Как сделать регенерацию в котельной

Обновлено: 07.07.2024

Теплоносителем котельного оборудования является вода и основным фактором снижения продуктивности котла является присутствие в теплоносителе минеральных солей, которые представляют из себя соли магния и калия. Эти соединения образуют на стенках котла знакомую всем накипь, что значительно ухудшает теплопроводность и ведёт к перерасходу энергии. Кроме того накипь с течением времени приводит к развитию коррозии в котлоагнрегате , трубах и теплообменниках, что немиенуимо приведёт к полной остановке котельной. Таким образом химическая подготовка воды необходима для предотвращения выхода из строя котельного оборудования и для работы котла с заявленным КПД.

Кроме этого химическую очистку воды делают для:

связывания кислорода, который при повышенных температурах становится крайне агрессивным,
избавления от солей и железа.

Все предприятия использующие воду в качестве рабочей среды нуждаются в водоподготовке. Подбор оборудования подготовки воды зависит от нескольких факторов:
- источник снабжения водой,
- режим и способ потребления воды,
- требования к воде,
- пожелания заказчика
Учесть все факторы может только организация имеющая большой опыт подобных работ. Обратившись в нашу компанию Вы получите исчерпывающую консультацию по модернизации системы водоподготовки на Вашем предприятии.

Практически всегда воду для заполнения контура котельной берут из артезианской скважины, водопровод. Для контроля качества воды применяются экспресс тесты и анализы проведенные в лаборатории, которые проводят при запланированном осмотре, но не меньше чем три раза в календарный год. Рекомендуется оснащать помещение котельной установки тест-анализаторами котловой воды, а сотрудники осуществляющие эксплуатацию котлового оборудования в обязательном порядке должны пройти обучение по проведению экспресс анализа воды.Результаты измерений необходимо занести в таблицу.

Давно известно, что нелогично пропускать регенерирующий реагент через загрузку ионообменных смол в том же направлении, что и обрабатываемую воду. Регенерационный раствор не может использоваться достаточно эффективно, если он последовательно проходит через слои ионообменного материала с убывающей степенью насыщенности.

Однако различные трудности, связанные с проектированием и технологией ионного обмена, препятствовали внедрению противоточной регенерации.

Если регенерирующий раствор пропускается снизу вверх, то его следует вводить в нижнюю часть колонны; система для сбора этого раствора должна быть смонтирована выше верхнего слоя ионообменного материала. Совершенствование технологии дает возможность регулировать степень расширения загрузки из ионообменного материала и обеспечить распределение регенерирующего раствора с максимально возможной равномерностью. Способы осуществления такого процесса можно разделить на три категории: удержание загрузки инжектированием воды, механическим удержанием и с помощью инжектирования и отсоса воздуха.

Удержание загрузки инжектированием воды. Регенерационный раствор впускается в нижнюю часть загрузки

ионообменного материала, в то время как в верхнюю часть колонны инжектируется вода. Обе жидкости удаляются в точках, расположенных в верхней части слоя загрузки.

Оценка цикла регенерации показала, что этот мегод из-за нестабильности гидравлического режима не позволяег оптимально использовать регенерирующий раствор. Тем не менее результаты исследований свидетельствуют о заметном улучшении качества обработанной воды по сравнению с системой регенерации сверху вниз, особенно если используется пульсационная система регенерации и скорость восходящего потока ограничивается пределами 2—2,5 м3/(м2*ч).

Механическое удержание загрузки. Для задержания фильтрующей загрузки могут применяться различные механические устройства, например резиновые или пластиковые диафрагмы, надуваемые во время регенерации, или инертные материалы для заполнения пустого пространства над поверхностью загрузки и т.д.

Эти процессы требуют дополнительного оборудования для задержания мелких фракций материала загрузки и взвешенных веществ, приносимых с исходной водой и регенерирующими растворами.

Удержание загрузки с помощью инжектирования или отсоса воздуха. По этому методу слой ионообменного материалу частично осушается, что удерживает его на месте в течение процесса регенерации. На первой стадии регенерации верхняя часть фильтра опорожняется до уровня, на котором расположен коллектор для элюата, вследствие чего верхняя часть слоя загрузки осушается. Воздух либо подают под давлением, либо отсасывают его вакуум-насосом в течение всего цикла подачи и удаления регенерационного раствора.

Таким образом, положение загрузки может быть стабилизировано и ее расширение предотвращено; при этом скорость инжектирования регенерирующего раствора может быть увеличена в несколько раз, т. е. до 10 м3/(м2*ч). Такие высокие скорости имеют особые преимущества, если регенерация осуществляется серной кислотой.

Использование многослойных загрузок. Иногда можно комбинировать в одном сооружении сильные и слабые ионообменные материалы одной и той же полярности, при условии, что они имеют различную плотность. В этих случаях разделение слоев осуществляется гидравлическим способом обратным потоком воды таким образом, что во время цикла фиксации обрабатываемая жидкость проходит последовательно через слабые ионообменники, а затем через сильные, в той же последовательности, как это было описано в предыдущих схемах.

Чтобы система работала с максимальной эффективностью, регенерирующий раствор, конечно, должен проходить через загрузку в направлении, противоположном, движению обрабатываемой воды, т. е. снизу вверх.

Благодаря разработанным способам обеспечения эффективной регенерации в восходящем потоке стало возможным использование ионообменных фильтров с многослойными загрузками, рассмотренных ниже.

Разница плотностей карбоксилированных и сульфированных смол невелика,, вследствие чего они разделяются менее эффективно, чем сильно- и среднеосновные аниониты. Поэтому многослойные загрузки из катионитовых ионообменных материалов применяют редко.

Работа ионообменных смол, регенерируемых обратным потоком. Качество обработанной воды изменяется в зависимости от выбранной скорости регенерации ионообменных смол. Вода со средним содержанием кремния и различных солей после первичной обработки имеет электрическую проводимость в пределах 0,5—5 мкСм на 1 см при содержании кремния в основном менее 50 мкг/л. Такая вода после предварительной обработки может быть использована, для питания котлов среднего давления без необходимости более глубокой доочистки этой воды на второй ступени на катионит-анионитовых смолах.

Если же требуется более чистая вода, то могут быть использованы системы, состоящие из нескольких катионообмеяных фильтров, работающих последовательно.

На установках глубокой очистки часто применяют технологию с использованием смешанных загрузок.

Качественные косинусные конденсаторы для компенсации реактивной мощности доступны по ссылке. Косинусные конденсаторы позволяют компенсировать реактивную мощность и подавить гармоники в цепях с низким напряжением.

Расход соли для регенерации Na-катионитовых фильтров является одной из самых затратных статей при эксплуатации водоподготовительного оборудования.

Современные системы умягчения являются полностью автоматизированными. Оператору необходимо только досыпать соль в фидер (бак-солерастворитель) по мере её расходования. Современные клапаны автоматического управления потоков в системах умягчения представляют собой сложное техническое устройство с множеством переходов, отверстий, сужающих устройств, инжекторов, плунжеров и т.д. Использование в таких устройствах растворов из неочищенной технической соли (галита) может привести к засорению устройства и выходу его из строя.

Производители клапанов управления потоками рекомендуют использовать для регенерации катионита таблетированную соль. Таблетированная соль это соль, приготовленная выварочным способом для максимальной очистки. Раствор, полученный из такой соли, прозрачен и на дне фидера не образуется нерастворяюшийся осадок. Содержание NaCl в таблетированной соли должно составлять не менее 99,0%. Для регенерации катионита систем умягчения содержание хлористого натрия в соли должно быть не менее 97 %.

Основной недостаток таблетированной соли это её стоимость. В настоящее время при оптовых закупках 1 кг таблетированной соли стоит от 18 рублей. В качестве более дешевого аналога можно рассмотреть минеральный концентрат галит (техническая соль) высшей категории, которая содержит 97-98 % NaCl.

До появления на российском рынке таблетированной соли галит использовался повсеместно для целей водоподготовки. Стоимость 1 тонны галита высшего сорта составляет в среднем 4000 рублей, т.е. 1 кг галита стоит 4 рубля. Галит дешевле таблетированной соли в среднем в 4,5 раза. Возникает закономерный вопрос о возможности использования галита в современных системах умягчения воды, которые оснащены автоматическими клапанами управления потоками.

При растворении технической соли непосредственно в фидере (баке-солерастворителе) образуется большое количество загрязнений изначально содержащихся в соли. Наблюдается образование устойчивой пленки на внутренней поверхности фидера и в солезаборной шахте. Образуется большое количество взвешенных веществ, нерастворимый осадок. Все это приводит к выходу из строя клапанов управления потоками. Так же это негативно влияет на ионообменные качества катионита.

На рис.1 представлена принципиальная схема использования технической соли в автоматической установке умягчения воды состоящей из автоматического клапана управления потоками (CLACK, FLECK), стеклопластикового корпуса с катионитом, фидера с солезаборным устройством. Данная установка является стандартной для подавляющего большинства современных систем умягчения воды средней и малой производительности.

Объем воды в фидере определяется двумя условиями:

1. Временем заполнения бака;

2. Аварийным поплавковым клапаном, регулирующим максимальный уровень воды в фидере.

Оба условия не всегда четко позволяют обеспечить количество насыщенного раствора соли в фидере для оптимального ведения процесса регенерации. К примеру, на 1 литр катионита, как правило, для вод средней жесткости требуется 120 г поваренной соли. Если в фильтре засыпано 100 литров катионита, то для регенерации потребуется 12 кг соли или 40 литров насыщенного 25 % раствора. Производители водоподготовительного оборудования указывают на то, что объем нарастворившейся соли в фидере должен быть чуть выше уровня воды. Стоит помнить, что нерастворившаяся соль занимает существенный объем в фидере и количество поступившей в фидер воды в автоматическом режиме может быть недостаточно для получения необходимого количества насыщенного раствора. Увеличение времени поступления воды в фидер в данном случае не исправит ситуацию, т.к. поплавковый клапан перекроет линию подачи воды при повышении объема воды до максимального уровня, при том, что большая часть внутреннего объема фидера занята нерастворившейся таблетированной солью.

В любом случае, такай способ получения насыщенного раствора соли, не позволяет полностью контролировать ведение процесса умягчения воды при оптимальных параметрах по потреблению соли. Требуется длительная отстройка процесса дозасыпки соли и времени набора воды в фидер. Эффективность данного процесса можно отследить только спустя некоторое время при определении удельного потребления соли на 1 м3 получаемой умягченной воды по результатам ведения учета за расходами соли и воды.

Данная схема является простой в эксплуатации и не дорогой. При использовании в котельных производительностью по умягченной воде 1,5 м3/час дополнительно приобретенное оборудование окупается менее чем за полгода за счет экономии на более дешевой технической соли. При большей производительности срок окупаемости еще меньше.

Пример расчета экономического эффекта от использования технической соли в системах умягчения воды вместо таблетированной соли.

Паровая котельная с установленной системой умягчения воды производительностью 1,5 м3/час. Суточное количество умягченной воды – 36 м3.

Исходная вода – питьевой водопровод г. Саратова. Общая жесткость исходной воды – 4,0 мг-экв/л (0Ж).

При такой жесткости исходной воды удельный расход соли на 1 м3 исходной воды составит 0,45 кг. Т.е. суточный расход соли составит 0,45*36=16,2 кг.

Затраты в сутки на таблетированную соль – 16,2*18=291,6 руб/сут.

Затраты в сутки на техническую соль – 16,2*4=64,8 руб/сут.

18 – стоимость 1 кг таблетированной соли, руб;

4 – стоимость 1 кг технической соли, руб.

Экономия при применении технической соли составит 291,6-64,8=226,8 руб/сут.

Стоимость дополнительно устанавливаемого оборудования для использования технической соли:

Емкость насыщенного раствора (1000 л.) пластиковая – 10000 руб.
Насос с реле давления и обратным клапаном – 4000 руб.
Фильтр осветления с ручным управлением – 12000 руб.
Соленоидный клапан (н.о.) ½ “ – 3000 руб.
Трубопроводы, КиП и Монтажные работы – 11000 руб.
Итого: 40 000 руб.

Срок окупаемости 40000/226,8= 176 суток

Вывод: Считаю, использование технической соли вместо таблетированной в котельных с производительностью по умягченной воде более 1,0 м3/час оправданным и создающим значительный экономический эффект за счет использования более дешевой соли. Оборудование, применяемое при модернизации стандартной схемы, окупается менее чем за год. Режимная наладка установки умягчения при использовании предлагаемой схемы становится более эффективной в процессе регулирования расхода соли для регенерации катионита, что позволит избежать необоснованного перерасхода соли.

Водоподготовка — совокупность оборудования и устройств для обеспечения высокой степени чистоты пара и воды с целью предотвращения образования отложений на поверхностях нагрева и защиты их от коррозии.

До поступления в котельные агрегаты сырая вода проходит через ряд установок, в которых происходит:

— осветление (отстаивание и фильтрация) — удаление механических и органических примесей;

— умягчение — удаление из воды солей жесткости, осаждающихся на внутренних поверхностях нагрева в виде накипи;

— дегазация (деаэрация) — удаление растворенных в воде газов.

Кроме того в энергетических котельных установках могут производить также обескремнивание воды и её общее обессоливание (для прямоточных котельных агрегатов).

Осветление воды — удаление из воды грубодисперсных (механических) и коллоидных примесей.

От механических примесей (песка, кусочков глины, ила и т.д.) сырую воду очищают в специальных фильтрах, которые по конструкции подразделяют на самотечные (открытые) и напорные (закрытые).

Коллоидные примеси (мельчайшие частицы органических веществ) из воды удаляют методом коагуляции.

Коагуляция — процесс удаления из воды очень мелких примесей, не поддающихся отстаиванию путем добавления в нее коагулянтов (сернокислого алюминия, железного купороса или хлористого железа), создающих в воде мельчайшие частицы, заряженные противоположным (положительным) по отношению к частицам примесей, электрическим зарядом. Теряя заряд, частицы слипаются, образуют крупные хлопья и оседают на дно специальных отстойных резервуаров.

Накипь — твердые и низкотеплопроводные отложения солей кальция и магния на поверхностях нагрева котельного агрегата.

Накипь увеличивает термическое сопротивление передаче теплоты от продуктов сгорания к воде, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи в газоходе, увеличению температуры продуктов сгорания по газовому тракту, увеличению потери теплоты с уходящими дымовыми газами, уменьшению КПД и, следовательно, к перерасходу топлива. Например, при толщине накипи в 1 мм расход топлива увеличивается на (3 — 4)%.

Шлам — выпавшие в осадок и не связанные с поверхностями нагрева взвешенные частицы, выделяющиеся из котловой воды.

Шлам, как правило, периодически удаляют из нижних точек контуров естественной циркуляции котельного агрегата.

Жесткость воды — свойство воды содержать в своем составе накипеобразующие соли.

Различают общую жесткость Ж_О, характеризуемую содержанием всех солей кальция и магния (хлоридов, сульфитов, биокарбонатов, нитратов, силикатов); карбонатную (временную) жесткость Ж_К, обусловленную наличием бикарбонатов кальция и магния, разлагающихся при нагревании с выделением рыхлых осадков (шлама), и некарбонатную (постоянную) жесткость Ж_НК, обусловленную наличием всех остальных солей кальция и магния. Единица жесткости — миллиграмм эквивалент кальция или магния в 1 кг воды (мг-экв/кг), что соответствует содержанию 20,04 мг/кг кальция или 12,16 мг/кг магния.

Воду считают мягкой, если ее жесткость не превышает 2 мг-экв/кг; от 2 до 5 мг-экв/кг — средней жесткости; от 5 до 10 мг-экв/кг — жесткой.

Умягчение воды — комплекс мероприятий по уменьшению жесткости сырой воды.

Умягчение воды производят или методом осаждения или методом ионного обмена.

Метод осаждения — метод докотловой обработки воды, заключающийся в том, что при добавлении в воду извести или соды происходит химическое взаимодействие, в результате которого образуются новые соединения, малорастворимые в воде и выпадающие в осадок. Эти осадки удаляют из воды отстаиванием или фильтрацией.

Этот метод не дает глубокого умягчения воды и широкого распространения не получил.

Метод ионного обмена — метод докотловой обработки воды, основанный на способности некоторых нерастворимых в воде материалов (катионитов) поглощать присутствующие в воде катионы кальция и магния, отдавая воде или катионы натрия Na, или водорода Н или аммония NH₃, которыми предварительно насыщают материал.

При фильтрации воды через слой катионита общая жесткость её может быть снижена до 0,02 — 0,04 мг-экв/кг.

В промышленных котельных широкое распространение получил метод Na-катионирования.

Na-катионирование — метод ионного обмена, заключающийся в фильтровании воды через слой естественного или искусственного натриевого материала (катионита). При этом вместо кальциевых и магниевых солей в обрабатываемой воде образуются эквивалентные количества легко растворимых натриевых солей, удаляемых из котельного агрегата непрерывной продувкой.

Обычно в качестве катионита, кроме естественных минералов: глауконита или сульфированных углей (сульфоуголя), используют искусственные катиониты, получаемые сплавлением соды, кварца и каолина, называемые пермутитом.

Процесс умягчения воды в Na-катионитовой установке состоит из следующих повторяющихся операций: умягчения, взрыхления уплотненного слоя катионита, регенерации и отмывки. Взрыхление осуществляютобратным восходящим потоком воды. Регенерацию осуществляют раствором технической поваренной соли NaCl в течение 14 — 16 мин. Отмывку катионита проводят после регенерации в течение 25 — 30 мин.

Na-катионитовая установка состоит, как правило, из двух фильтров диаметром 700 — 3400 мм, в которых размещают катионит, бака для сбора отмывных вод предыдущей регенерации, используемых при взрыхлении; бака — солерастворителя для приготовления соляного раствора; наружных трубопроводов и арматуры.

В последние годы появились новые способы очистки воды, основанные на мембранных технологиях: электродиализ, ультрафильтрация и обратный осмос.

Электродиализ — ионообменный процесс, отличающийся тем, что ионный слой заменен ионитными мембранами, получаемых полимеризацией смеси реагентов и обладающих способностью пропускать только катионы или анионы.

Обычно этот метод используют для опреснения соленых вод под действием постоянного электрического тока. При этом поток соленой воды разделяется на обессоленную воду и рассол.

Ультрафильтрация — способ очистки воды от солей, заключающийся в продавливании воды через пористый материал, размеры пор которого меньше размера задерживаемых частиц загрязнителя.

Обратный осмос — процесс самопроизвольного перехода растворителя (чистой воды) через пористые анизотропные мембраны, проницаемые для молекул воды и непроницаемые для ионов растворенных веществ, из камеры раствора в камеру растворителя, происходящий при создании в камерах определенной разности гидростатических давлений.

По назначению установки обратного осмоса делят: на опреснительные; обессоливающие; для очистки промышленных сточных вод; для очистки бытовых сточных вод; для концентрирования полезных веществ.

Деаэрация (дегазация) воды — процесс удаления из воды растворенных в ней газов (кислорода, диоксида углерода, аммиака, азота и др.) способствующих развитию химической коррозии питательных трубопроводов, поверхностей нагрева котельного агрегата и тепловых сетей.

Деаэрацию можно осуществить электрохимическим, химическим или термическим способом.

Электрохимический способ основан на связывании кислорода органическими фильтрующими материалами.

При химическом способе воду пропускают через фильтрующий слой железных опилок или стружек. Этот способ получил широкое применение в малых котельных низкого давления.

Термическая — деаэрация основной способ удаления газов из воды — основана на использовании закона растворимости газов в жидкости (закона Генри), согласно которому массовое количество газа, растворенного в единице объема воды, прямо пропорционально парциальному давлению газа в изотермических условиях. Это означает, что растворимость газов с повышением температуры снижается и для любого давления при температуре кипения равна нулю.

Термический деаэратор — устройство, состоящее из горизонтально расположенного бака цилиндрической формы и деаэраторной колонки, установленной вертикально в центральной части последнего.

Деаэратор работает следующим образом: вода поступает на распределительную тарелку, расположенную в верхней части колонки, с которой отдельными и равномерными струйками распределяется по всему её сечению и стекает вниз последовательно через ряд расположенных одна под другой промежуточных тарелок с мелкими отверстиями. Пар вводят в нижнюю часть колонки под водяную завесу, образующуюся при стекании воды с тарелки на тарелку. Расходясь по всему сечению колонки пар поднимается навстречу питательной воде, нагревая её до температуры кипения. Выделяемый воздух вместе с остатками несконденсировавшегося пара уходит через вестовую трубу, расположенную в верхней части головки, непосредственно в атмосферу или в охладитель выпара, а из него в атмосферу. Освобожденная от газов вода, стекает в бак деаэратора, откуда ее подают в котельные агрегаты.

На деаэраторе устанавливают предохранительные клапаны во избежание значительного повышения давления и гидравлический затвор на случай образования в нем разрежения.

Читайте также: