Питательная вода котла — это вода, которая подается в котел . Питательная вода подается в паровой барабан из питательного насоса. В паровом барабане питательная вода затем превращается в пар из тепла. После использования пара он затем сбрасывается в главный конденсатор. Из конденсатора он затем перекачивается в деаэрированный питательный бак. Из этого бака он затем возвращается в паровой барабан, чтобы завершить свой цикл. Питательная вода никогда не открывается в атмосферу. Этот цикл известен как замкнутая система или цикл Ренкина .
На ранних этапах развития котлов очистка воды не была такой уж большой проблемой, поскольку температуры и давления были настолько низкими, что большое количество накипи и ржавчины не образовывалось в такой значительной степени, особенно если котел « продували ». Обычной практикой было устанавливать цинковые пластины и/или щелочные химикаты для уменьшения коррозии внутри котла. Было проведено много испытаний для определения причины (и возможной защиты) от коррозии в котлах с использованием дистиллированной воды, различных химикатов и жертвенных металлов. [1] Нитрат серебра можно добавлять в образцы питательной воды для обнаружения загрязнения морской водой . Использование извести для контроля щелочности упоминалось еще в 1900 году и использовалось французскими и британскими военно-морскими силами примерно до 1935 года. [2] В современных котлах очистка питательной воды имеет решающее значение, поскольку проблемы возникают из-за использования неочищенной воды в условиях экстремального давления и температуры. Это включает в себя более низкую эффективность с точки зрения теплопередачи, перегрев, повреждения и дорогостоящую очистку.
Вода имеет более высокую теплоемкость , чем большинство других веществ. Это качество делает ее идеальным сырьем для работы котла. Котлы являются частью закрытой системы по сравнению с открытыми системами в газовой турбине . Закрытая система , которая используется, — это цикл Ренкина . Это означает, что вода циркулирует по всей системе и никогда не контактирует с атмосферой. Вода используется повторно и должна быть очищена для продолжения эффективной работы. Котловая вода должна быть очищена, чтобы быть эффективной для производства пара. Котловая вода обрабатывается для предотвращения образования накипи, коррозии , пенообразования и грунтовки. Химикаты вводятся в котловую воду через бак подачи химикатов, чтобы поддерживать воду в пределах химического диапазона. Эти химикаты в основном являются поглотителями кислорода и фосфатами . Котловая вода также часто продувается, чтобы снизить содержание хлоридов. Работа котла также включает донную продувку, чтобы избавиться от твердых частиц. Накипь — это осажденные примеси из воды, которые затем образуются на поверхностях теплопередачи. Это проблема, поскольку накипь не очень хорошо передает тепло и приводит к выходу труб из строя из-за перегрева. Коррозия вызывается кислородом в воде. Кислород вызывает окисление металла, что снижает температуру плавления металла. Вспенивание и грунтование применяются, когда в котловой воде недостаточно химикатов и в воде содержатся взвешенные твердые частицы, которые переносятся в сухую трубу. Сухая труба — это место, где пар и водяная смесь разделяются.
Обработка котловой воды используется для контроля щелочности, предотвращения образования накипи, коррекции pH и контроля проводимости. [3] Котловая вода должна быть щелочной, а не кислой, чтобы она не разрушала трубы. В питательной воде может быть слишком высокая проводимость, когда в ней слишком много растворенных твердых веществ. Эти правильные обработки могут контролироваться эффективным оператором и использованием химических средств для обработки. Главными целями обработки и кондиционирования котловой воды являются теплообмен без образования накипи, защита от образования накипи и производство высококачественного пара. Обработка котловой воды может быть разделена на две части. Это внутренняя обработка и внешняя обработка. (Зендельбах, стр. 131) [4] Внутренняя обработка предназначена для питательной воды котла, а внешняя обработка — для подпиточной питательной воды и конденсатной части системы. Внутренняя обработка защищает от жесткости питательной воды, предотвращая осаждение накипи на трубах котла. Эта обработка также защищает от концентрации растворенных и взвешенных твердых веществ в питательной воде без грунтовки или вспенивания. Эти химикаты для обработки также помогают с щелочностью питательной воды, делая ее более щелочной для защиты от коррозии котла. Правильная щелочность защищается путем добавления фосфатов. Эти фосфаты осаждают твердые частицы на дне барабана котла. Внизу барабана котла находится донная продувка для удаления этих твердых частиц. Эти химикаты также включают в себя противонакипные агенты, поглотители кислорода и противопенные агенты. Шлам также можно обрабатывать двумя способами. Это коагуляция и дисперсия. При высоком содержании шлама лучше коагулировать шлам, чтобы сформировать крупные частицы, чтобы просто использовать донную продувку для их удаления из питательной воды. При низком содержании шлама лучше использовать диспергаторы, поскольку они рассеивают шлам по всей питательной воде, поэтому шлам не образуется.
Кислород и углекислый газ удаляются из питательной воды путем деаэрации. Деаэрация может осуществляться с помощью деаэраторных нагревателей, вакуумных деаэраторов, механических насосов и пароструйных эжекторов. В деаэраторных нагревателях пар распыляет поступающую питательную воду и уносит растворенные газы. Деаэраторы также хранят горячую питательную воду, которая готова к использованию в котле. Этот способ механической деаэрации используется с химическими агентами, очищающими кислород, для повышения эффективности. (Зендельбах, стр. 129) [4] Деаэраторные нагреватели можно разделить на две группы: распылительного типа и лоткового типа. В нагревателях лоткового типа поступающая вода распыляется в паровую атмосферу для достижения температуры насыщения. Когда достигается температура насыщения, большая часть кислорода и неконденсирующихся газов высвобождается. Имеются уплотнения, которые предотвращают повторное загрязнение воды в распылительной секции. Затем вода попадает в резервуар для хранения ниже. Затем неконденсирующиеся вещества и кислород выбрасываются в атмосферу. Компонентами деаэрационного нагревателя лоткового типа являются оболочка, распылительные форсунки, конденсатор прямого контакта, стопки лотков и защитные межкамерные стенки. Деаэратор распылительного типа похож на деаэратор лоткового типа. Вода распыляется в паровую атмосферу, и большая часть кислорода и неконденсирующихся веществ выделяется в пар. Затем вода попадает в паровой скруббер, где небольшая потеря давления заставляет воду немного вспыхивать, что также способствует удалению кислорода и неконденсирующихся веществ. Затем вода переливается в резервуар для хранения. Затем газы выбрасываются в атмосферу. При вакуумной деаэрации в системе создается вакуум, и вода затем доводится до температуры насыщения. Вода распыляется в резервуар, как в распылительных и лотковых деаэраторах. Кислород и неконденсирующиеся вещества выбрасываются в атмосферу. (Зендельбах, стр. 130)
Питательная вода должна быть специально обработана, чтобы избежать проблем в котле и последующих системах. Неочищенная питательная вода котла может вызвать коррозию и загрязнение.
Коррозионные соединения, особенно O 2 и CO 2 , должны быть удалены, как правило, с помощью деаэратора . Остаточные количества могут быть удалены химическим путем, с помощью поглотителей кислорода . Кроме того, питательная вода обычно подщелачивается до pH 9,0 или выше, чтобы уменьшить окисление и поддержать образование устойчивого слоя магнетита на поверхности котла со стороны воды, защищая материал под ним от дальнейшей коррозии. Обычно это делается путем дозирования щелочных агентов в питательную воду, таких как гидроксид натрия ( едкий натр ) или аммиак . Коррозия в котлах вызвана присутствием растворенного кислорода, растворенного диоксида углерода или растворенных солей.
Отложения снижают теплопередачу в котле, снижают расход и в конечном итоге блокируют трубы котла. Любые нелетучие соли и минералы, которые останутся при испарении питательной воды , должны быть удалены, поскольку они будут концентрироваться в жидкой фазе и потребуют чрезмерной «продувки» (слива) для предотвращения образования твердых осадков. Еще хуже минералы, которые образуют накипь . Поэтому подпиточная вода, добавляемая для восполнения любых потерь питательной воды, должна быть деминерализованной / деионизированной водой , если только не используется продувочный клапан для удаления растворенных минералов.
Паровозы обычно не имеют конденсаторов, поэтому питательная вода не перерабатывается, а потребление воды высокое. Использование деионизированной воды было бы непомерно дорогим, поэтому используются другие типы очистки воды. Химикаты, используемые обычно, включают карбонат натрия , бисульфит натрия , танин , фосфат и антивспениватель . [6]
Системы обработки включают: