Исследование режимов работы водогрейной котельной при переводе ее из паровой

Государственный университет им. С. Торайгырова, г. Павлодар

Исследование режимов работы водогрейной котельной при переводе ее из паровой.

А. А. Глазырин, В.А. Глазырин, д.т.н. А.И. Глазырин,

По результатам исследования режимов работы водогрейной котельной, реконструированной из паровой, предложены рекомендации по повышению надежности и экономичности ее эксплуатации.

Выполнены исследования режимов работы котельной, предназначенной для отопления жилых и производственных помещений сельского производственного кооператива.

В соответствии с проектной схемой в котельной были установлены паровые котлы типа ДКВР-4/13 производительностью 4 т/ч пара давлением 1,4 МПа, работающие на твердом топливе. Предусмотрен деаэратор атмосферного типа, химводоочистка (ХВО), работающая по схеме двухступенчатого натрий-катионирования. В качестве исходной используется артезианская вода из двух скважин, которая подается глубинными насосами в водонапорную башню. Из башни вода при давлении 0,15 МПа самотеком поступает в фильтры химводоочистки или непосредственно без очистки в деаэратор.

Оборудование работает с более низкими параметрами рабочего тела. Вода для отопления используется при максимальной температуре 95 ОС и давлении, не превышающем 0,6 МПа. В системе отопления села циркулирует около 600 м³ воды. водогрейный котельная отопление режим Обычно, при переводе паровой котельной в режим работы водогрейной, схему подготовки подпиточной воды из двухступенчатого переводят в режим работы одноступенчатого натрий-ка-тионирования. Атмосферный деаэратор переводят в режим работы вакуумного деаэратора. Готовится иная схема, позволяющая поддерживать содержание кислорода в подпиточной воде теплосети на уровне нормируемого (50 мкг/кг), для чего укрепляется внутренняя часть деаэраторного бака, что позволяет при создании вакуума избежать его деформации. Монтируются дополнительный бак, насос и эжектор, предназначенные только для создания вакуума в деаэраторе.

Исследования данной котельной показали, что вода из водонапорной башни самотеком направляется в деаэратор без очистки, бак которого в этой схеме служит промежуточной емкостью. Вода может направляться и на натрий-кати-онитовые фильтры.

Из-за отсутствия пара на котельной подпиточная вода не деаэрируется, что приводит к интенсивной кислородной и углекислотной коррозии металла системы отопления и трубопроводов теплосети [1]. Кроме того, величина рН воды теплосети не превышает 7,7.

При обработке воды по схеме натрий-катионирования, из нее удаляются только катионы жесткости Са²⁺ и Мg²⁺. В теплосеть поступают анионы НСО_З, где, при повышенных температурах, идут реакции разложения, с выделением свободного углекислого газа [2].

Кислородная коррозия в присутствии свободной углекислоты протекает практически без замедления, т.к. сопровождается выделением атомарного и молекулярного водорода, которые восстанавливают и отслаивают оксидные защитные пленки от поверхности металла. Для связывания свободной углекислоты в карбонатные и бикарбонатные соли, не опасные с точки зрения коррозии, величина рН должна быть выше 8,3 [3].

На котельной эксплуатационный персонал выполнил реконструкцию схемы ХВО, при этом три натрий-катионитовых фильтра включили в схему последовательно, что, по мнению эксплуатационников, улучшает удаление солей жесткости из воды. Расчеты показывают, что производительности одного натрий-катионитового фильтра, установленного на котельной, вполне достаточно для восполнения потерь в тепловых сетях.

Исходная вода с содержанием солей жесткости 8 мг-экв/кг подается на подпитку тепловых сетей. Карбонатный индекс (I_карб) воды теплосети при работе водогрейного котла с температурой воды на выходе, не превышающей 95 ОС, рекомендуется поддерживать на уровне 3 мг-экв/кг. Эти данные позволяют рассчитать допустимую величину кальциевой жесткости в подпиточной воде по формуле.

В соответствии с расчетами по этой формуле, допустимая жесткость подпиточной воды не должна превышать 0,54 мг-экв/кг. В теплосеть же подается вода без очистки, с исходной жесткостью на уровне 8 мг-экв/кг.

При работе котлов на воде с большим содержанием солей жесткости поверхности нагрева заносятся отложениями, которые перекрывают живое сечение труб, при этом скорости движения воды в трубах могут снизиться на порядок.

Следовательно, первопричиной всех нарушений в работе котлов следует считать отсутствие очистки воды в схеме натрий-катионирования.

При реконструкции предусмотрели подачу воды в котел через водяной экономайзер и параллельно через обводной трубопровод.

Водяной экономайзер имеет значительно большее гидравлическое сопротивление, чем сам трубопровод, поэтому циркуляция воды через него вялая, что приводит к перегреву поверхностей нагрева. В период исследований, половина поверхностей нагрева водяных экономайзеров была отглушена. Внутренние поверхности водяных экономайзеров занесены солями жесткости, которые перекрывают сечение труб, дополнительно увеличивая их сопротивление.

При останове котла в ремонт вода высокого качества сбрасывается в систему гидрозолоудаления и безвозвратно теряется.

По результатам исследований рекомендуется в схему реконструированной водогрейной котельной внести ряд изменений.

Реконструированный по заводской схеме паровой котел типа ДКВР-4/13 в режиме работы водогрейного имеет теплопроизводительность Q, равную 2,5 Гкал/ч. Трассировка тепловых сетей в селе небольшая, поэтому тепловые потери n можно принять на уровне 20%. В схеме отсутствуют расходомеры в контуре воды тепловых сетей. Однако известно, что перепад температур на выходе и на входе в котел поддерживается в эксплуатации на уровне (t_вых-t_вх) = 10 ОС. Расчеты по известной формуле (2) показывают, что расход воды (G) не превышает 200 м³/ч:

Производительность сетевых насосов 300 м³/ч. В таблице 1 приведены скорости движения воды в трубах при заводской схеме циркуляции, когда объединенные в один поток 7 и 10 рядов труб и рекомендованные при исследовании режимов 4 и 5 рядов в потоке. В каждый из рядов включено 20 труб, Ду 50 мм.

Таблица Расчетные скорости воды в трубах котла, в зависимости от расхода воды в тепловых сетях при одном включенном в работу котле.

Из таблицы 1 видно, что скорости движения воды в поверхностях нагрева при включении в работу одного котла, без учета естественной циркуляции, ниже рекомендуемых [4]. Для нисходящего движения воды скорость воды в трубах конвективной части котла не превышает 0,24−0,36 м/с, для восходящего потока воды 0,16−0,24 м/с, при рекомендуемых скоростях, соответственно, 1 м/с и 0,7 м/с. Скорости движения воды в трубах зависят от производительности сетевых насосов и количества одновременно включенных в параллельную работу котлов.

Для повышения надежности работы реконструированной котельной необходимо:

• 1. Для увеличения скорости движения сетевой воды в конвективных трубах котла в верхнем барабане смонтировать дополнительную перегородку, т. е. выполнить не 3, а 4 отсека, при этом следует разделить нижний барабан на два отсека (рис. 1). Это позволит уменьшить количество труб, через которые одновременно проходит поток сетевой воды, следовательно, повысить скорости движения воды в трубах конвективной части в два раза. Это снимает и проблему малых скоростей движения воды, когда при низких температурах включается в параллельную работу второй котел. На котельной основной зимний режим, когда в работе находятся одновременно два котла.
• 2. Три из четырех фильтров ХВО 10 (рис. 2) следует обвязать для параллельного включения, т. е. включить в режим работы одноступенчатого натрий-катионирования. Заполнение тепловых сетей производится умягченной водой. Для исследуемой котельной при пропуске воды через два параллельно включенных фильтра заполнение теплотрассы закончится в течение суток. В соответствии с расчетами фильт-роцикл одного фильтра в зимний период составит около двух суток. При наличии трех фильтров регенерацию можно вести раз в неделю.
• 3. Воду при давлении 0,15 МПа из напорной башни 7 самотеком направить через фильтры ХВО 10, затем умягченная вода должна проходить через водяной экономайзер 22. На выходе из водяного экономайзера вода делится на два потока, один из которых поступает в деаэраторный бак 12, служащий промежуточной емкостью, а второй направляется на охлаждение колосниковой решетки и возвращается в цикл теплосети в трубопровод обратной сетевой воды, давление в котором не превышает 0,1 МПа.
• 4. Подпиточным насосом 14 вода из деаэраторного бака 12 направляется в четвертый фильтр 5 ХВО, реконструированный под сталестружечный для обескислороживания. За сталестружечным фильтром вода поступает на всас сетевых насосов 1 для восполнения потерь в тепловых сетях.
• 5. При останове котла и необходимости его опорожнения вода 15 направляется на всас под-питочных насосов 14 и, помимо сталестружечно-го фильтра, по линии 4 направляется для подпитки на всас сетевых насосов. При частых отключениях это позволяет снизить потери воды на 60%.
• 6. Периодически, через 1−1,5 месяца, работающий котел необходимо останавливать и вскрывать люк верхнего барабана со стороны топки. При наличии накипи в наклонных участках экранных труб со стороны верхнего барабана, отложения удалить, производя шарошку труб.

Время между вскрытиями люка должно уточняться при эксплуатации. Если фильтры ХВО не регенерируются, люк следует вскрывать чаще. Наличие отложений в трубах говорит о не налаженном режиме работы фильтров ХВО. При жесткости в подпиточной воде на уровне расчетной до 0,54 мг-экв/кг, люк следует вскрывать только в летний останов.

• 7. Включение в схему водяного экономайзера позволяет снизить температуру уходящих газов с 280−340 ОС до 140−150 ОС, что экономит для исследуемой котельной около 415 т в год твердого топлива калорийностью 4000 ккал/кг.
• 8. Периодически из емкости 17 в теплосеть подается раствор силиката натрия для снижения язвенной коррозии металла трубопроводов и систем отопления теплосети. В период эксплуатации необходимо корректировать величину рН воды теплосети, используя схему с баком 17.
• 9. По окончанию отопительного сезона и вывода тепловых сетей в резерв вода не сливается. При отключении котлов сетевые насосы остаются в работе для осуществления циркуляции воды в тепловых сетях. При снижении температуры воды до 40 ОС в воду через бак 17 дозируется жидкое стекло из расчета 1 г/л SiO₂. Учитывая, что в техническом жидком стекле содержание SiO₂ находится на уровне 31−33%, требуется около 3 кг технического продукта на 1 м^З воды, или около 2 т для консервации тепловых сетей села. Консервирующий раствор циркулирует не менее 24 часов для лучшего перемешивания реагента. Раствор на весь период простоя остается в тепловых сетях. При необходимости проведения ремонтных работ консервирующий раствор дренируется, а трубопроводы не промываются. При пуске тепловых сетей в работу раствор дренируется.

Консервация тепловых сетей на летний период позволяет снизить скорость коррозии металла на порядок.

• 1. ГлазыринА.И., Музыка Л. П., Кабдуалиева М. М. Водно-химические режимы тепловых электростанций и котельных промышленных предприятий (учебное пособие). Алматы, Республиканский издательский кабинет, 1994. С. 120.
• 2. Субботина Н. П. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1974. С. 327.
• 3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 287.
• 4. Бузников Е. Ф., Верес А. А., Грибов В. Б. Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных. М., Энергоатомиздат, 1989. С. 207.