6. Расчет водоподготовки

Природная вода всегда содержит в себе различные примеси. Из них наибольший вред котлу приносят соли жесткости. Жесткость воды характеризует общее содержание в ней солей кальция и магния. Различают жесткость временную, постоянную и общую. Временная (карбонатная) жесткость обусловлена наличием в воде углекислых солей кальция и магния. При кипении воды эти соли разлагаются и выпадают в виде шлама, удаляемого из котла при его продувке или промывке. Постоянную (некарбонатную) жесткость составляют сернокислые соли кальция и магния, которые при нагревании воды образуют на стенках труб котла плотный осадок — накипь. Общая жесткость равна сумме временной и постоянной жесткостей.

За единицу измерения жесткости воды принят миллиграмм-эквивалент на 1 кг (мг · экв/кг), что соответствует 28 мг окиси кальция или 21 мг окиси магния.

В зависимости от величины общей жесткости воду условно считают: мягкой (с жесткостью до 4 мг • экв/кг), средней жесткости (4...7 мг • экв/кг) и жесткой (более 7 мг • экв/кг).

Так, в р. Неве общая жесткость воды 0,79 мг • экв/кг, в нижнем течении Волги - 6,49, в Днепре - 5,14, а в р. Урал - 8,2 мг • экв/кг.

В производственно-отопительных котельных получила распространение докотловая обработка воды в натрий-катионитовых фильтрах с целью ее умягчения. Объем катионита (м³), требующийся для фильтров,

V_кат = τ Н_о / Е, (29)

где — расчетный расход исходной воды, м³/ч; τ — период между регенерациями катионита (принимают равным 8...24 ч); Н_{о ­}— общая жесткость исходной воды, мг • экв/кг; Е — обменная способность катионита, г • экв/м³ (для сульфоугля Е = 280...300 г • экв/м³).

Расчетный расход исходной воды

= +4,5 Н_о / Е, (30)

где 4,5 — расход воды на регенерацию 1 м³ катионита, м³; — расход исходной воды, м³/ч. Для водогрейной котельной он равен количеству воды, подаваемой подпиточным насосом: = ; для паровой котельной = ; — расход питательной воды, определяемый по формуле (23); р — коэффициент возврата конденсата [из формулы (14)].

Расчетная площадь поперечного сечения одного фильтра

A_p = V_кат/(hn), (31)

где h — высота загрузки катионита в фильтре, равная 2...3 м; n — число рабочих фильтров (1…3)

По таблице 2 подбирают фильтры с площадью поперечного сечения А, близкой к расчетной А_р (с запасом в сторону увеличения). Дополнительно к выбранному количеству фильтров устанавливают один резервный.

2. Расчетные показатели катионитовых фильтров и солерастворителей

Катионитовые фильтры ионитовые филь тры			Солерастворители ите пии
	высота слоя	площадь		высота слоя	полезный
диаметр, мм	катионита, м	поперечного сечения, м2	диаметр, мм	кварца,м	объем для соли, м^
450	2,0	0,17	–	–	–
700	2,0	0,39	–	–	–
1000	2,0	0,76	450	0,5	0,2
1500	2,0	1,72	600	0,5	0,4
2000	2,5	3,10	1000	0,5	0,9

Далее определяют фактический межрегенерационный период τ (ч) и число регенераций каждого фильтра в сутки n_р:

; (32)

; (33)

где А — площадь поперечного сечения выбранного фильтра, м²; 1,5 — продолжительность процесса регенерации, ч.

Число регенераций в сутки по всем фильтрам

n_c = n n_p. (34)

Для регенерации натрий-катионитовых фильтров используют раствор поваренной соли NaCl (6...8 %). Расход соли (кг) на одну регенерацию фильтра

m = EhAa·10^-3, (35)

где а — удельный расход поваренной соли, равный 200 г/(г • экв).

Суточный расход соли по всем фильтрам

М_с = mn_c. (36)

В крупных котельных поваренную соль хранят в железобетонных резервуарах в виде крепкого раствора (26 %), который насосом подается в фильтр раствора соли, а затем в бак для разбавления водой до требуемой концентрации.

В котельных малой мощности, если месячный расход соли менее 3 т, ее хранят в сухом виде, а для получения необходимого раствора используют солерастворители.

Стандартные солерастворители подбирают следующим образом. Определяют объем соли (м³) на одну регенерацию

V_c = m·10^-3. (37)

Тогда при высоте загрузки соли h ≈ 0,6 м диаметр солерастворителя (м)

(38)

По данным таблицы 2 выбирают солерастворитель, диаметр которого близок к расчетному.

Деаэрация (дегазация) питательной и подпиточной воды позволяет снизить содержание в ней агрессивных газов – кислорода и углекислоты. В паровых котельных применяют деаэраторы атмосферного типа. В них греющий пар под давлением, близким к атмосферному (0,11... 0,12 МПа), нагревает обрабатываемую воду до кипения (102...104 °С). Выделяемые из воды газы вместе с остатками несконденсировавшегося пара (выпар) выходят из деаэрационной колонки, а деаэрированная вода собирается в баке установки. В водогрейных котельных используют деаэраторы, работающие под вакуумом (0,02...0,03 МПа), соответствующим температуре кипения воды 60...70 ºС. Подбирают деаэраторы по их производительности.