И водогрейные, и паровые котлы подвержены опасностям, связанным с наличием в воде примесей, влияющих на теплопроводность, коррозионную устойчивость и механическую прочность трубопроводов и оборудования.
Примеси, содержащиеся в воде и влияющие на работу котельного оборудования, можно условно разделить на три группы:
- механические, находящиеся в воде в нерастворимом состоянии;
- расворенные, способные при определенных условиях образовывать осадок, оседающий на стенках;
- примеси, вызывающие коррозию.
Вода, не прошедшая предварительную очистку от механических примесей, таких как песок, частицы глины, ржавчины, может являться причиной поломок насосного оборудования, запорных вентилей и регулировочных устройств. Эта проблема актуальна как для водопроводной, так и для артезианской воды. Только качественная механическая фильтрация как первый этап водоподготовки для котельных может решить эту проблему.
Растворенные в воде осадкообразующие примеси приводят к образованию толстых слоев накипи на трубах в водотрубных и жаротрубных паровых и водогрейных котлах. Затрудненный теплоперенос приводит к перегреву и, в конечном счете, к вспучиванию и разрушению стенок труб и полному выходу из строя котельного оборудования. К растворимым осадкообразующим примесям можно отнести карбонат и различные гидратные формы сульфата кальция. Растворимый в воде гидрокарбонат кальция при нагревании разлагается и на стенках образуется осадок мела CaCO3. Предельная растворимость в воде различных форм сульфата кальция имеет максимальное значение около 100оС и при более высоких температурах резко уменьшается, то есть из перегретой воды сульфат кальция выпадает в осадок, формируя на стенках прочный трудно удаляемый слой накипи. Коррозия металлических поверхностей является следствием формирования сплошного слоя отложений, состоящих из накипи и продуктов окисления металлических поверхнсотей труб.
Применительно к отрасли теплоэнергетики можно говорить о двух основных видах коррозии, химической и электрохимической. Очагами электрохимической коррозии являются микрогальванические пары, образующиеся нас металлическаих поаверхностях. Растворенные в воде О2 и СО2 способствуют и активно участвуют в процессе электрохимической коррозии. Связано это с тем, что растворимость газов в воде, и, в частности, кислорода и углекислого газа, уменьшается с увеличением температуры. Избыточные количества газов, растворенных в воде при более низкой температуре, при нагревании формируются в виде пузырьков на металлических поверхностях.
В связи с этим основными задачами водоподготовки для котельных являются предотвращение или сведение к минимуму процессов накипеобразования и коррозии нам всех элементах оборудования котельной.
Последовательность стадий водоподготовки зависит от того, какой котел установлен в котельной, водогрейный или паровой. Тип, мощность и температурный режим котла определяют требования к качеству воды. Требования к качеству воды в паровых котлах существенно выше, чем в водогрейных, что вполне объяснимо. В паровых котлах вода превращается в пар, который используется для различных технологических нужд. Тем самым любые примеси, растворенные в воде и являющиеся нелетучими, оседают на рабочих поверхностях котлов, поскольку не могут быть унесены с потоком пара. В водогрейных котлах вода остается преимущественно в жидком состоянии и большая часть примесей отается в растворенном состоянии в процессе эксплуатации котла, если не превышены пределы растворимости.
Стадии водоподготовки для котельных следующие:
- предварительная механическая очистка от грубых примесей (одно- или многостадийная в зависимости от количества и фракционного состава частиц примесей);
- обезжелезивание;
- умягчение (удаление солей жесткости);
- дегазация (очистка реагентами от углекислого газа и кислорода);
- дополнительная реагентная очистка для удаления остаточных количеств растворенных агрессивных газов и солей жесткости.
В современных тепловых сетях применяют два типа подачи (циркуляции) теплоносителя, одноконтурную и двухконтурную.
В одноконтурной схеме и в котле, и в тепловой сети теплоносителем является одна и та же горячая сетевая вода, циркулирующая по трубам, радиаторам отопления и т.д.. Понятно, что в одноконтурной схеме вода не защищена от загрязнений, причиной которых могут быть аварийные ситуации или загрязнения в водных коммуникациях.
В двухконтурной схеме воду, прошедшую водоподготовку, циркуляционные насосы гоняют по контуру котел - пластинчатый теплообменник и загрязнения от теплоносителя сетевого контура удается избежать. Теплоноситель в сетевом контуре постепенно смывает со стенок труб, радиаторов отопления большое количество частиц и отложений различной природы, которые удаляют установкой фильтров перед циркуляционными насосами сетевого контура.