Рис.1 – Максимально допустимые концентрации примесей в котловой воде
Автор: Литвинова Юлия Владимировна канд. техн. наук, доцент СКФ БГТУ им. В.Г. Шухова
Источник: Материалы XXIX Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 25 декабря 2013 г.)
Литвинова Юлия Владимировна канд. техн. наук, доцент СКФ БГТУ им. В.Г. Шухова В статье расмотрены способы энергосбережения путем энергоэффективного снижения потребления традиционных энергоносителей и увеличения использования возобновляемых источников энергетических ресурсов.
Возведение и эксплуатация котельных установок требует, значительные капиталовложений. Решающим значением при этом является надежность и удобство. Весьма немаловажным фактором становится квалифицированная подготовка обслуживающего персонала, так как нарушение основных установленных практических правил эксплуатации котельных установок может привести к аварийным ситуациям. Распространенными причинами аварий котлов являются: механическое повреждение труб, нарушение технологии продувки, понижение уровня воды, недостатки водоподготовки, сверхнормативное форсирование, загрязнение котловой воды, несоблюдение регламента разогрева, понижение давления до вакуума хранение в неподходящих условиях, взрыв топлива [1].
Взрыв топлива — является одной из опаснейших ситуаций при эксплуатации котлов. Причиной большинства взрывов является недостаточная очистка топки или перенасыщение горючей смеси, возникающей, при накоплении в топке несгоревшего топлива. Также это может случиться из-за ряда других причин, в том числе из-за сбоя регуляторов, повреждения оборудования, колебаний давления топливоподачи.
Чаще всего взрывы в топке бывают при перебое в работе горелок. Например, при засорении топливной форсунки, из-за некачественного распыливания происходить нестабильность горения или отрыв пламени. Для возобновления горения выполняется последующее впрыскивание топлива, благодаря чему в топке повышается концентрация топливных паров. Накопление несгоревшего топлива происходит и в том случае, если горелка значительное время работает при некачественном распыливании. Повторное зажигание горелки после перебоя чаще всего воспламеняет взрывоопасную смесь. Таким образом, вспышка несгоревшего топлива становится причиной взрыва, чего можно избежать, неукоснительно соблюдая следующее правило: не впрыскивать топливо в загазованную, темную топку [2].
Качество воды, применяемое в котлах очень важно для продления срока их службы. Магниевая или кальциевая жесткость воды обычно является причиной образования накипи. К образованию накипи приводит недостаточные меры по проведению водоподготовительных работ, с удалением ионов жесткости. Нарастание накипи приводит к повреждению труб из-за перегрева, в связи с тем, что отложившаяся накипь представляет собой слой теплоизоляции, который ухудшает теплообмен. При длительном сохранении данной ситуации возможно местное прогорание труб. Для предотвращения образования накипи необходимо отслеживать содержание солей жесткости в котловой воде в допустимых пределах [3]. При увеличении рабочей температуры и давления в котельной установке, требования к водоподготовке ужесточаются. С целью понижения магниевой и кальциевой жесткости для котлов низкого давления целесообразно использовать ионообменные установки. При эксплуатации котлов с паротурбинными установками на режимах с высоким давлением и температурой, целесообразно проводить полную деминерализацию воды, с удалением всех возможных примесей. В случае не принятия данных мер, чаще всего, соединения кремния, оставшиеся в воде испаряясь, смешиваются с водяным паром и способствуют образованию осадка. Котловая водоподготовка должна включать в себя обработку воды химическими реактивами. При использовании которых происходит связывание взвешенных частиц загрязняющих веществ, с их преобразование в шлам, не образующий осадка на поверхности [3]. При промывке котлов шлам может быть с легкость удален.
Известно, что при температуре свыше 427 °С структура углеродистой стали теряется ее прочность. Поэтому при долгой работе котла с недостатком оптимального количества воды стальные трубы котла могут в буквальном смысле расплавиться так как, температура топки в этом случае может достигнуть 982 °С [1]. Охлаждение котла водой в его трубах является тем фактором, который предотвращает и предупреждает аварию. Использование в котле датчиков уровня воды прямого или поплавкового типа действия способствуют отключению котла при снижении уровня воды и уменьшению вероятности возникновения аварийной ситуации. Ключевым звеном в данной системе отключения котла является байпас пускового устройства, который позволяет обслуживающему персоналу выполнять продувку засорившиеся секции, очищать их от шлама и накипи. Значимой проблемой загрязнение воды котельных установок, является вопрос образования смеси подпитки и обратного конденсата, в состав которого входят кислород, соединение металлов и химикатов, масла и смолы. Как известно, кислород, растворенный в воде, является неизменной угрозой целостности труб. Вызванная им язвенная коррозия способствует возникновению сквозной ржавчины, что приводит сбою в работе систем котла. Для удаления кислорода из подпиточной воды в трубах котельной установки используется нагреватель-деаэратор. В котлах, с рабочим давлением до 7000 кПа в резервуар деаэратора обычно добавляют поглотитель кислорода — сульфит натрия, способствующий удалению свободного кислорода. Из-за возможных катастрофических последствий кислородной коррозии необходимо регулярно проверять работу деаэраторов и поглотителей кислорода и контролировать качество воды. Своевременно необнаруженное загрязнение возвратного конденсата — это еще одна причина загрязнения котловой воды. Состав загрязнений может быть различным: от таких металлов, как медь и железо, до масел и производственных химикатов [4]. Металлы, попадающие в воду, — это конструктивные материалы оборудования и конденсатопроводов, а масла и производственные химикаты попадают из-за дефектов производственного оборудования или коррозионных утечек в теплообменниках, насосах, сальниковых уплотнениях.
Наибольший риск загрязнения воды связан с возможностью аварий технологического оборудования, из-за которых в котловую воду могут попасть в большом количестве опасные химикаты. Поэтому бережная эксплуатация котельной установки должна предусматривать постоянный мониторинг качества возвратного конденсата. Попадание в воду ионообменных смол способно вызывать серьезное загрязнение котла. Это случается при повреждении внутренних трубопроводов или вспомогательной обвязки ионообменной установки [1]. Очень дешевый и эффективный способ предотвращения этих явлений — установка смолоуловителей на всех коммуникациях ионообменной установки. Смолоуловители не только защищают котел, но и предотвращают в случае аварии потери ценного материала — ионообменных смол. Загрязнение котловой воды может протекать как постепенное ухудшение или как мгновенная авария. Постоянное и качественное обслуживание позволит существенно снизить возможность неприятностей того и другого типа. Постоянный мониторинг качества котловой и подпиточной воды позволяет не только накапливать статистические данные, но и своевременно предупреждать об опасном уровне загрязнений. Концентрация взвешенных твердых примесей в котловой воде уменьшается при постоянной продувке системы и периодической промывке поддонов. Максимально допустимые концентрации примесей приведены в таблице 1 [3].
Рис.1 – Максимально допустимые концентрации примесей в котловой воде
Энергосбережение возможно достигнуть только путем энергоэффективного снижения потребления традиционных энергоносителей и увеличения использования возобновляемых источников энергетических ресурсов. Так, уже сегодня на многих российских предприятиях в качестве топлива для получения дешевой тепловой энергии используют древесные отходы; переводят котельные на автономное теплоснабжение с использованием современного автоматизированного оборудования. Возможность перевода котельные на древесные гранулы, жидкое биотопливо, брикеты и другие экологически нейтральные к СО2 источники энергии позволят существенно улучшить экономический климат предприятия. Целью внедрения подобных проектов, является не только решение проблем экономии ресурсов, а так же проблем экономического и экологического характера.
1. Байкалова Т.Е., Саулова Т.А. Особенности безопасной эксплуатации котлов тепловых станций./ Т.Е. Байкалова, Т.А. Саулова // Лесной и химический комплексы — проблемы и решения. Сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции. Том 2. Красноярск: СибГТУ, 2010. — С. 210—215.
2.Котельные агрегаты. М.А. Стырикович К.Я. Катковская, Е.П. Серов. Москва, «Государственное энергетическое издательство», 1959 г. — 487 c.
3. Котельные установки. Н.А. Киселёв. 2-издание, переработанное и дополненное. М., издательство «Высшая школа», 1979 г. — 270 с.
4.Теплоснабжение. А.А. Ионин, Б.М. Хлыбов, В.Н. Братенков, Е.Н. Терлецкая. Под редакцией А.А. Ионина. М., издательство «Стройиздат»,1982 г. — 336 с.
5.Топливо, топки и котельные установки. М.М. Щеголев. М., «Государственное издательство литературы по архитектуре и строительству», 1953 г. — 544 с.