Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Химическая очистка котла

Для очистки внутренних поверхностей котла от маслянистых и прочих загрязнений, образовавшихся при изготовлении, транспортировании, хранении и монтаже, а также для создания защитной пленки на поверхности металла, препятствующей коррозии, применяют химический способ (щелочение) [12].

Для сокращения предпускового периода и экономии топлива щелочение рекомендуется совмещать с последней стадией процесса сушки котла.

Принцип щелочения заключается в ослаблении между частицами сил сцепления, неполном растворении их под действием химических реагентов и смыве циркулирующим потоком химически очищенной котловой воды. Для эффективности щелочения наиболее загрязненные участки внутренних поверхностей котла подвергают предварительной механической очистке с помощью металлических ершей, щеток, шарошек и т. д.

Режим щелочения и количество вводимых реагентов определяют в зависимости от группы, к которой отнесен котел по степени и характеру загрязненности [12, 13].

К первой группе относят новые котлы, которые после их изготовления и отгрузки с завода до начала монтажа находились в хороших условиях хранения и не имеют на внутренних поверхностях видимого слоя ржавчины или же имеют только отдельные ее вкрапления.

Ко второй группе относят котлы новые, но хранившиеся длительное время до начала монтажа на открытых складах без необходимого предохранения от коррозии внутренних поверхностей и имеющие на этих поверхностях слой ржавчины.

К третьей группе относят котлы, бывшие в работе, демонтированные и вновь смонтированные, покрытые помимо ржавчины накипью и маслянистыми отложениями. Котлы этой группы, кроме щелочения, должны подвергаться фосфатной выварке (для удаления накипи).

Перед вводом реагентов котел заполняют водой до низшего уровня водомерного стекла, который поддерживается в течение всего процесса щелочения. Не допускается перепитка котла и попадание щелочного раствора в пароперегреватель. После ввода в котел реагентов начинают огневой обогрев и постепенно поднимают давление в котле.

Режим щелочения выбирают в зависимости от характера и степени загрязненности котла. Едкий натр для всех трех групп вводят сразу в расчетном количестве. Тринатрийфосфат для котлов первой группы вводят также сразу в расчетном количестве, для котлов второй и третьей группы - в половинном количестве, а вторую половину тринатрийфосфата вводят в процессе щелочения. Этот процесс щелочения (после второго ввода фосфатов), служащий для удаления накипи, принято называть фосфатной вываркой.

В котлах второй и третьей группы съемные части внутрибарабанных устройств (сепарационные устройства, насадки, перегородки и т. д.) до щелочения и промывки не устанавливают. В котлах первой группы отдельные трубы после щелочения не промывают, поэтому внутри-барабанные устройства устанавливают до щелочения.

Растворы едкого натра и тринатрийфосфата 20%-й концентрации растворяют горячей водой в специальных бачках. Необходимое количество реагентов в котловой воде для щелочения котлов различных групп приведено в табл. 1 [12].

Таблица 2.1

Количество реагентов в котловой воде

Реагент	Количество реагента, кг/м3, для котлов группы
	первой	второй	третьей
Едкий натр	2,5	4,5-7	6-8
Тринатрийфосфат	2,5	4-5	5-6

Первоначальные продувки производят через 12-20 ч после начала щелочения, а наиболее интенсивные - к концу щелочения для удаления максимального количества грязи. В процессе щелочения и фосфатной выварки проводят химический контроль качества котловой воды. Окончание процесса фосфатной выварки определяют по стабилизации содержания в котловой воде фосфатов. Обычно процесс щелочения котла продолжается от 48 до 86 ч.

После доведения качества котловой воды до эксплуатационных норм с помощью многократных продувок и подпиток питательной водой котлы первой группы могут быть подвергнуты испытанию на паровую плотность. У котлов второй и третьей группы после окончания щелочения вскрывают барабаны и камеры для осмотра и очистки их от отложений, не удаленных продувками. Воду из котла после щелочения сливают при атмосферном давлении и температуре воды не выше 50-60 °С.Трубы котлов второй и третьей группы промывают горячей водой из барабана через шланг. Очищенный и промытый котел заполняют питательной водой для испытания на паровую плотность. Состояние внутренних поверхностей нагрева котла после щелочения и промывки фиксируют актом.



2. Накипеобразование на поверхностях нагрева котельных агрегатов

2.1 Образование накипи и ее влияние на работу котлов

Накипь образуется в котле из-за накапливания солей при испарении воды, в результате чего из котловой воды выпадают в осадок те соли, для которых будет достигнут предел их растворимости в воде. Эти соли вступают в химические реакции, образуют труднорастворимые соединения, дающие плотный осадок.

В зависимости от состава солей, находящихся в воде, различают накипи [7, 8]:

1) силикатную с повышенным содержанием кремния, весьма плотную, трудно удаляемую при очистке котла;

2) сульфатную с содержанием сернокислого кальция более 50 %, рыхлую, сравнительно легко удаляемую;

3) карбонатную с преимущественным содержанием углекислого кальция и магния, удаляемую;

4) смешанную, в которой нет ярко выраженного преобладания тех или иных солей.

Накипь и шлам в котле плохо проводят тепло (в 20-30 раз хуже железа). Особенно вредно присутствие в котловой воде масла, поскольку теплопроводность его в 20 раз ниже теплопроводности накипи и в 200-600 раз меньше теплопроводности железа. Использование воды с содержанием масла не допускается.

При толщине накипи в котле, равной 1 мм, перерасход топлива в нем и снижение кпд достигает 2-3 %, при 2 мм - 4-5 %, при 3 мм - 6-7 %, при 4 мм - 7,5-8 %, при 5 мм - 8,5-9 % [13].

Наличие в накипи меди опасно для работы котлов, так как на их поверхностях нагрева появляется электропара Cu/Fe, способствующая ускорению коррозионного процесса.

Замедлить процесс образования накипи или полностью его предотвратить можно организацией докотловой и внутрикотловой обработки воды. Но там, где водоподготовка проводится неудовлетворительно или совсем не проводится, накипь образуется, и ее надо периодически удалять.

2.2 Образование шлаковых и золовых отложений

В процессе сгорания топлива выделяется зола, часть которой расплавляется и в виде шлаков остается в топке, откуда удаляется в шлаковые бункеры и затем направляется на золоотвал. Другая часть ее в виде мелких частиц проваливается через колосниковую решетку в эоловые бункеры или уносится дымовыми газами в газоходы котлоагрегата. При слоевом сжигании топлива в топках остается в виде провала и шлака до 80 % всей золы, при пылевидном - 5-10 %, остальная часть золы уносится в газоходы [7, 8].

Попавшая в газоходы зола (унос) в неполной мере осаждается на поверхностях нагрева котла и внутренних стенках топки, частично улавливается золоуловителем, а остальная - уносится вместе с дымовыми газами через дымовую трубу в атмосферу.

Вместе с золой на поверхностях нагрева котлоагрегатов отлагается и сажа, образующаяся при неполном сгорании топлива.

В зависимости от топлива, полноты его сгорания, температуры дымовых газов в зоне котла наружные отложения на его поверхностях нагрева бывают сыпучими, слипшимися и плотными (шлаковые, спекшиеся, сцементированные). Плотные отложения покрывают трубы сплошным слоем. Иногда этот слой достигает такой толщины, что даже закрывает промежутки между трубами.

Наиболее твердые и плотные отложения в котлах получаются в результате шлакования труб, когда расплавленные частицы уноса налипают на трубы и, охлаждаясь, затвердевают на них. Шлакованию подвержены больше всего трубы экранов, первых рядов кипятильного пучка, первых витков пароперегревателя.

Шлак, образовавшийся на поверхностях нагрева, затрудняет передачу тепла к воде; в результате повышается температура уходящих газов, увеличиваются потери тепла и снижается теплопроизводительность котлоагрегата.

Чем толще слой шлака, тем больше повышается его температура. При определенной толщине она достигает температуры плавления золы. При этом расплавленный шлак стекает с труб и, затвердевая на более холодных поверхностях, скапливается на них в виде наростов и больших глыб.

Шлакование кипятильного пучка происходит в тех случаях, когда температура газов, выходящих из топки, выше температуры плавления золы. Температура плавления золы зависит от ее состава: для легкоплавкой золы она равна 800-1000 °С, тугоплавкой - 1300 °С и выше.

Регулярная очистка наружных поверхностей нагрева позволяет уменьшить потери тепла и удельный расход топлива, а также повысить кпд котлоагрегатов.



3. Методы и средства очистки котлоагрегатов от накипи, шлака и золы

очистка котел котлоагрегат накипь

3.1 Очистка поверхностей нагрева котлоагрегатов от накипи

Удаление образовавшейся в котлах накипи производится механической и химической очисткой. Для снятия трудноудаляемых накипей иногда применяют комбинированную очистку - химическую с механической доочисткой [13].

Механическая очистка заключается в удалении накипи и рыхлых отложений накипеочистительными головками различной конструкции, приводимыми во вращение пневмо- или электроприводами. Этот метод очистки имеет высокую трудоемкость, требует длительной остановки котлоагрегата и не обеспечивает очистку больших и сложных по конфигурации котлов.

В настоящее время широкое распространение получила химическая очистка котлов от накипи растворами минеральных и органических кислот, перечень и характеристика которых приведены в прил. 1.

Сущность метода химической очистки заключается в том, что кислоты, вступая во взаимодействие с накипью в процессе промывки котлоагрегата, растворяют ее, переводя нерастворимые в воде соли в растворимые.

Наиболее распространенным способом химической очистки котлов является очистка раствором соляной кислоты, значительно реже используются растворы фосфорной и хромовой кислот. Применение серной кислоты возможно лишь при содержании в отложениях не более 3 % соединений кальция в виде СаСО₃, так как углекислый кальций с серной кислотой образует малорастворимый и трудноудаляемый осадок (гипс). Серную кислоту используют наравне с соляной в том случае, когда в отложениях содержится более 75 % соединений железа, а также для регенерации соляной кислоты [7, 8].

При наличии в отложениях значительного количества силикатов (более 20 % SiO₂) очистка котлов соляной кислотой затруднительна, поэтому рекомендуется в кислотный раствор добавлять фтористый аммоний (NH₄F) или фтористый натрий (NaF). В ряде случаев целесообразна комбинированная очистка: щелочью, кислотой, затем опять щелочью.

Фосфорная кислота имеет преимущество перед соляной и серной кислотами: образует на поверхности металла после очистки защитную пленку, предотвращающую его ржавление, менее агрессивна к металлу даже при повышенных температурах.

Органические кислоты применяют для очистки котлов, в которых основными составляющими отложений являются окислы железа, а также в тех случаях, когда невозможно применить минеральные кислоты (например, если в конструкции котла использованы аустенитные стали).

Применяемые органические кислоты, за исключением одноосновных (муравьиная, уксусная, масляная, пропионовая), представляют собой порошкообразные вещества, удобные в транспортировании и хранении.

Недостаток - высокая стоимость и низкая растворимость (за исключением щавелевой и лимонной кислот), что затрудняет приготовление промывочного раствора необходимой концентрации. Например, этилен- циаминтетрауксусная кислота (ЭДТК) при 80 °С растворяется всего в количестве 5 г на литр [12, 13].

Важный фактор, способствующий удалению накипи при кислотной очистке, - огневой подогрев очищаемых поверхностей и промывочного раствора, который вызывает интенсивное движение раствора и ускоряет химическую реакцию; оптимальная температура промывочного раствора кислоты при этом находится в пределах (60 5) °С. Недостатком химической очистки является ржавление свежеочищенной поверхности котельного металла, которое устраняется нейтрализацией щелочью и быстрым вводом котла в эксплуатацию. Процессы вторичного ржавления могут быть значительно замедлены путем создания защитной пленки на очищенной поверхности пассивирующими реагентами-ингибиторами.

При кислотной очистке выявляются скрытые дефекты котла: прокорродировавшие трубы, шлаковые включения в сварных швах, трещины, неплотности в заклепочных соединениях, некачественная развальцовка концов труб и др. Это помогает установить его действительное техническое состояние, обнаружить скрытые дефекты и устранить их, но объем работ по устранению дефектов значительно возрастает. Поэтому перед началом химической очистки котла проводится тщательный осмотр его состояния.

Технически грамотная кислотная очистка практически безопасна для котлов.

Химической очистке подвергается только та часть котлоагрегата, поверхность которой покрыта отложениями, все остальные его элементы должны быть отглушены. Например, если отложения накипи имеются только на экранах и кипятильных трубах, то очистке подвергают один котел, а водяной экономайзер и пароперегреватель отглушают, предварительно заполнив их водой.

Ввод промывочного раствора в котел осуществляют снизу, а отвод его сверху. Подключение напорного трубопровода к промываемому котлу производят к имеющимся на нем штуцерам дренажных трубопроводов нижних коллекторов экранов и барабана. Для этого первые дренажные вентили снимают, а вместо них устанавливают временные тройники, к которым подсоединяют напорные трубопроводы промывочной схемы.

Трубопровод возврата раствора в промывочный бак подсоединяют к верхним точкам котла, например, к штуцерам предохранительных клапанов, установленных на верхнем барабане. Перед химической очисткой котла эти клапаны снимают или отглушают, а вместо снятых устанавливают трубопровод возврата промывочного раствора; при этом отглушают также все прочие трубопроводы, подключенные к барабану и не участвующие в химической очистке.

Технология химической очистки должна разрабатываться в каждом отдельном случае специалистами, хорошо знающими конструкцию очищаемого оборудования, количество отложений в нем и химический состав накипи.

Основными требованиями, предъявляемыми к технологии химической очистки котлов, являются:

- эффективное растворение отложений накипи с одновременной защитой металла от разрушения;

- удаление из котла промывочного раствора и нерастворившихся частиц, отложений шлама;

- нейтрализация остатков кислоты;

- защита очищенных поверхностей от коррозии на период между очисткой и пуском котла в работу;

- очистка (нейтрализация) отработавших растворов перед сбросом в водоисточники.

При выборе технологии химической очистки обращают особое внимание на состояние сварных швов, вальцовок, заклепок, коррозионных повреждений на очищаемых поверхностях. Химическую очистку котлов, имеющих дефекты, проводят с большой осторожностью и только с согласия их владельцев, которых предупреждают, что дефектные соединения вскрываются и котел после очистки может дать течь.

Технология химической очистки котлов от накипи должна разрабатываться исходя из анализа химического состава и величины отложений накипи.

Основной операцией химической очистки котлов от накипи является кислотная промывка, которая может осуществляться различными методами и средствами, при этом эффект очистки находится в прямой зависимости от концентрации и скорости движения промывочных растворов кислот, их температуры, длительности контакта с отложениями, величины и химического состава последних.

С увеличением температуры и скорости движения раствора более интенсивно происходит его смена у очищаемой поверхности. Нерастворенные частицы отложений при интенсивной циркуляции находятся во взвешенном состоянии и выносятся из котла с промывочным раствором. От концентрации раствора, величины и состава отложений зависит скорость протекания химических реакций растворения накипи.

При этом следует учитывать, что карбонатные отложения хорошо и быстро растворяются в 2-5%-м растворе соляной ингибированной кислоты даже без подогрева. Растворение идет с обильным пенообразованием за счет выделения углекислого газа [13].

Сульфатные и силикатные отложения нерастворимы в соляной ингибированной кислоте, поэтому перед удалением их необходимо размягчать или переводить в растворимую форму путем предварительного щелочения отложений, которое проводят перед кислотной очисткой 1-3%-м раствором кальцинированной, каустической соды или их смеси (в зависимости от характера отложений).

Реакции щелочения могут протекать только при высоких температурах (90-100 °С и выше), поэтому промывочный раствор при щелочении должен подогреваться.

Раствор щелочи готовят в промывочном баке, подают насосом в котел, подогревают (растопкой котла) до кипения, перекрывают запорной арматурой и выдерживают в котле в течение 24-36 ч. Затем котел охлаждают, щелочной раствор дренируют из него и производят промывку очищаемых поверхностей нагрева водой до ее полного осветления и достижения величины рН, равной или близкой исходной (6,5-8,5 единиц), после этого воду из котла дренируют и проводят его кислотную очистку [12, 13].

Предварительное щелочение тринатрийфосфатом производить не следует, так как при этом образуются нерастворимые в воде фосфаты кальция, которые при соприкосновении с воздухом быстро твердеют и трудно поддаются удалению.

Для лучшего растворения силикатных накипей применяют в качестве добавки в соляную ингибированную кислоту фтористые соединения.

Образующаяся в результате реакции при соединении соляной кислоты и фтористого аммония плавиковая кислота хорошо растворяет соединение кремниевой кислоты.

Количество фторидов, вводимых в раствор соляной кислоты при
очистке силикатных накипей, должно быть достаточным для создания
1,0-1,5%-й концентрации плавиковой кислоты.

Медь, присутствующая в накипи, растворяется соляной кислотой и затем вытесняется из раствора более активным железом, осаждаясь на металлических поверхностях котла (омеднение).

Осажденная медь усиливает коррозионный процесс внутренних поверхностей нагрева. Для удаления меди применяют тиомочевину, персульфат аммония, аммиак и гексаметафосфат натрия, последний уменьшает омеднение, но полностью его не предотвращает.

Из перечисленных реагентов лучшим средством для борьбы с омеднением является 0,3-0,4%-й раствор тиомочевины, вводимый в раствор соляной кислоты при температуре не выше 80 °С. Высокую (1-2%-ю) концентрацию раствора тиомочевины не применяют, так как при этом образуется нерастворимый осадок белого цвета, который увеличивает содержание шлама в растворе.

При отсутствии тиомочевины обработку омедненных поверхностей можно проводить 1%-м раствором персульфата аммония при рН =10, температуре 40-60 °С и экспозиции 6-8 ч. Для усиления его окислительных свойств в раствор вводят 0,5-1,0%-й раствор нитрата натрия [7, 13].

При небольших количествах содержащейся в отложениях меди ополаскивание поверхностей нагрева проводят 1%-м раствором аммиака (1-3 раза).

Выбор концентрации и температуры промывочного раствора производят на основании химического анализа накипей, образцы которых можно получить путем скалывания слоя отложений через смотровые и другие лючки или пробной (опытной) промывкой в лаборатории образцов отрезков труб, вырезанных из наиболее теплонапряженных участков котлов. Приблизительно на каждый миллиметр толщины слоя накипи необходимо иметь концентрацию промывочного раствора 2 %, но общая концентрация должна быть не более 6 %.

Если отложения полностью не удаляются даже при самых жестких режимах химической очистки, то применяют комбинированный метод - химическую очистку с механической доочисткой.

Выбор метода химической очистки и технических средств для его осуществления зависит от загрязненности котла и химического состава накипи.

По организации контакта промывочного раствора с отложениями накипи в котле известны следующие методы химической очистки:

- принудительная циркуляция раствора по замкнутому контуру с помощью промывочного циркуляционного насоса;

- принудительная циркуляция раствора по разомкнутому контуру; естественная циркуляция раствора при растопке котла и поддержании в нем давления;

- «травление», т. е. заполнение очищаемого котла раствором с последующей его выдержкой определенное время.

Очистка методом принудительной циркуляции промывочного раствора' по замкнутому контуру является наиболее эффективной по степени удаления отложений. Он применим для любого теплотехнического оборудования при загрязненности поверхности нагрева более 300 г/м² (толщина слоя менее 0,15 мм) [13].

Химическую очистку котлов указанным методом рекомендуется проводить: на месте их эксплуатации - разработанными во ВНИИТИМЖе мобильными котлоочистительными установками МКУ-3 (котлы малой мощности) и МКУ-12 (котлы средней и большой мощности), в ремонтных предприятиях - стационарной котлоочистительной установкой СКУ-3. При их отсутствии необходимо собирать для каждого котла специальный промывочный контур, включающий в себя промывочный бак, насос, всасывающие, напорные и обратные трубопроводы с запорной арматурой для подвода и отвода к насосу и котлу промывочного раствора, образующие с котлом замкнутый циркуляционный контур. Кроме того, здесь должен быть узел приготовления и подачи растворов, состоящий из баков для кислоты, щелочи и нейтрализации отработавших растворов, а также трубопроводов подачи воды, кислоты, щелочи и отработавших растворов. Монтаж такого промывочного контура требует значительных затрат труда и времени и осуществляется обычно для котельного оборудования, находящегося в капитальном или текущем ремонте.

Промывочный бак, предназначенный для приготовления, подогрева в нем рабочего раствора кислоты и щелочи, должен иметь объем, равный общему объему очищаемого котлоагрегата. Бак изготовлябт из листовой стали толщиной 4-5 мм, внутренние стенки его облицовывают листами химически стойких материалов (винипласт, фторопласт и др) или гумируют резиной (подогрев растворов в нем при гумированных стенках должен быть не более 50 °С), или покрывают битумом. Сварные швы при изготовлении проваривают двусторонними усиленными швами. Бак устанавливают возле котла в месте, удобном для его обслуживания и загрузки химических реагентов, к нему подводят техническую воду и пар для подогрева растворов, трубопровод для подачи кислоты и щелочи (в жидком виде). На баке устанавливают водомерное стекло, сверху он должен быть снабжен люком диаметром 600 мм с крышкой и газоотводной трубой диаметром 100 мм для отвода за пределы здания выделяющихся газов. Внизу бак должен иметь дренаж и патрубок для подсоединения всасывающего трубопровода циркуляционного насоса.

Пар должен вводиться непосредственно в раствор, находящийся в баке, через трубу с рядами отверстий диаметром 3 мм в ее стенках (барботажное устройство), расположенных под углом 45° к горизонту.

При высоте бака более 1,1 м необходимо устраивать трап для подъема, площадку и ограждение на его верху.

Циркуляционный насос служит для перекачки промывочных растворов и воды по промывочному контуру при кислотной очистке котлов. Его производительность должна обеспечить циркуляцию промывочного раствора и воды через очищаемое пространство котла или его части со скоростью не менее 0,5 м/с. Такую скорость может обеспечить насос производительностью 90 м³/ч и более.

Циркуляционный насос должен быть в кислотостойком исполнении.

Отечественной промышленностью выпускаются насосы Х-90/19;
Х-90/33, внутренняя полость которых, соприкасающаяся с перекачиваемой жидкостью, покрыта слоем фторопласта. Они обеспечивают напор жидкости 19 и 33 м вод. ст. и имеют диаметры присоединительных патрубков: всасывающего - 100мм и напорного - 80 мм [7, 8].

Для подачи раствора в котел и отвода из него в промывочный бак предназначены резинотканевые всасывающий, напорный и обратный трубопроводы с запорной арматурой, изготовленной в кислотостойком исполнении. Всасывающий трубопровод должен иметь внутренний диаметр, равный диаметру присоединительного всасывающего патрубка насоса, а напорный и обратный трубопроводы - равный диаметру напорного патрубка.

Кислотный и щелочной баки должны вмещать запас кислоты и жидкой щелочи для приготовления растворов не менее как на очистку одного котлоагрегата с толщиной слоя накипи 1-2 мм.

Бак-нейтрализатор предназначен для сбора отработавших растворов кислоты и щелочи после очистки котла и нейтрализации их перед дренированием в канализацию. Вместимость бака-нейтрализатора должна быть равной трехкратному объему промывочного бака.

Для перемешивания растворов при нейтрализации применяют метод рециркуляции или к баку-нейтрализатору подводят трубопровод сжатого воздуха, концевая разводка которого с отверстиями в стенках диаметром 3 мм размещается на дне бака.

Бак-нейтрализатор должен иметь: сверху - люк с крышкой диаметром 600 мм, лестницу с огражденной площадкой для подъема и обслуживания бака; сбоку - указатель уровня; снизу - трубопроводы для дренирования в канализацию и перелива растворов при их перемешивании методом рециркуляции.

Защита кислотного, щелочного баков и бака-нейтрализатора от воздействия кислот и щелочей должна быть такой же, как у промывочного бака.

На напорном трубопроводе должны быть установлены манометр, гильза для термометра и отвод трубы с запорным вентилем для отбора проб растворов для химического анализа.

Оборудование промывочного контура подвергается длительному воздействию кислоты, поэтому шлак в сварных швах не допускается. В качестве прокладочного материала используют паронит или кислотостойкую резину. Сальниковые уплотнения должны изготовляться из прографиченного асбеста.

Котлоагрегат к кислотной очистке готовят следующим образом: котел, водяной экономайзер и пароперегреватель, подлежащие очистке подвергают тщательному осмотру, особое внимание при этом уделяют осмотру заклепочных (в клепаных барабанах) и вальцовочных соединений, сварных швов, трубных досок, отверстий на теле барабанов и лючков.

Определяют толщину слоя накипи, наличие коррозии на поверхности барабана и видимых участках труб экранов и водяного экономайзера. Отбирают образцы накипи и направляют в химическую лабораторию для анализа. Составляют акт осмотра котлоагрегата перед кислотной очисткой по установленной форме.

Затем из коллекторов, грязевиков, барабанов и т. п. удаляют шлам и отвалившиеся куски накипи. Отглушается промываемый котел от других котлов по дренажным линиям и линиям непрерывной продувки.

Опускные и питающие трубы из барабанов к коллекторам экранов необходимо задросселировать на 80 % деревянными пробками с отверстием 10 мм, а опускные трубы циклонов - устройством пробок через смотровые лючки в нижней части циклонов. Установить заглушки на главном паропроводе за основной паровой задвижкой и паропроводе собственных нужд. Снять предохранительные клапаны и к их штуцерам подсоединить обратный трубопровод для возврата раствора в промывочный бак.

Снять первые вентили на дренажных линиях и установить временные тройники для подключения напорных трубопроводов циркуляционного контура. Отключить водоуказательные колонки, линии контрольно-измерительных приборов и автоматики имеющейся арматурой. Произвести подключение трубопроводов промывочного контура к котлоагрегату согласно приведенным схемам.

Если по разработанной технологии для удаления отложений требуется проведение предварительного щелочения котла с поднятием давления до 0,25 его номинального значения, то дросселирование и отглушение опускных труб из верхнего и нижнего барабанов и опускных труб выносных циклонов, снятие и отглушение предохранительных клапанов производятся после проведения щелочения, перед кислотной промывкой.

Перед началом очистки должно быть полностью смонтировано оборудование промывочного контура. Особое внимание при этом следует уделить плотности соединений коммуникационных трубопроводов, сварных швов, фланцевых соединений и сальников насосов.

Арматура, устанавливаемая в промывочном контуре, должна подвергаться предмонтажной ревизии.

Если водяной экономайзер кислотной очистке не подвергается, то его заполняют питательной водой, закрывают и запирают на цепь задвижки на питательной магистрали котла. По окончании дренирования отработавшего кислотного раствора из котла подают питательную воду через водяной экономайзер для промывки контура.

После завершения монтажа промывочного контура и выполнения подготовительных работ на котле производят пробное заполнение контура водой, опрессовку на рабочем давлении промывочного насоса, устранение дефектов и опробование всей арматуры, осуществляют циркуляцию воды по контуру: промывочный бак - насос - все панели экранов и нижний барабан - верхний барабан - обратный трубопровод - промывочный бак. При циркуляции по контуру производят опробование подогрева раствора паром в промывочном баке. Обнаруженные неисправности в промывочном контуре устраняют. Промывочный бак заполняют водой, в которую вливают ингибированную соляную кислоту в нужном количестве, Раствор подогревают паром до температуры (605)°С, включают насос и осуществляют кислотную промывку котлоагрегата.

После окончания кислотной промывки отработавший раствор перекачивают насосом в бак-нейтрализатор, промывочный контур заполняют водой и проводят водную отмывку до полного осветления воды. После окончания отмывки воду дренируют, в промывочном баке приготовляют щелочной раствор и производят нейтрализацию промывочного контура. По окончании нейтрализации щелочной раствор сливают в бак- нейтрализатор, нейтрализуют его имеющимся там отработавшим раствором соляной кислоты и дренируют в канализацию.

Сущность метода очистки принудительной циркуляцией раствора по разомкнутому контуру заключается в прокачке через котел воды, нагретой до 110-180°, в которую вводятся химические комплексообразующие реагенты. При этом методе раствор, пройдя котел, повторно не используется, поэтому концентрация раствора делается небольшой (до 0,2 %), с тем чтобы реагент за период прохождения через котел успел полностью отработать.

Скорость движения раствора при этом должна быть не менее 1,5 м/с. Этот метод применяется при загрязненности поверхностей нагрева менее 300 г/м². Но, как показала практика, полная очистка поверхностей происходит при загрязненности, не превышающей 150 г/м. Обычно он используется для очистки только нагруженных рабочих поверхностей и называется методом локальной очистки.

Промывочная схема при этом методе простая: для прокачки раствора и его сброса применяют штатное оборудование котельного блока с дополнительным устройством узла приготовления и подачи реагентов к промываемым поверхностям. Технология очистки при этом сводится к выполнению двух операций - обработке кислотным раствором и водной отмывке. При загрязненности более 300 г/м² использование данного метода очистки не экономично, так как требует большого количества дорогих реагентов и нагретой воды.

Метод очистки естественной циркуляцией раствора заключается в заполнении котла промывочным раствором, подогреве его и доведении давления в котле до 0,5-1,0 МПа (5,0-10,0 кгс/см²). В период подогрева раствор интенсивно перемешивается за счет естественной циркуляции. В дальнейшем циркуляция раствора осуществляется за счет отбора пара и подпитки. Повышенная температура способствует ускорению растворения отложений, компенсируя в какой-то мере отсутствие эффективной циркуляции.

При температуре раствора выше 100 °С защитные действия ингибиторов в соляной кислоте резко уменьшаются, а коррозия при этом приобретает опасный, язвенный характер; для этого метода очистки пригодны только дорогие органические комплексообразующие кислоты. В связи с этим метод используется только для удаления силикатных и сульфатных отложений с наличием органических веществ и загрязненности поверхностей нагрева (обычно экранных труб барабанных котлов с давлением 1,0-1,4 МПа (10,0-14,0 кгс/см²) менее 400 г/м².Очистка методом «травления» заключается в заполнении котла промывочном раствором тринатрийфосфата или каустической соды с последующей выдержкой его без перемешивания или с перемешиванием сжатым воздухом [12, 13].

Этот давно применяемый и малоэффективный метод допустимо использовать на барабанных котлах для удаления отложений, которые могут быть в данных условиях полностью переведены в растворимую форму без образования взвеси.

При очистке тринатрийфосфатом котел, подлежащий очистке, отключают от общей паровой магистрали, снижают давление до 0,02 МПа (0,2 кгс/см²) и внутрь него через питательную линию (в питательный бак) вводят 1,5-2 кг тринатрийфосфата на 1 м³ котловой воды [7, 13].

Спустя некоторое время часть котловой воды спускают в продувочную линию, а в котел снова вводят тринатрийфосфат в количестве 0,75-1,0 кг на 1 м³ раствора и остальной объем дополняют питательной водой до нормального уровня в котле. Указанную операцию проделывают несколько раз до тех пор, пока содержание фосфата натрия не перестанет быстро снижаться в котловой воде (из котла берут пробы и определяют щелочность воды). После этого котел держат под давлением еще 2-3 ч, а затем охлаждают, спускают воду, открывают люки и сразу же удаляют накипь во избежание ее затвердевания при соприкосновении с воздухом. Накипь после такой очистки получается рыхлой и легко удаляется из котла путем промывки струей воды под давлением.

Продолжительность очистки котла зависит от толщины слоя накипи.

Описанный метод очистки пригоден в тех случаях, когда накипь образована из солей постоянной жесткости (серно-кислого кальция, серно-кислого магния и др.).

При очистке каустической содой после остановки, охлаждения котлоагрегата и некоторого снижения уровня воды в нем в котел вводят растворенную в горячей воде каустическую соду из расчета 8,5 кг на 1 м³ котловой воды. Подачу раствора рекомендуется вводить не через питательные приборы котла во избежание их повреждений, а через штуцеры предварительно снятых предохранительных клапанов или смотровые люки котла. Уровень раствора в котле поддерживают такой, чтобы им были закрыты все поверхности, покрытые накипью.

После заполнения котла раствор в нем кипятят в течение 24 ч при открытых клапанах в верхних люках во избежание повышения давления, затем дренируют и котел промывают сильной струей воды от насоса систем подачи воды. В результате кипячения раствора каустической соды накипь в котле переходит в шлам и легко удаляется через продувочные вентили.

Метод пригоден для удаления образований из сульфатных отложений (15-20 % серно-кислого кальция).

Промывочные растворы кислоты и щелочи можно приготовить двумя способами: приготовлением в промывочным баке раствора ингибитора и кислоты требующейся концентрации с последующей перекачкой полученного раствора в котел или заполнением промывочного контура, включая котел, водой, созданием ее циркуляции, добавлением кислоты а циркулирующий поток и постепенным наращиванием концентрации раствора. При использовании технической кислоты ее ввод должен производиться только после приготовления рабочей концентрации ингибитора.

При очистке карбонатных отложений во избежание образования большого количества пены промывку начинают с небольшой концентрации раствора, добавляя кислоту в него по мере осаждения пены. Подогрев кислотного раствора производят при принудительной циркуляции. При огневом подогреве температура раствора не должна превышать 60 °С во избежание местных перегревов и разложения ингибитора.

Для ускорения подогрева рекомендуется использовать при приготовлении раствора горячую воду.

Добавочные реагенты (фтористые соединения и тиомочевину) вводят в кислотный раствор через 2-3 ч после начала кислотной промывки.

При определении расхода кальцинированной соды необходимо знать, что ее должно быть взято в 2,65 раза больше, чем едкого натра.

Теоретический расход технической (20-22 %-й) соляной кислоты на химическую очистку котлоагрегатов от накипи показан в табл. 2 [13].

Таблица 2

Плотность соляной кислоты различной концентрации

Плотность по ареометру	Процент соляной кислоты в растворе	Плотность по ареометру	Процент соляной кислоты в растворе
1,000	0,16	1,090	18,11
1,005	1,15	1,095	19,60
1,010	2,14	1,100	20,01
1,015	3,12	1,105	20,9
1,020	4,13	1,110	21,92
1,025	5,15	1,115	22,86
1,030	6,15	1,120	23,82
1,035	7,15	1,125	24,78
1,040	8,16	1,130	25,75
1,045	9,16	1,135	26,70
1,050	10,07	1,140	27,66
1,055	11,18	1,142	28,14
1,065	12,19	1,145	28,61
1,070	12,19	1,150	29,57
1,075	14,17	1,152	29,95
1,080	15,16	1,155	30,55
1,085	16,15	1,160	31,52

Перед началом и в процессе химической очистки котлоагрегатов осуществляют контроль за концентрацией рабочих растворов кислоты и щелочи.

Начинают работу с определения концентрации кислоты и щелочи, проверки соответствия реагентов сопроводительным документам.

Кислотность и щелочность в момент приготовления растворов определяют через каждые 10-15 мин, а в процессе очистки - через 30 мин.

Перед дренированием отработанных растворов кислоты и щелочи в канализацию в баке-нейтрализаторе измеряют рН-метром марки рН-121 или при помощи бумаги индикаторной универсальной рН-1-10 число рН смеси растворов.

Плотность соляной кислоты измеряют ареометром из набора АОН-1 (ГОСТ 18481-81), а ее концентрацию - по таблице или методом титрования.

Концентрацию отработавшего раствора устанавливают по ареометру с применением таблицы, в которой приведено процентное содержание в растворе отработанной соляной кислоты и солей накипи.

Для определения в отработавшем растворе концентрации и расхода на очистку соляной кислоты необходимо измерить ареометром плотность раствора до и после очистки котлоагрегата, по таблицам определить концентрацию раствора, соответствующую показаниям ареометра, а из результата, найденного в табл. 3, вычесть процент соляной кислоты, найденный в табл. 3 [13].

Таблица 3

Содержание в промывочном растворе различной плотности отработавшей соляной кислоты и солей накипи

Плотность по ареометру	Процент отработавшей соляной кислоты в растворе	Содержание солей накипи в растворе, %	Плотность по ареометру	Процент отработавшей соляной кислоты в растворе	Содержание солей накипи в растворе, %
1,0	0,66	1,0	1,16	11,8	18,0
1,01	1,3	2,0	1,17	12,5	19,0
1,02	2,0	3,0	1,18	13,1	20,0
1,03	2,6	4,0	1,19	13,8	21,0
1,04	3,3	5,0	1,20	14,5	22,0
1,05	4,0	6,0	1,21	15,1	23,0
1,06	4,6	7,0	1,22	16,0	24,0
1,065	5,2	8,0	1,23	16,4	25,0
1,07	6,0	9,0	1,24	17,1	26,0
1,08	6,6	10,0	1,25	17,0	27,0
1,09	7,2	11,0	1,26	18,4	28,0
1,1	8,0	12,0	1,27	19,0	29,0
1,11	8,5	13,0	1,28	19,7	30,0
1,12	9,2	14,0	1,31	21,7	33,0
1,13	9,9	15,0	1,34	23,0	35,0
1,14	10,5	16,0	1,37	25,0	38,0
1,15	11,2	17,0	1,40	26,2	40,0

Количество растворенной в промывочном растворе накипи определяют при помощи ареометра и табл. 3. Ареометром измеряют плотность отработавшего раствора, а по таблице - процентное содержание в нем солей накипи и, умножая полученный результат на объем раствора в промывочном контуре в литрах, получают количество растворенной в нем накипи в килограммах.

В это количество накипи не входит шлам, образующийся из отставших от поверхностей нагрева нерастворившихся частиц и выносимый из котлоагрегата потоком промывочного раствора.

Для производства химических анализов необходимо иметь следующее оборудование и химические реактивы:

штатив лабораторный с двумя лапками - 1;

градуированную бюретку на 25 мл - 2;

градуированную пипетку на 10 мл - 2;

пипетку на 1 мл - 2;

конические колбы на 250 мл - 4;

фарфоровый стакан с ручкой для взятия проб - 1;

промывалку с дистиллированной водой - 1;

капельницу - 2;

воронку - 1;

ведро для слива отработанных растворов - 1;

фильтровальную бумагу - 1;

набор ареометров для соляной кислоты - 1;

рН-метр (милливольтметр рН-121) - 1;

0,1%-й раствор щелочи;

0,1%-й раствор кислоты;

0,1%-й раствор фенолфталеина;

0,1%-й раствор метилоранжа;

индикаторную бумагу или раствор универсального индикатора.

Нейтрализацию отработавших растворов кислоты и щелочи проводят с целью удаления их остатков с очищаемых поверхностей, особенно в непроточных элементах котлов, а также устранения вредного влияния на окружающую среду.

Нейтрализацию кислоты в промывочном контуре проводят 1%-м раствором щелочи (NaOH, Na₂CO₃, Na₃PO₄12H₂O) при циркуляции его по замкнутому контуру в течение 3-5 ч с подогревом до температуры 50-90 °С.

По окончании щелочения промывочный раствор дренируют в бак- нейтрализатор, а котлоагрегат промывают водой до рН = 7-8,5 (до полного осветления промывочной воды).

В баке-нейтрализаторе отработавшие растворы кислоты и щелочи взаимно нейтрализуются до рН = 6,5-8,5 и дренируются в канализацию.

Все минеральные кислоты, используемые для химической очистки котлоагрегатов от накипи, вызывают коррозию металла и применять их для этих, целей без ингибиторов (замедлители коррозии) нельзя.

В настоящее время самыми эффективными ингибиторами для соляной кислоты являются ПБ-5, ПБ-6, уротропин, катапин «К», И-1-А.

В увеличенных дозах можно использовать также формалин, хинолин и др. Указанные ингибиторы применяют при подогреве раствора до 60 °С, при более высокой температуре они разлагаются. В этом случае необходимо составлять смеси ингибиторов. Наиболее эффективно защищают металл от коррозии, не разлагаясь при температуре более 60 °С, следующие смеси: ПБ-5 (0,5 %) + уротропин (0,5-1,0 %),И-1-А (3,0-0,5 %) + уротропин (0,5 %), катапин «К» (0,3-0,7 %)+уротропин (0,5-1,0 %).

Уротропин не рекомендуется вводить в крепкий (25-30 %-й) раствор соляной кислоты, так как он в нем разлагается с образованием формальдегида и хлористого аммония.

3.2 Очистка котлоагрегатов от шлаковых и золовых отложений

Очистку котлоагрегатов с давлением пара до 1,4 МПа (14,0 кгс/см²) от шлаковых и золовых отложений осуществляют путем обдува поверхностей нагрева котла, экранов топки, пароперегревателя, экономайзера и воздухоподогревателя насыщенным и перегретым паром, а также сжатым воздухом давлением 0,5...0,6 МПа (5,0...6,0 кгс/см²), с давлением 2,4 МПа (24,0 кгс/см²) и выше - только перегретым паром и сжатым воздухом давлением не выше 3 МПа (30,0 кгс/см²). Для обдувки поверхностей нагрева котла в обмуровке предусматриваются специальные дверцы, гляделки и отверстия. В небольших котельных агрегатах обдувку производят с помощью ручного переносного брандспойта, для более крупных устанавливают специальные обдувочные устройства различной конструкции [13].

Очистку конвективной шахты котлов производят дробеочистительными установками, выполненными по схеме с пневмотранспортером дроби под разрежением или под напором.

Шлаковые наросты на поверхностях нагрева отбивают при помощи пик, а крупные шлаковые глыбы - небольшими кусками снизу, не допуская падения всей глыбы сразу во избежание повреждения экранных труб.

Кроме описанных, известно применение химических методов очистки наружных поверхностей нагрева котлов при помощи порошка «Экотоп» и химикатов типа «Fauch», производимых в ФРГ.

Выбор метода химической очистки и необходимых химикатов зависит от химического состава и физической структуры отложений в котлоагрегате.

По механизму действия указанные химикаты делят на две группы: содержащие вещества, являющиеся катализаторами, которые при попадании на отложения снижают их температуру сгорания от 800-850 до
300-360 °С; а также диффундирующие добавки, которые, попадая на отложения, проникают в них, растворяют и удаляют загрязнения, одновременно образуя защитный слой от коррозии.

Библиографический список

1. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водо-грейных котлов. ПБ 10-574-03 / Госгортехнадзор России. М., 2003. 213 с.

2. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением не более 0,7 кгс/см2, водогрейных котлов и водоподогревате-лей с температурой нагрева воды не выше 115 С: МПС РФ № ЦСР. 320. М., 2002. 79 с.

3. Инструкция для персонала котельных по безопасной эксплуатации паровых котлов с рабочим давлением более 0,7 кгс/см2, водогрейных котлов с температурой воды свыше 115 С: МПС РФ № ЦРБ. 318. М., 1995. 30 с.

4. Инструкция для персонала, обслуживающего водогрейные котлы и водоподогреватели с температурой воды не выше 115 С и паровые котлы с давлением пара не более 0,7 кгс/ см2: МПС РФ № ЦРБ. 319. М., 1995. 26 с.

5. Правила устройства и безопасной эксплуатации электрических котлов и электрокотельных. ПБ 10-575-03 / Госгортехнадзор России. М., 2003.119 с.

6. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды. ПБ 10-573-03 / Госгортехнадзор России. М., 2003. 126 с.

7. Вергазов, В.С. Устройство и эксплуатация котлов: Справ. / В.С. Вергазов. М.: Стройиздат, 1991. 282 с.

8. Роддатис, К.Ф. Справочник по котельным установкам малой произ-водительности / К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий. М.: Энергоатомиз-дат, 1989. 540 с.

9. Катин, В.Д. Сокращение выбросов оксидов азота путем интенсификации теплообмена в топках печей и котлов предприятий железнодорожного транспорта / В.Д. Катин // Сб. науч. тр. ПГУПС. СПб., 1993. С. 70-74.

10. Катин, В.Д. Нормирование и сокращение вредных выбросов котельных на предприятиях железнодорожного транспорта / В.Д. Катин // Охрана атмосферного воздуха от промышленных выбросов: сб. науч. тр. ХабИИЖТ. Хабаровск, 1990. С. 11-18.

11. Катин, В.Д. Способы снижения вредных выбросов в атмосферу котельными предприятий железнодорожного транспорта: учеб. пособие / В.Д. Катин. СПб., 1996. 44 с.

12. Купреев, П.Ф. Методические указания по химическому анализу воды, отложений накипи и реагентов / П.Ф. Купреев. М.: Агропром, 1998. 75 с.

13. Короткевич, В.А. Очистка котлоагрегатов от накипи и нагара / В.А. Короткевич. Минск: ВНИИТИМЖ, 1988. 116 с.

14. Сидельковский, А.Н. Парогенераторы промышленных предприятий / А.Н. Сидельковский, В.Н. Юренев. М.: Энергия, 1988. 356 с.

15. Роддатис, К.Ф. Котельные установки / К.Ф. Роддатис. М.: Энергия, 1977. 340 с.

16. Сигал, И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива / И.Я. Сигал. Л., 1988. 312 с.

17. Борщов, Д.Я. Защита окружающей среды при эксплуатации котлов малой мощности / Д.Я. Борщов, А.Н. Воликов. М.: Стройиздат, 1987. 157 с.

18. Котлер, В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов / В.Р. Котлер. М.: Энергоатомиздат, 1987. 144 с.

19. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 86 с.

20. Катин, В.Д. Экологическая эффективность горелочных устройств трубчатых печей. Обзорная информация / В.Д. Катин, И.Г. Киселев, А.Р. Эйсмонт / ЦНИИТЭнефтехим. М., 1993. 56 с.

21. Катин, В.Д. Экологические проблемы сжигания топлива в котельных установках и перспективы их решения / В.Д. Катин // Наука и техника транспорта. М., 2004. № 2. С. 6-11.

Размещено на Allbest.ru