КОНДЕНСАТНО-ПИТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ПАРОВЫХ КОТЛОВ
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЕ
Для питания современных водотрубных котлов необходима питатель¬ная вода, обладающая высокими качествами. Качество питательной воды определяют в зависимости от ее прозрачности, общего солесодержания, жесткости, солености, окисляемости, общей щелочности и количества растворенных в ней газов.
Прозрачность характеризует количество содержащихся в воде грубодисперсных взвешенных частиц, т. е. частиц, задерживаемых при пропускании воды через обыкновенную фильтровальную бумагу и обра¬зующих муть. Ее определяют визуально или посредством специального прибора, действие которого основано на принципе использования фото¬элемента. В первом случае применяют стеклянный градуированный на сан¬тиметры цилиндр с подложенным под стеклянное дно специальным шриф¬том (Спеллена) и выражают прозрачность высотой в сантиметрах столба воды, сквозь который еще возможно читать шрифт. Другим визуальным способом является определение прозрачности «по кресту». При этом спо¬собе применяют стеклянную трубку, на дне которой на белом матовом кружке проведены крестообразно две черточки толщиной в 1 мм с четырьмя черными точками между ними диаметром 1 мм. Как и в первом случае, прозрачность выражают в сантиметрах столба жидкости, сквозь который еще ясно различают «крест» и точки.
Определение прозрачности визуальным способом основано на субъек¬тивном зрительном впечатлении наблюдателей. В случае применения для данной цели специального прибора с фотоэлементом этот существенный дефект устраняется.
Прозрачность воды можно также определять весовым количеством находящихся в воде взвешенных веществ (взвеси). Взвесь определяют только при полном анализе питательной воды путем фильтрования пробы через специальный фильтр с подсушиванием осевших в нем частиц при температуре 105—110° С и взвешивания фильтра до и после фильтра¬ции. Прокаленные взвешенные вещества являются минеральной негорю¬чей частью грубодисперсных примесей воды. В этом случае прозрачность выражают в миллиграммах взвеси на литр воды.
Общее солесодержание, или сухой остаток, характери-зует способность котловой воды к накипеобразованию. Его определяют путем взвешивания высушенного остатка, полученного после выпарива¬ния предварительно профильтрованной пробы воды. Высушенный при температуре 105—110° С до постоянного веса остаток и представляет собой так называемый сухой остаток, выражаемый в миллиграммах на литр. В сухой остаток входят вещества минерального происхождения, различные растворенные и коллоидно-взвешенные органические вещества, а также кристаллизационная и гидратная вода, не полностью удаляемая при высушивании остатка. Грубодисперсные примеси воды, легко улету¬чивающиеся вещества и растворенные газы в сухой остаток не входят. Общее солесодержание питательной воды нормального качества для водо¬трубных котлов с естественной циркуляцией допускается при давлении пара в котле до 16 кг/ж2 < 20 мг!л и при давлениях 30—60 кг/ж2 < 12 мг!л. Жесткость характеризует наличие в воде кальциевых и магние¬вых солей, которые придают ей накипеобразующие свойства. Различают
следующие виды жесткости: общую, карбонатную, которую иначе назы-вают временной (устранимой), и не¬карбонатную, или постоянную.
Общая жесткость выражает сум-марное содержание в воде сернокис¬лых, хлористых, азотнокислых, фос¬форнокислых, кремнекислых и дву¬углекислых солей кальция и магния.
Карбонатная (временная, устра-нимая) жесткость определяет концен¬трацию ионов НСОз; она обусловлена nnnrvTOTRHeM в пяс.тиопе бикапбо-
натов кальция и магния Са (НС03)2 и Mg (НС03)2, выпадающих в виде карбонатов при кипячении в открытых сосудах, т. е. при атмосферном давлении, по реакциям:
Са (НС03) 2 = СаС03 + С02 + Н20; Mg (НС03)2 - MgC03 + С02 + Н20.
СаС03 в воде почти нерастворим, a MgC03 мало растворим. Оба эти про¬дукта осаждаются. Выделяющаяся при этом углекислота улетучивается. Таким образом, временная жесткость может быть легко устранена.
Некарбонатная (постоянная) жесткость обусловлена содержанием остальных солей кальция и магния, которые удерживаются в воде после ее кипячения в открытых сосудах при постоянном объеме, а также других соединений щелочно-земельных металлов.
Величину жесткости воды измеряют в градусах жесткости. Раз-личают немецкие, французские и английские градусы жесткости. В Совет¬ском Союзе жесткость воды измеряется в миллиграмм-эквивалентах кальций-иона и магний-иона на 1 л воды. В 1 мг-экв/л содержится 2,804 немецких градуса жесткости; 5,005 — французских; 3,511 — англий¬ских; 50,045 — американских градусов жесткости.
В табл. 1—1 приведена характеристика воды по жесткости в немецких градусах. Жесткость питательной воды нормального качества (для водо¬трубных котлов с естественной циркуляцией) должна быть <0,2° Н при давлении пара в котле 30—40 кг/ж2 и <0,Г Н при 60 кг1см2.
Соленость характеризует наличие в воде хлористых солей (хло¬ридов). Ее выражают в градусах Брандта °Б. Одному градусу Брандта соответствует содержание в 1 л воды хлористых солей, эквивалентных 10 жг поваренной соли NaCl. В питательной воде нормального качества соленость не превышает 0,5° Б.
О солености питательной воды можно также судить по ее электропро¬водности. Допустимой норме солености соответствует ориентировочное значение электропроводности — меньшее 0,5 ом"1 • см'1-IQ'6 (за вычетом величины электропроводности, обусловленной наличием аммиака).
Окисляемость косвенным путем характеризует содержание в воде растворенных и находящихся во взвешенном состоянии органиче¬ских веществ, определение количества которых связано с большими трудностями. В опытах окислению подвергается обычно один литр отфиль¬трованной воды.
Окисляемость, как правило, выражают в миллиграммах кислорода или пермангана калия (КМп04), расходуемого на проводимое в известных условиях окисление органических веществ, содержащихся в одном литре исследуемой воды. Основным показателем реакции среды является кон¬центрация водородных ионов, характеризуемая величиной рН (водородный показатель], пиже при-ведена шкала, характеризую¬щая реакцию воды в зави¬симости от этой величины:
рН < 5,5 — реакция воды кислая;
рН = 5,5 — 6,5 —реакция воды слабо кислая;
рН = 6,5 — 7,5 —реакция воды нейтральная;
рН = 8 — 10 — реакция воды слабо щелочная;
рН > 10 — реакция воды щелочная.
Концентрация водород-ных ионов в питательной воде нормального качества должна составлять до 7рН—9рН в зависимости от величины общей щелочности воды.
Общая щелочность воды характеризуется присутствием в ней бикарбонатов, карбонатов, фосфатов и гидратов окиси натрия, кальция и магния. Щелочность выражают в немецких градусах щелочности, экви¬валентных градусам жесткости. Немецкий градус щелочности соответствует умноженному на 2,8 количеству кубических сантиметров децинормаль-ной соляной кислоты, затраченной на нейтрализацию 100 см3 анализируе¬мой воды. В качестве индикатора применяют метилоранж. Во избежа¬ние бросков и всплескивания котловой воды, заноса лопаток турбин солями и других явлений, связанных с высокой щелочностью воды, допу¬стимую щелочность ограничивают. Общая щелочность нормальной пита¬тельной воды для водотрубных котлов составляет 40—60 мг/л NaOH.
Количество растворенных в воде таких агрессив¬ных газов, как кислород и углекислый газ, характеризует интенсив ность происходящих в их присутствии коррозионных процессов, которые могут привести к разрушению наиболее напряженных конструкций котла. Количество растворенных газов выражают в миллиграммах на один литр воды. В зависимости от давления пара в котлах содержание кислорода в питательной воде не должно превышать 0,05—0,02 мг/л. С уве¬личением начального давления пара содержание кислорода следует умень¬шать.
Обычные нормы качества питательной воды для судовых водотрубных котлов приведены в табл. 1—2.
Качество питательной воды, применяемой для судовых котлов, обычно контролируют по солености, общей жесткости, количеству растворенного кислорода и водородному показателю рН. Кроме того, сле-дят за тем, чтобы в воде не было примесей масла и чтобы вода не имела запаха.
ПОДГОТОВКА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ
Основным назначением водоподготовки является удаление из воды газообразных ингредиентов, обладающих агрессивными корро-зионными свойствами, а также получение питательной воды, которая не давала бы никаких отложений в паровом котле и позволяла бы полу-чать пар, исключающий возможность заноса лопаток турбин солями. Качество питательной воды должно обеспечивать надежный, безнакипный режим эксплуатации котлов.
Подготовка воды состоит из следующих опе¬ра ц и й: приготовление дистиллата, очистка от механических приме¬сей, умягчение и деаэрация.
Приготовление дистиллата. Для питания судовых паровых котлов используют конденсат пара, отработавшего в главных и вспомогательных двигателях, и конденсат греющего пара теплообменных и других паровых аппаратов энергетической установки. Однако количество конденсата, возвращаемого в цикл установки, всегда меньше того количества воды, которое должно быть подано в котел для его питания, и отличается от него на величину утечек воды и некоторой части воды, продуваемой из котлов. Возврат конденсата в установках морских судов на номинальном режиме работы составляет 95—97% количества воды, подаваемой в котлы; в уста¬новках речных судов с поверхностными конденсаторами он составляет 85—90%, а с конденсаторами смесительного типа всего 3—5%.
В качестве добавки к возвращаемому конденсату в установках мор-ских судов применяют дистиллат, полученный из забортной или водопро¬водной воды, а в установках речных судов—забортную воду, если ее качество удовлетворяет требованиям, предъявляемым к питательной воде. В сило¬вых установках судов с большой энерговооруженностью, для которых весовые показатели имеют первостепенное значение и превалируют над показателями экономическими, дистиллированную воду приготавливают из забортной воды, а в установках судов с малой энерговооруженностью, для которых весовые показатели имеют второстепенное значение и прева-лируют показатели экономические, дистиллированную воду приготавли¬вают из водопроводной воды. В последнем случае водопроводную воду принимают в судовые отсеки в количестве, обеспечивающем потребность в дополнительной питательной воде на промежуток времени между при¬емами воды на судно.
Таким образом, первым этапом подготовки питательной воды является приготовление дистиллата из забортной или водопроводной воды.
Дистиллат приготавливают в специальных испарительных установ-ках, работающих по следующей схеме. Поступающий в трубную систему испарителя первичный греющий пар, конденсируясь, испаряет заборт¬ную или водопроводную воду. Получающийся из нее вторичный пар поступает в специальный теплообменник и конденсируется в нем. Конден¬сат вторичного пара почти не содержит солей. Конденсат первичного и вто¬ричного пара поступает в систему питания котлов. Под производитель¬ностью испарительной установки понимают количество получаемого добавочного дистиллата. Испарительная установка, работающая по при¬веденной схеме, называется одноступенчатой.
Особенности схемы:
— часть охлаждающей воды после подогрева в охлаждаемых ею тепло¬обменниках используется для питания испарителя;
— непрерывно продуваемая из котлов вода через редукционный клапан и расширительный бачок поступает в испаритель; выделившийся в рас¬ширителе пар поступает в конденсатор;
— для поддержания допускаемой концентрации раствора солей в испа¬ряемой воде производят непрерывное продувание ее за борт;
— качество получаемой воды контролируют пробами из двойной конт¬рольной цистерны, спуская воду из нее в цистерну мытьевой воды или в трюм, если качество воды окажется неудовлетворительным;
— испарители двухкорпусной установки работают параллельно.
Вторичный пар испарителя можно направить в такой же испаритель (второй ступени), в котором он будет первичным паром. Вторичный пар . испарителя второй ступени конденсируется в теплообменнике. В этом слу¬чае в питательную систему котлов будут поступать конденсат первичного пара испарителя первой ступени и конденсаты первичного и вторичного пара испарителя второй ступени, причем производительностью испаритель¬ной установки является сумма количеств конденсатов вторичного пара испарителей первой и второй ступеней.
Такую испарительную установку называют двухступенчатой;
Особенности схемы:
— установка может работать и последовательно, и параллельно;
— при последовательной работе установки в конденсатор поступает третичный пар, полученный в испарителе второй ступени; при парал¬лельной — вторичный пар, полученный в испарителях первой и второй ступеней;
— установка может работать на вакуумном режиме и на режиме с избыточным давлением в испарителях; в случае автоматизации управле¬ния установкой один из этих режимов поддерживается вручную.
Можно осуществить испарительную установку и с большим числом ступеней. Их количество будет зависеть от давления первичного пара первой ступени и давления, при котором происходит конденсация вторич¬ного пара последней ступени, т. е. от располагаемого температурного перепада (разность температур конденсации первичного пара первой и вто¬ричного пара последней ступеней). При этом следует иметь в виду, что разность температур конденсации первичного и вторичного пара в преде¬лах одной ступени не должна превосходить 25—30° С, так как при боль¬шей ее величине трудно получить дистиллат высокого качества; вместе с тем эта разность температур не должна быть менее 10—15° С, так как при меньшей разности габариты и вес испарительной установки окажутся чрезмерными.
Если температура поступающей в испарители воды 15° С, то на 1 кг первичного пара с давлением 4—5 ата, поступающего в первую ступень, - можно получить дистиллата (в кг/кг):
в одноступенчатой установке 0,8
в двухступенчатой » 1,5
в трехступенчатой » v 2,2
Наибольшее распространение получили одно-двухступенчатые испа¬рительные установки.
Очистка воды от механических примесей и в первую очередь от примеси масла. Наиболее распространенным средством такой очистки является фильтрация, обеспечивающая удаление из воды грубодисперсных веществ, к которым относятся взвешенные частицы и другие механические примеси, включая и масло.
Питательная вода особенно сильно загрязняется маслом, поступающим в систему с отработавшим паром в установках с паровыми поршневыми машинами.
Механические фильтры питательной воды бывают трех видов: каскад-ные, объемные и поверхностные. Можно встретить комбинацию этих филь¬тров. Наиболее просто вода очищается от масла и прочих механических ' примесей в каскадно-объемных фильтрах. Схема такого фильтра изобра¬жена на рис. 1—3.
Если в фильтр поступает холодная вода, то для лучшего отделения масла ее подогревают, пропуская по змеевику греющий пар. Периодически фильтр очищают. При этом меняют фильтрующее вещество и удаляют осадки. Если в отсеках фильтра нет фильтрующих патронов, фильтр носит название каскадного.
Требования к питательной воде в случае применения водотрубных котлов не могут быть удовлетворены, если воду очищать только в каскад¬ном или каскадно-объемном фильтре, в силу чего необходима установка добавочных фильтров на приемной или на нагнетательной магистрали питательного трубопровода. Таких фильтров ставят два; работают они параллельно, причем каждый из них можно выключать периодически для очистки. В качестве дополнительных фильтров обычно устанавливают фильтры поверхностные, а в некоторых случаях фильтры объемные.
Поверхностные фильтры (рис. 1—4) приспособлены для удаления из воды главным образом взвешенных частиц и в меньшей степени масла.
Объемные фильтры содержат значительное количество фильтрующих материалов и приспособлены для удаления из воды взвешенных примесей и масла. Качество фильтрации в значительной степени зависит от свойств фильтрующего вещества, которое впитывает в себя масло. К таким мате¬риалам, кроме указанных ранее, относятся: греческая губка, люфа, волокна манильского троса и др.
Устройство объемного фильтра с активированным углем
Умягчение питательной воды, или очистка ее от растворенных в ней солей, из которых образуется накипь в котле, — это последующий этап водоподготовки. Наиболее распространен химический способ умягчения, сущность которого заключается в добавлении в воду различных реакти¬вов, которые, взаимодействуя с солями постоянной жесткости, переводят некоторые из них в нерастворимые соединения. Эти соединения выпадают в виде осадков. Часть солей постоянной жесткости переходит в соеди¬нения временной жесткости; их удаляют при последующем нагревании воды.
Наиболее прогрессивным способом, обеспечивающим глубокую очистку воды от солей, является химическое обессоливание посредством ионитовых фильтров. Умягчение питательной воды и ее обессоливание по методу ионного обмена основаны на свойстве ионитов вступать в реак¬цию обмена с содержащимися в водном растворе катионами и анионами. В связи с этим различают две основные группы ионитовых материалов (сорбентов): катиониты и аниониты, в качестве которых обычно служат материалы органического происхождения, стойкие по отношению к кис¬лотам.
В зависимости от того, является ли в молекуле катионита способным кобмену ион натрия или ион водорода, катионитовый материал представ¬ляет собой Na-катионит, или Н-катионит. Реакционно активным ионом в составе молекулы анионита является гидроксильный ион.
Различают слабо и сильно кислые катиониты. Сильно кислые катео¬ниты в состоянии обменивать свой реакционно активный водород на все катионы, содержащиеся в воде; слабо кислые катиониты в состоянии обме¬нивать его лишь на катионы слабодиссоциированных кислот (например, угольной).
Сильноосновные анионы в состоянии вступать в реакцию обмена со семи анионами, тогда как слабоосновные — лишь с анионами силь¬ных кислот, но не слабодиссоциированных (например, углекислоты).
Эффект полного подобного обмена зависит от обменной способности, химических свойств, величины поверхности ионитового материала, а также от количества реагента, расходуемого на его регенерацию.
Процесс умягчения и декарбонизации сводится к пропусканию воды через фильтры, загруженные катионитовыми материалами. Применяют фильтры раздельного действия (один фильтр загружают анионитовым сорбентом, другой — катионитовым) и смешанного действия (в одном фильтре загружены оба вида сорбента). В первом случае фильтры вклю¬чаются в конденсатно-питательную систему последовательно. Фильтров смешанного действия обычно ставят два и включают параллельно.
Обессоливающие фильтры обеспечивают глубокую очистку питатель¬ной воды (сухой остаток <0,5 мг/л). Такого качества вода пригодна для питания прямоточных котлов.
Деаэрация питательной воды — это процесс удаления из нее раство¬ренных газов.
Питательная вода состоит из конденсата отработавшего пара и доба¬вочной воды. Конденсат, образовавшийся в конденсаторе из отработав¬шего пара, не содержит в себе растворенных газов, если его температура равна температуре насыщения. Однако конденсат в конденсаторе бывает переохлажден, при этом его температура ниже температуры насыщения.
Величину переохлаждения конденсата измеряют разностью темпера¬туры или энтальпии кипящей воды при давлении в конденсаторе, с учетом его парового сопротивления, и температуры или энтальпии конденсата в конденсаторе. Таким образом Atx=tH — t0° С, или Лг0=гн — i0 ккал/кг.
В этих формулах: ^н и 'и — температура (°С) и энтальпия (ккал/кг) кипящей воды при давле¬нии в конденсаторе, с учетом его парового сопротивления; t0 и i0 — температура и энтальпия конденсата. Численно Д^.^Дг0.
Величина переохлаждения зависит от конструкции конденсатора, количества и температуры добавочной воды и способа ввода ее в конденсатор. В существующих конденсаторах пере-охлаждение может быть в пределах 0,5—6° С.
Вследствие переохлаждения конденсат в кон-денсаторе содержит некоторое количество воз-духа. На рис. 1-6 приведена зависимость со¬держания растворенного в воде кислорода при ; различных недогревах ее до температуры кипе- : ния. Так, например, при температуре насы- < щения £н = 41,10° С (давление в конденсаторе 0,08 ата) переохлаждению на 1°С соответ¬ствует содержание кислорода ~~0,03 мг/л, а при переохлаждении на 5° С кислородосодержание конденсата увеличивается до 0,14 мг/л.
Из опыта эксплуатации судовых ^конденса¬торов установлено, что кислородосодержания конденсата не удается на всех режимах достичь ниже 0,1—0,15 мг/л. В связи с тем, что эта
цифра превышает норму питательной воды для котлов с повышенным давлением пара (30—40 кг /см2), осуществляют ее дополнительную деаэра¬цию в термомеханических, химических или сорбционных и других деаэра¬торах.
Наличие кислорода и углекислого газа в питательной воде является одной из основных причин коррозии внутренних поверхностей парового котла. При высоких параметрах пара даже химически чистая вода взаимо¬действует с металлом котла по уравнению
Fe + 2Н20 = Fe (ОН)2 + Н2,
создавая гидрат закиси железа, который легко растворяется в воде и повы¬шает осмотическое давление двухвалентного железа в ней. Осмотическое давление препятствует дальнейшему процессу окисления.
В присутствии свободного кислорода железо окисляется по реакции
4Fe (ОН) 2 + О2 + 2Н20 = 4Fe (ОН),
с образованием трехвалентного гидрата окиси железа, который плохо растворяется в воде и выпадает из нее, понижая при этом концентрацию железа в растворе. Это способствует дальнейшему разложению металла. В связи с опасным агрессивным воздействием кислорода, растворенного в воде, питательную воду деаэрируют.
Количество газа, которое может быть растворено в единице объема воды при данной температуре, пропорционально его давлению.
По закону Генри S = kp,
где 5 — количество растворенного газа, см3/л;
k — коэффициент растворимости газа в жидкости, зависящий от тем¬пературы, см8/л-ата; р — парциальное давление газа, ата.
этой формулы видно, что количество растворенных газов может стать равным нулю, если равно нулю парциальное давление газов. Послед¬нее можно определить по формуле:
Р = Рпол — Рп.
где рпол — полное давление в паровом пространстве; рп — парциальное давление водяного пара.
Парциальное давление газа может быть равно нулю только тогда, когда рпол = рп.
Это условие достигается либо при кипении жидкости (термическая деаэрация), либо при тщательном ее перемешивании с обескислорожен-ным газом (десорбционный метод деаэрации). Деаэратор, в котором осу¬ществляется подогрев воды до температуры кипения путем тщательного перемешивания воды с греющим паром, называют термическим деаэра¬тором смешивающего типа, или термомеханическим деаэратором. Соче¬тание этих двух принципов деаэрации позволяет значительно ускорить процесс выделения из воды растворенных газов.
Непременным условием достижения глубокой термической деаэрации является чистота греющего пара (отсутствие в нем кислорода и других газов).
Термомеханический деаэратор представляет собой теплообменный аппарат, в котором питательную воду тщательно перемешивают с паром и подогревают до температуры кипения. Выделяющиеся газы удаляют, а дегазированную воду собирают в герметичной цистерне, называемой регулировочной.
Соответственно: давлению термомеханические и термические деаэра¬торы можно разделить на вакуумные (р << 1 ата), деаэраторы с давлением несколько выше атмосферного, называемые обычно атмосферными (р = = 1,05+1,5 ата), а деаэраторы повышенного давления (р свыше 1,5— 2 ата).
В деаэраторах вакуумных выделяющиеся из воды газы удаляют посред¬ством пароструйных воздушных насосов — эжекторов или эксгаустеров с электроприводом. В деаэраторах атмосферного типа и повышенного давления смесь этих газов с некоторым количеством пара (выпар) выходит под действием разности давлений внутри и вне деаэратора. Опытами уста¬новлено, что надежная деаэрация достигается при выпаре не менее 0,2— 0,3% от количества деаэрируемой воды; обычно величину выпара прини¬мают около 0,4—0,6% от веса деаэрируемой воды.
Давление в атмосферных деаэраторах обычно принимают в пределах 1,10—1,20 ата. Соответствующий интервал температуры кипения ?«102— 105° С.
Схема включения деаэратора в трубопровод питательной воды зависит от тепловой схемы 'силовой установки.
Вода, подаваемая конденсатным насосом, поступает в форсунки и воз¬действует на тарелки клапана силой своего давления. Пружина форсунки сжимается, и клапан открывается, образуя узкую кольцевую щель. При течении через эту щель вода приобретает большую скорость и на выходе из нее разбрызгивается. Сечение кольцевой щели увеличивается с увели¬чением перепада давления на форсунку, при этом соответственно увели-чивается расход воды через форсунку. Для обеспечения необходимого суммарного расхода воды, в зависимости от напора конденсатного насоса, форсунки разделяются на группы. Каждая группа форсунок включается и выключается при определенной величине давления воды перед форсун¬ками.
В термомеханических деаэраторах применяют также и нерегулируе-мые форсунки, имеющие неизменное проходное сечение.
Автоматический разбрызгивающе-смесительный клапан
Он предназначен для подачи греющего пара в деаэратор с практически постоянной скоростью выхода при любых расходах пара. Открытие и за¬крытие клапана осуществляются автоматически посредством системы рычагов с пружиной и демпфером, приводимых в движение от соответст¬вующих устройств системы регулирования давления в деаэраторе.
Принципиальная схема включения деаэратора в питательную систему и схема его внутренних трубопроводов
Действие деаэратора заключается в следующем.
Подаваемый конденсатным насосом конденсат проходит внутри охлаж¬дающих трубок конденсатора выпара, где он, охлаждая паровоздушную смесь, несколько подогревается. Отсюда конденсат поступает в водорас-пыливающее устройство и распыливается форсунками в виде факела, состо¬ящего из мелких капель, в паровой полости деаэратора. Здесь он смеши¬вается с греющим паром, подогревается до температуры, близкой к кипе¬нию, и из него выделяется большая часть растворенного воздуха. Это первая ступень деаэрации. Далее вода попадает на внутреннюю поверх¬ность сборного конуса, омываемого снаружи паром, и стекает на тарелку автоматического смесительно-разбрызгивающего клапана. Греющий пар, выходя с большой скоростью из клапана, подхватывает воду, смеши¬вается с ней и догревает ее до температуры насыщения. При этом паро¬водяная смесь отбрасывается к коническому отражателю, после удара
о который вода стекает в регулировочную цистерну, а греющий пар через кольцевой зазор, образованный конусом и корпусом деаэратора, поступает в первую ступень деаэратора и нагревает здесь воду, распыленную фор¬сунками.
Выделившийся при деаэрации воздух собирается в верхней части деаэ-рационной головки и вместе с некоторым количеством пара отводится в атмосферу через конденсатор выпара. Конденсат выпара возвращается в деаэратор через гидравлический затвор.
В качестве второй ступени термомеханических деаэраторов часто при¬меняют насадки с омегообразными (или другой формы) элементами. Насадка представляет собой коробчатую конструкцию с днищем из метал¬лической сетки, наполненную сравнительно мелкими металлическими пластинками, которым придана омегообразная или иная форма.
Распыленная в первой ступени деаэратора при помощи форсунок вода поступает в насадку и омывает пластины тонкой пленкой, что обусловли¬вает значительную поверхность контакта воды с греющим паром и обеспе¬чивает ее глубокую деаэрацию.
Греющий пар в этом случае подается обычно через перфорированную трубу, расположенную ниже насадок и обеспечивающую равномерную раздачу пара по площади его входа в насадки.
Применяемые в питательных системах паросиловых установок кон-структивные схемы термомеханических деаэраторов различны, между тем принципы действия их основных частей одинаковы. Поэтому ограни¬чимся рассмотренными схемами деаэраторов этого типа.
Кроме термомеханического способа, деаэрацию питательной воды можно осуществлять также и химическим способом.
Для этой цели применяют вещества, которые окисляются содержа-щимся в воде кислородом и переводят его из свободного состояния в устой¬чивые соединения. К таким веществам относятся: железо (в стружках), гидрат закиси железа, сульфит натрия и др. Сульфит натрия связывает кислород питательной воды, образуя сульфат натрия по реакции
2Na2S03 + 02 = 2Na2S04.
Этот процесс называется сульфитированием питательной воды. Обра¬зующийся сульфат натрия хорошо растворяется в воде. Интенсивность реакции сульфитирования увеличивается с увеличением температуры воды. Последняя не должна быть ниже 70—90° С. На протекание реакции оказывают влияние имеющиеся в воде примеси, а также качество и коли¬чество сульфита натрия.
Сульфитирование обеспечивает глубокое обескислороживание пита-тельной воды, однако этот способ сопряжен с повышением солесодержа-ния котловой воды, с образованием вследствие разложения Na2S03 в кот¬лах повышенного и высокого давлений весьма опасных соединений S02 и H2S и необходимостью сравнительно продолжительного контакта ре¬агентов для того, чтобы связать 02. Его можно рекомендовать для приме¬нения в период хранения котлов с последующей продувкой.
Наиболее подходящим реагентом для глубокого обескислороживания после деаэратора является гидразин N2H4, так как продукты его реакции с кислородом — лишь азот и вода.
Одним из методов предупреждения кислородной коррозии паровых котлов является десорбционное обескислороживание питательной воды. ринципиальная схема подобной деаэрационной установки
Подаваемая насосом 1 питательная вода под напором не менее 3 кг/см2 из распределительного коллектора 2 поступает в эжекторы 3, посредством которых производятся смешение поступающего из коллектора 4 обескис-лороживающего газа с водой и непрерывная циркуляция этого газа в направлении, указанном на схеме стрелками.
Благодаря интенсивному перемешиванию газа и воды образуется газо¬водяная эмульсия, в газовую часть которой диффундирует растворенный в воде кислород. По трубам-смесителям 5 эмульсия поступает в десорбер 6. Здесь, вследствие падения парциального давления кислорода над поверх¬ностью воды, растворимость кислорода сильно уменьшена. При этом рез¬кое изменение направления потока газоводяной эмульсии при обтекании отбойного щита 7 приводит к интенсивному выделению кислорода и отде¬лению газовой смеси от воды. Деаэрированная вода из нижней части десорбера поступает в сборный питательный бак 11, а отсепарированный и обогащенный кислородом газ из верхней части десорбера, пройдя по тру¬бам 5 и через влагоотделитель 13, поступит в реактор 18.
Реактор представляет собой герметически закрытую подогреваемую снаружи трубу, которую наполняют древесным углем. Реактор обогре-вается электрическим током или топочными газами. В последнем случае он размещается в газоходе котла. Реактор необходимо нагревать до тем¬пературы 500—600° С. При соприкосновении поступающей в реактор газовой смеси с раскаленным углем происходит практически полное свя¬зывание выделенного из воды кислорода с углеродом.
Если температура обогревающих реакторы топочных газов доходит до 800—1000° С, то реакция протекает с образованием только СО. Если реактор размещен в зоне низких температур (500-^600° С) и если водо-родный показатель рН питательной воды невелик, то для достижения глубокого обескислороживания воды необходимо ее подщелачивать до по¬лучения рН > 7,0. Подщелачивание осуществляется в питательном баке посредством специального устройства 12.
Чтобы избежать сильного загрязнения обескислороженной воды атмосферным воздухом, питательный бак снабжают поплавком 9 с про-тивовесом 10. Зазор между стенками бака и поплавком составляет 15— 20 мм.
Расходуемый на устранение кислорода уголь периодически воспол-няется. В зависимости от размеров реактора время его работы между догрузками угля составляет от нескольких дней до нескольких недель.
Обескислороживающий газ обладает малой теплоемкостью, вследствие чего температура питательной воды при смешении с ним повышается на —0,5° С.
Рассматриваемый способ деаэрации наиболее целесообразен в тех слу¬
чаях, когда обескислороживание необходимо произвести при сравнительно
низкой температуре воды (до 80—85° С), и применим для котлов низкого
давления.
РИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ КОНДЕНСАТНО-ПИТАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПАРОВЫХ КОТЛОВ
Различают две основные системы питания паровых котлов, прин-ципиально отличающиеся одна от другой, — открытую и закрытую.
Схема открытой системы питания котлов, применявшаяся в установ-ках с паровыми поршневыми машинами.
