7.2. Предотвращение образования минеральных отложений

Подкисление циркуляционной воды проводится с целью частичного снижения Ж_к до значения, равного или несколько ниже Ж_к.пред с использованием H₂SO₄ в качестве наиболее дешевого и доступного реагента. Введенная в воду кислота разлагает гидрокарбонат кальция по реакции:

В дополнение к разрушению потенциального накипеобразователя Ca(HCO₃)₂ при подкислении выделяется CO₂, который стабилизирует оставшуюся часть гидрокарбоната кальция (Ж_к.ост). Последний служит буфером, предохраняющим систему от перекисления воды и соответственно от интенсификации коррозии. Ж_к.ост находится из соотношения:

,

(7.9)

Расход технической серной кислоты s_к (г/ч) на обработку охлаждающей воды подсчитывается по найденному значению Ж_к.ост из соотношения:

,

(7.10)

где Q_цирк - расход охлаждающей воды в системе, м³/ч; P_доб - процент добавка в систему; K - содержание H₂SO₄ в техническом продукте, доли единицы.

Рекомендуется выбирать такой режим подкисления, при котором значение Ж_к.ост не опускалось бы ниже 1.0 мг-экв/дм³. При вводе концентрированной кислоты (рис. 7.3) необходимо обеспечить хорошее перемешивание кислоты с водой.

Рис. 7.3. Схема подкисления циркуляционной воды:
1 – градирня; 2 – канал; 3 – ж/д цистерна; 4 – сифонный слив; 5 – приемный резервуар для кислоты; 6 – расходный бак; 7 – дозирующий кран; 8 – приемный клапан; 9 – циркуляционный насос; 10 – конденсатор; 11 – сжатый воздух; 12 – вакуум; 13 – кислотоупорное покрытие канала и приемного колодца; 14 – отбор проб; 15 – циркуляционная вода для ускорения разбавления и смешивания воды с кислотой

Процесс подкисления нежелателен при большой щелочности добавочной воды, так как при этом значительно повышается концентрация сульфатов в охлаждающей воде и возрастает опасность образования отложений CaSO₄ в трубках конденсаторов и усиления сульфатной коррозии материалов СОО.

Фосфатирование охлаждающей воды в СОО производится с целью торможения процесса образования твердой фазы CaCO₃, фосфаты тормозят их дальнейший рост, увеличивают допустимую степень пересыщения раствора и тем самым стабилизируют воду. При использовании гексаметафосфата натрия (NaPO₃)₆ с избыточной концентрацией 1 - 2 мг/дм³ в пересчете на PO₄^3- стабильный безнакипный режим оборотной системы сохраняется до значений Ж_к.пред = 5 - 5.5 мг-экв/дм³, а при использовании оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФК - C₂H₈O₇P₂) при тех же концентрациях - до 7.5 мг-экв/дм³. С течением времени стабилизирующие свойства фосфатов теряются за счет их гидролиза, поэтому требуется их непрерывное дозирование (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Схема фосфатирования циркуляционной воды:
1 – умягченная вода для разбавления; 2 – пар; 3 – бак для растворения гексаметафосфата; 4 – промежуточная емкость; 5 – приемный колодец; 6 – циркуляционный насос

При высокой карбонатной жесткости добавочной воды (Ж_к.доб > 4 мг-экв/дм³) целесообразно обрабатывать охлаждающую воду комбинированным способом - совместно подкислением и фосфатированием. Кислота предназначается для снижения карбонатной жесткости до значения, стабилизируемого фосфатами, что позволяет сократить расход кислоты и обеспечить безнакипный режим системы охлаждения.

Предотвращения процесса гидролиза гидрокарбонатов с образованием иона CO₃^2- можно добиться методом восполнения десорбированного в градирне CO₂ до равновесного значения его в охлаждающей воде. Так как стабилизация воды в этом случае происходит в результате насыщения ее углекислым газом, процесс называется рекарбонизацией воды. В качестве источника CO₂ на ТЭС используют продукты сгорания топлива. Отметим, что при рекарбонизации не происходит заметного увеличения солесодержания воды, что упрощает сброс продувочной воды СОО в естественные водоемы.

Продукты сгорания топлива содержат CO₂, SO₂, азот и кислород. Сернистый газ хорошо растворяется в воде и реагирует с гидрокарбонатами с образованием CO₂:

Как видно, в этой технологии количество сульфатов в воде возрастает при эквивалентном снижении карбонатной жесткости (подобно процессу подкисления) и увеличении ее некарбонатной части.

Основной технологической операцией при введении CO₂ в циркуляционную воду является организация его растворения, составляющая 40 - 60% в известных технических устройствах. При обороте воды в градирне происходит непрерывный "отдув" CO₂, поэтому требуется непрерывный ввод дымовых газов в циркуляционную воду. Продукты сгорания отбираются за дымососом и очищаются от золы в сухих мультициклонах. Наиболее рациональной среди различных систем насыщения воды газом является схема с использованием эжектора (рис. 7.5), который обеспечивает хорошее перемешивание дымовых газов с обрабатываемой водой. После эжектора водогазовая смесь поступает через барботажное устройство в приемный колодец циркуляционных насосов.

Рис. 7.5. Схема рекарбонизации охлаждающей воды дымовыми газами:
1 – дымосос; 2 – золоуловитель; 3 – водоструйный эжектор; 4 – конденсатор; 5 – циркуляционный насос; 6 – насос подачи воды к эжектору; 7 – градирня; 8 – барботажное устройство

Необходимый расход дымовых газов, нм³/ч. может быть определен по формуле:

,

(7.13)

где DC_CO2 - необходимое увеличение концентрации CO₂ в охлаждающей воде, мг/дм³; b - степень использования углекислоты, %; C_CO2 - концентрация углекислоты в дымовых газах, %.

Содержание в дымовых газах SO₂ уменьшает расход потребного CO₂, т.к. 31 г SO₂ снижает карбонатную жесткость в 1 м³ воды на 1 г-экв.

Магнитная обработка воды производится в аппаратах, в которых поток охлаждающей воды пересекает силовые линии магнитного поля, напряженностью до 10⁵ А/м, создаваемое электромагнитной катушкой или постоянными магнитами. Несмотря на то, что теоретические основы воздействия магнитного поля на воду и ее примеси до сих пор не разработаны, экспериментально установлено, что при наложении магнитного поля на нестабильную по карбонату кальция воду, содержащую ферромагнитные примеси (Fe₃O₄, g · Fe₂O₃), происходит снижение интенсивности образования отложений на теплопередающих поверхностях. Механизм магнитной обработки объясняется агрегатированием ферромагнитных оксидов железа до размеров больше критических для данного пересыщения раствора и образованиюна этих затравочных кристаллах отложения кристаллизующейся соли. Накопленный промышленный опыт эксплуатации магнитных аппаратов для стабилизационной обработки охлаждающей воды на ряде ТЭС характеризуется различной эффективностью, что не позволяет рекомендовать эту технологию для широкого использования без предварительного получения результатов на пилотной установке.

Удаление отложений из конденсаторных трубок производится во время ремонта оборудования с помощью химических очисток или с применением шомполированных труб с шарошками или со шлангами, по которым вода под давлением до 75 МПа подводится к специальным насадкам, имеющим отверстия для выхода воды в таких направлениях, чтобы обеспечивалось как снятие отложений, так и движение насадок по конденсаторной трубке.