поверхности нагрева толщиной в 1 мм соответствует перерас­ходу топлива примерно в 1,5%. Таким образом, при отложении накипи толщиной, например, 5 мм, перерасход топлива дости­гает 7,5%.

Кроме того, отложения накипи служат причиной повышения температуры стенок котла, в результате чего уменьшается их механическая прочность и могут образоваться отдулины, выпу - чины и трещины.

Температуру чистой стенки трубы, не покрытой накипью, можно принять равной температуре воды в котле. В том случае, когда на стенке имеются отложения накипи толщиной §„ м с коэффициентом теплопроводности ккал/м час град, разность температуры стенки и котловой воды tк определяется из рас­четной формулы теплопроводности (38):

Я = 1Г [Ьст~К) ккал/м* час

И

Где <7— количество тепла, передаваемое в 1 час через 1 м2 по­верхности нагрева.

Отсюда:

Если, например, 8я = 5 мм = 0,005 м; Х„= 0,2 ккал/м час град, то при д = 12 ООО ккал/м2 «ас грай

* =12000« ^ = 300°

£/л к о,2

Мы видим, что превышение температуры стенки пропорцио­нально величине теплового потока <7. Тепловой поток в области топки может намного превышать приведенное в примере значе­ние средней величины теплонапряжения водогрейного котла. Для таких теплонапряженных частей поверхности нагрева, располо­женных в топке, отложение накипи становится чрезвычайно опас­ным, так как угрожает разрушением стенки и аварией котла.

В чугунных котлах наличие накипи в секциях служит причи­ной появления горизонтальных трещин в секциях на уровне рас­положения раскаленного топлива, т. е. выше колосниковой ре­шетки на 150—300 мм.

По указанным выше причинам ни в коем случае нельзя ми­риться с образованием на стенках котла накипи, хотя бы даже самой небольшой толщины. Особенно вредна накипь, состоящая из силикатов, извести и магнезии, так как она отличается боль­шой твердостью и весьма небольшой теплопроводностью. Харак­теристика разных составов накипи приведена в табл. 25.

Наличие в котловой воде взвешенных веществ, масла, а также повышенная концентрация в ней солей создают условия, благо­приятные для появления вспенивания и бросков воды, особенно при больших или резко меняющихся нагрузках котла.

Присутствие в воде кислорода и углекислоты сказывается на образовании разъеданий (коррозии) поверхностей нагрева котл^,

Поэтому качество воды, предназначенной для питания котлов, нормируется в отношении жесткости, сухого остатка, щелочности, содержания кислорода и масла.