Предотвращение образования кальциевой и магниевой накипи

Водно-химический режим котлов с многократной циркуляцией

Предотвращение коррозии

При загрязнении источника питания котла нитритами для предотвращения нитритной коррозии в котлы среднего давления вводят суль­фит натрия, а в котлы высокого давления – гидразин. Эти реагенты обладают способностью замед­лять протекание нитритной коррозии благодаря их спо­собности взаимодействовать с нитритами с последующим снижением их концентрации в котловой воде.

Для предотвращения межкристаллитной коррозии котельного металла необходимо стремиться к устранению влияния на металл всех факторов, вызы­вающих межкристаллитные трещины (агрес­сивности котловой воды, дополнительных механических и термических напряжений, неплотностей в заклепочных швах и вальцовочных соединениях элементов котла).

При повышенном содержании в котловой воде щело­чи пассивирующее действие на котельный металл ока­зывают ингибиторы: селитра NaNО₃ и сульфит-целлю­лозные щелока. На стойкость котельной стали благоприятно дейст­вует добавление в котловую воду не только селитры, но и смеси ее с тринатрийфосфатом.

Предотвращение образования кальциевой и магниевой накипи

Для предотвращения образования кальциевой накипи вместе с глубоким умягчением добавочной пита­тельной воды и уплотнением конденсаторов паровых турбин применяется коррекционный фосфатный режим котловой воды. С его помощью возможно предотвращать образование кальциевой накипи на поверхности.

При этом дозирование раствора фосфорнокислых солей натрия в питательную или котловую воду созда­ются условия, при которых твердая фаза образуется не на поверхности нагрева, а в толще котловой воды в форме кальциевого шлама, удаляемого из котла с продувкой.

Образующийся, при взаимодействии фосфатов с кальциевыми соединениями, рыхлый подвижный шлам представляет собой труд­норастворимую комплексную соль кальция — гидроксилапатит Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂, который образуется при избытке ионов РО₄ в котловой воде. При избытке РО₄ в воде концентрация ионов кальция снижается так сильно, что соединения кальция CaSiО₃ и CaSО₄, не достигают насыщения в котловой воде. В ре­зультате весь кальций, поступающий с питательной во­дой в котел, осаждается в виде гидроксилапатита.

Основным фактором для оценки правильности проводимого режима фосфатирования котловой воды является отсутствие накипи и прикипевшего шлама на поверхностях нагрева котла.

С ростом температуры резко уменьшается раствори­мость тринатрийфосфата, поэтому в котлах высокого давления концентрацию фосфатов РО₄ в котловой воде можно допускать не больше 100 мг/кг. Пре­вышение указанной концентрации, при нарушении нормального режима котла, вызывает временное отложение Na₃ РО₄ на стенках парообразующих труб. Состав и форма твердой фазы при обработке воды фосфатами зависят от рН среды.

При достаточном количестве ионов РО₄, ОН^– и Са²⁺, поступающих в котел с питательной во­дой, образуется гидроксилапатит:

10CaSiO₃+6Na₃PO₄+2NaOH↔ Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂+10Na₂SiO₃

При значительном избытке ионов РО₄ в котловой воде может образоваться фосфат магния Mg₃(PО₄)₂, который обладает способностью прикипать к поверх­ности нагрева, образуя малотеплопроводную вторич­ную накипь, трудно удаляемую механическими спосо­бами.

При питании котлов смесью конденсата и химически обессоленной воды либо дистиллята в каче­стве реагентов для коррекционной фосфатной обработки воды обычно применяется тринатрийфосфат Na₃PО₄. Если же питательная вода обладает повышенной щелоч­ностью при значительной добавке химически очищенной воды, то в целях нейтрализации избыточной щелочности применяется кислый динатрийфосфат Na₂HPО₄ и монофосфат натрия NaH₂PО₄, а также полиметафосфаты натрия – гексаметафосфат (NaPО₃)₆, пирофосфат Na₄PО₇ и триполифосфат Na₅P₃O₁₀, которые в котлах высокого давления гидролизуются с образованием кис­лых фосфатов:

(NaPО₃)₆+6Н₂О→ 6NaH₂PО₄

Na₅P₃O₁₀+2 Н₂О→ 2Na₂HPО₄+ NaH₂PО₄

Раствор фосфата может подаваться в котлы по двум схемам: индиви­дуальной и центральной.

Индивидуальное фосфатирование предусматривает равномерный и непрерывный ввод раствора фосфатов непосредственно в барабаны котлов с помощью насосов-дозаторов.

Централизованное фосфатирование производится одновременно во све котлы блока. При этом повышается значение рН и снижается коррозию тракта питательной воды. При централизованном дозировании фосфатов жест­кость питательной воды не должна длительно превы­шать 5 мкг-экв/кг предотвращения образования плот­ной фосфоритной накипи и шлама на стенках труб водяных экономайзеров, подогревателей высокого давления и в питательных магистралях.

В котлах с многократной цирку­ляцией при отсутствии трещин в металле барабанов или интенсивного развития подшламовой коррозии обычно поддерживается щелочно-фосфатный режим котловой воды.

В случае появления трещин в барабанах или разви­тия подшламовой коррозии необходимо поддерживать режим чисто фосфатной щелочности котловой воды, пре­дусматривающий полное отсутствие в котловой воде свободного едкого натра; щелочность котловой воды при этом режиме может быть обусловлена только фосфата­ми натрия.

Режим чисто фосфатной щелочности применим в условиях питания котлов конденсатом с добавкой дистиллята испарителей или химически обессоленной воды. Щелоч­ность котловой воды создается вследствие гидролиза натриевых солей фосфорной кис­лоты, совершающегося по реакциям:

NaPО₄+Н₂О↔ NaOH+NaHPО₄

NaH₂PО₄+Н₂О↔ NaOH+Na2H₂PО4

При осуществлении режима чисто фосфатной ще­лочности в результате реакции Na₃PО₄ с солями карбо­натной жесткости, попадающими в турбинный конденсат из-за присосов охлаждающей воды, в котловой воде мо­жет образоваться свободный едкий натр:

10Ca(HCO₃)₂→ 10CaСO₃+10СO₂+10Н₂O

10CaСO₃+6Na₃PO₄+2NaOH→ Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂+10Na₂СO₃

10NaСO₃+10H₂O→ 20NaOH+10СO₂

Предотвращение образования бескальциевых силикатных,

железных и медных накипей

Коррекционный фосфатный режим котловой воды не способен предотвращать образование сложных бескаль­циевых силикатных накипей в котлах высокого давления. Для предотвращения образования силикатных накипей необходимо снизить концентрацию соединений железа, алюминия и кремния в питательной и котловой водах. Также следует добиваться ликвидации в парообразующих тру­бах плохо охлаждаемых или “сухих” участков, путем конструктивных изменений котлов и упорядо­чения тепловых и гидродинамических условий их работы.

Предотвращения процесса образования железистых накипей достигается путем обработки гидразином питательной или котловой воды. Гидразин восстанавливает окислы железа до окислов низшей валентности и частично до металлического по следующим реакциям:

6Fe₂О₃ +N₂H₄→ 4Fe₃О₄+N₂ +2Н₂О;

2 Fe₃О₄+N₂H₄→ 6FeO +N₂+2Н₂О;

2FeO +N₂H₄→ 2Fe +N₂+2Н₂О

В качестве замедлителей процесса образования железоокисных накипей могут примене­ны вещества, образующие прочные растворимые ком­плексные соединения с железом. При этом в воде буду отсутствовать как ионы железа, так и коллоидные части­цы железа, способные прикипать к поверхности нагрева.

Наиболее полный эффект достигается при переходе с тринатрийфосфата на гексаметафосфат натрия; скорость образования железоокисных отложений при этом уменьшается в 4–5 раз. Реагируя с солями щелочноземельных металлов, гексаме­тафосфат натрия образует комплексы, в которых щелоч­ноземельный металл находится в анионе. Эти комплексы обладают способно­стью “захвата” соединений железа, присутствующих в котловой воде.

Предотвращения процесса образова­ния медных накипей достигается устранением местных чрезмерно вы­соких тепловых нагрузок или вводом в котловую воду термически стойких веществ, образующих с медью доста­точно прочные комплексные соединения.

Применение гексаметафосфата натрия и гидразина, а также упорядочение гидродинамики котла позволяют практически полностью предотвра­тить образование на поверхности нагрева отложений, со­стоящих из сложных силикатов, окислов железа и меди.