Рекомендации для разработки систем возврата парового конденсата

И.А. Тихонов

Паровой конденсат возвращаемый в котельную является высококачественной питательной водой для парового котла в случае отсутствия в нем загрязнителей. К загрязнителям конденсата можно отнести растворенное железо, соли жесткости и растворенные агрессивные газы (углекислота, кислород). Давайте подробно рассмотрим каким образом данные загрязнения могут попадать в конденсат. Растворенное железо является основным загрязнителем конденсата. Соли жесткости в основном попадают в конденсат через поврежденную теплообменную поверхность оборудования. При наличии такой проблемы необходимо определить источник загрязнения и устранить повреждение. Но растворенное железо является естественным и крайне неприятным загрязнителем конденсата. С ним довольно сложно бороться. Самое тиражируемое решение этой проблемы — это дозирование аммиака в питательную воду. К сожалению, на практике такое решение не подходит для большинства котельных низкого давления в силу отсутствия химслужбы (дозирование аммиака требует постоянного надлежащего контроля), либо профиль предприятия не позволяет использовать аммиак. Но даже при отсутствии дозирования аммиака можно значительно уменьшить содержание железа в конденсате путем организации грамотного водно-химического режима котельной и системы возврата конденсата.

Для начала надо понять каким образом железо может попадать в конденсат. Для этого рассмотрим какой состав имеет паровой конденсат. Состав парового конденсата формируется исходя из химического состава питательной воды, а также условий работы пароконденсатного тракта.

На рисунке 1 представлена типичная схема образования конденсата и его возврат в паровой котел в качестве питательной воды. Подпиточная подготовленная вода содержит в своем составе бикарбонат натрия (NaНСО3). Данной водой питается паровой котел. В процессе парообразования в котле большая часть бикарбонатов разлагается и переходит в газообразный диоксид углерода (СО2). В результате в котловой воде образуется едкий натр (NaОН). Диоксид углерода уносится с паром. При грамотной организации водно-химического режима котла влажность пара составит не более 1 %.  То есть при солесодержании котловой воды равном 3000 мг/л солесодержание пара будет равно не более 30 мг/л. Поэтому солевой состав конденсата будет незначителен и его можно не учитывать, как загрязнение. Но в паре содержится диоксид углерода.

Рисунок 1

Количество диоксида углерода в паре можно довольно точно оценить по следующей формуле.

СО2_(пар)=44*k*Щ_п.в., мг/л

Где,

k = 0,7-0,95 – коэффициент полноты разложения бикарбонатов в котле.

Щ_п.в. – щелочность питательной воды, мг-экв/л.

Пример, если щелочность питательной воды 2,0 мг-экв/л, то количество диоксида углерода в паре парового котла низкого давления будет равно

СО2_(пар)=0,9*2=1,8 мг-экв/л или 44*1,8=79,2 мг/л.

Это довольно большое количество диоксида углерода. Если в воде растворить 79,2 мг/л СО2, то рН такой воды будет около 4,6. Вода будет иметь кислую реакцию и будет коррозионно агрессивной. Значение рН равное 4,6 будет у конденсата в том случае, если он остынет до температуры 25 С (при атмосферном давлении) и предварительно из него не будет отогнана углекислота.

Конденсат с низким значением рН подвергает трубы коррозии с водородной деполяризацией. В результате в конденсате появляется железо.

На рисунке 2 представлен график зависимости растворимости диоксида углерода в воде от температуры.

Рисунок 2

Как видно, чем выше температура воды, тем меньше в ней растворяется диоксида углерода. Получается, для того чтобы не допустить переход газообразного диоксида углерода в углекислоту конденсата необходимы следующие условия:

1. Поддерживать как можно более высокую температуру конденсата на всем конденсатном тракте.
2. Не допускать мест с возможным застоем и охлаждением конденсата.
3. Не устанавливать промежуточные станции сбора конденсата с открытыми атмосферными емкостями. При том, что в открытой емкости часть диоксида углерода сразу выпарится в атмосферу, температура конденсата упадет, и большая часть диоксида углерода растворится в воде с образованием коррозионной среды.

Для уменьшения образования диоксида углерода в паре необходимо также уменьшать щелочность питательной воды.

Щелочность питательной воды состоит из щелочности подпиточной воды и конденсата. Если щелочностью конденсата можно пренебречь, при условии возврата конденсата в деаэраторную головку (не в деаэраторный бак), то щелочность подпиточной воды необходимо уменьшать.

Один из самых эффективных способов уменьшения щелочности подпиточной воды — это обратноосмотическое обессоливание воды. В результате обработки воды обратным осмосом из воды удаляется практически вся щелочность. При этом значение щелочности фильтрата после обратного осмоса составляет около 0,05 – 0,2 мг-экв/л. Данное значение щелочности позволяет получить в котловой воде достаточное количество едкого натра, для защиты котла от коррозии и при этом не допустить большого количество диоксида углерода в конденсате.

Пример, в деаэраторе парового котла смешивается конденсат и подпиточная вода в соотношении 50/50%. В первом случае зададимся, что подпиточная вода только умягчается. Поэтому щелочность подпиточной воды остается равной щелочности исходной воды и составляет 2 мг-экв/л. Тогда щелочность питательной воды составит 0,5*2 = 1 мг-экв/л.

При такой щелочности питательной воды в паре будет содержаться СО2 =  0,9*1=0,9 мг-экв/л = 0,9*44 = 17,6 мг/л.

Если подпиточную воду пропустить через обратный осмос, то щелочность подпиточной воды будет равна 0,1 мг-экв/л или меньше. Тогда содержание СО2 в паре будет равно 0,9*0,05=0,045=1,98 мг/л.

Обработка воды обратным осмосом еще имеет преимущество в том, что коэффициент упаривания котловой воды будет гораздо выше, чем при отсутствии обратного осмоса. Что позволит уменьшить расход продувочной воды и как результат будет наблюдаться экономия топлива.

Как показывает практика эксплуатации паровых котельных низкого давления, в случае, когда щелочность питательной воды незначительная и при этом система возврата конденсата не допускает застоя и охлаждения конденсата, железа в конденсате практически не наблюдается. Но если система возврата конденсата содержит застойные места, где конденсат застаивается и охлаждается, то даже в случае применения технологий, уменьшающих щелочность питательной воды, конденсат будет содержать повышенную концентрацию железа.

Система возврата конденсата — сложное техническое решение, требующее тщательной проработки с учетом недопущения избыточной растворимости диоксида углерода в конденсате.