> Техника, страница 64 > Накипь котельная

Накипь котельная

Накипь котельная. 1. Накипеобразован и е. К накипеобразующим ci-единениям в тесном смысле относятся труднорастворимые двууглекислые соединения кальция и магния Са(НС0₃)₂ и Mg(IICO,)₂и сернокислый кальций CaS0₄. Кроме того механические примеси воды, растворенные к ней органич. вещества, кремнезем SiO_s—особенно в форме силикатов (CaSiO_s. MgSiO* и другие), двууглекислое железо Fe(HCO,)₂,

глинозем и другие соединения (смотрите Вода, табл. 14, вертикальная графа II) также участвуют в образовании котельных отложений, и в образцах последних всегда содержатся в тех или иных количествах упомянутые соединения. Что касается легко растворимых солей щелочноземельных и тяжелых металлов, наир, серномагниевой соли MgS0₄ или сернокислого железа FeS0₄ и других (смотрите Вода, табл. 14, графа III), то при известных обстоятельствах и они могут привести к образованию в котле отложений, согласно следующим формулам:

I. СаЦГСОзЬ + MgS0₄=CaS0₄ + Mg(OH)₂ + 2С0₂;

II. СаСОз + MgS0₄ CaS0₄ + MgCO,;

III. CaC0₃ + FeS0₄=CaS0₄ + FeC0₃;

IV. Са(НС0з)₂ + Ха₂.$0₄;±Са80₄+Ш₂С0з+С0_г+Н₂0.

Реакции (II) и (IV) обратимы и направление реакции подчиняется закону действия масс. С точки зрения накипеобразо-вания полезно знать, в каком направлении идут в котле незакончивпшеся в водоумяг-чителе и находящиеся там в состоянии равновесия реакции осаждения, как влияют на них высокая температура и высокое давление, а также нарастающая концентрация солей.

В основных частях II. состоит из карбоната кальция и гидрата окиси магния. Другие перечисленные выше примеси нормально содержатся в накипи в небольших количествах. До последнего времени накипе-образование объясняли примерно следующим образом. В работающем паровом котле попадающие с питательной водой бикарбонаты распадаются па свободную угольную кислоту, среднюю нерастворимую углекальциевую соль и среднюю же углемагниевую соль, отличающуюся несколько большей растворимостью, чем углекислый кальций (поэтому в отличие от последнего углемагниевая соль в вышеприведенной формуле (II) условно подчеркнута пунктирной линией). Углекислый магний вследствие гидролитич. разложения переходит постепенно в гидроокись магния Mg(OH)₂, причем в котельной воде (как промежуточные формы) образуются основные углекислые магнезиальные соли, химический состав которых изображается формулой:

n MgC0₃ · m Mg(OH)₂.

Образовавшиеся карбонаты кристаллизуются и оседают на стенках парового котла в виде Н. Кристаллы сернокислого кальция выделяются из пересыщенных растворов и также покрывают поверхность нагрева слоем накипи. Выкристаллизовавшиеся вещества увлекают с собой и других нерастворимые соединения, содержащиеся в котловой воде, как например органические вещества, кремнекислые соединения, глинозем и т. и. Эти загрязнения обнаруживаются при анализах накипи. В действительности однако процессы накипеобразования не отличаются такой простотой, и эта теория нередко противоречит наблюдениям, ибо в одних случаях гипс и карбонаты образуют твердую накинь, в других же случаях рыхлые, илистые отложения. Можно, вообще говоря, считать правильным тот взгляд, что с одновременным возрастанием концентраций ионов кальция

(Са“) и серной кислоты (SOI) в котловой воде увеличиваются как количество, так и плотность и твердость котельной II. Кремнезем, глинозем, магнезия и органические вещества способствуют уменьшению плотности II. Карбонаты, особенно углекислый магний, и органич. вещества, благоприятствуют образованию рыхлых илистых отложений. Не малое влияние на характер и форму котельных отложений кроме свойств питательной воды имеют: система котлов и топок, напряжение поверхности нагрева, давление пара, режим котлов и т. д. Последние годы многие выдающиеся исследователи—из них необходимо упомянуть американца Р. К. Галля (R. К. Hall) и покойного германского проф. Христиана Эберле—потратили много усилий на выяснение условий накипеобразований и свойств различных II.

В отношении внутреннего строе-н и я Н. можно разбить их на два рода. К первому роду принадлежат накипи с расположением всех кристаллов нормально по отношению к котельной стенке, то есть главная ось кристаллов располагается параллельно направлению теплового потока. Подобного рода накипи образуются преимущественно в периоды повышенных напряжений поверхности нагрева котла. Ко второму роду принадлежат накипи с беспорядочным, в виде куч, нагромождением кристаллов, между которыми находятся включения органических веществ и других загрязнений. Этот род накипи образуется гл. обр. в периоды слабых нагрузок котла и во время его остановов. II. но своему внутреннему строению может также представлять смесь первичной, транскристаллической и вторичной накипи с беспорядочным нагромождением кристаллов и с включениями загрязнений между ними. Транскристаллизация имеет место у сернокислого кальция, силикатов, а также углекальциевой соли. Все факторы, увеличивающие скорость кристаллизации, обусловливают также транскристаллизацию.

2. В л и я и и е ф и з и к о-х и м и ч е с к и х свойств и состава II. на ее теплопроводность. Температура т котельной стенки, загрязненной со стороны воды отложениями накипи, определяется из следующей формулы где <₂—темп-pa воды, <5₂—толщина слоя II. в см, /₂—коэф-т теплопроводности Н. в Cal см/м² ч. °С, а₂—коэф-т теплопередачи от II. к воде в Cal /.и² ч. °С, Q—тепловой поток, проходящий через единицу площади стенки в Cal/м^г ч. Теми-pa котельных стенок повышается т. о. вместе с сообщенным воде теплом, с увеличением толщины слоя Н. и с уменьшением коэфициента теплопроводности, в зависимости от рода котельных отложений. При загрязнении поверхности нагрева отложениями тепло, передаваемое от топочных газов к воде, идет вначале на перегрев котельной стенки до той ί°, которая является достаточной для преодоления сопротивления слоя отложений II. передаче тепла. Как следствие этого может произойти опасный местный перегрев металла стенки или дополнительные напряжения в ме-

стах, подверженных непосредственному воздействию пламени. Измерения при помощи плавких пробок t° котельных стенок, загрязненных маслом, показали перегрев железа от 350 до 570°. На диаграмме (смотрите фигура) показана зависимость •с i i т~т~7а между перегревом стальной стенки котла и нагрузкой поверхности нагрева при различи.теплопроводности и тол->j_vo - щи не слоя накипи.

На оси ординат отложены разницы t° котельных стенок и воды в котле, а на поверхности на

пг-	—	ТТЛ
		v# 1
ή	-	вг Г
Г J*	Ж

ί^·Ρ“_

о ч/ооо воооо ЩК

Напряжение поверхности нагреЗа оси абсцисс—напряжение грова в Cal/.w² ч., отнесенное к передней части котла, то есть происходящее как путем непосредственного действия теплового излуче ния, так и через соприкосновение.

Зависимость между плотностью и пори-стоетью Н., с одной стороны, и их теплопроводностью, с другой,—впервые была изучена еще в 1902 г. Η. Е. Эрнстом. Результаты его исследований 10 различных образцов II. приведены в составленной им таблице в виде предельных и средних значений.

Зависимость ристостью и	между тепло	плотностью, по· проводностью Н.
	Плот-	Пори стость*	Коэф. тепло-
Значения	ность, кг/дмs		проводности, Cal миллиметров2 ч. СС
Максимум.	2,35	0,410	2,77
Минимум.	1,27	0,022	1.13
: Среднее.	2,01	0,116	2,11

• Часть образца, наполненная воздухом.

В отчете Эрнста отсутствуют сведения о составе Н., и поэтому невозможна сравнительная оценка Н. различных питательных вод. Кроме того рядом стоящие числа не относятся к одному и тому же образцу.

В названной области тщательные исследования были произведены недавно покойным нроф. Дармштадтского политехникума Эбер-ле, частью в сотрудничестве с инж. Гольц-гауэром. Ниже приведены главнейшие результаты их исследований. 1)Т. к. гипс постоянно отлагается в котле в виде Н. большого удельного веса, то твердые котельные отложения с большим содержанием гипса характеризуются относительно высокой теплопроводностью. Гипсовая накипь является поэтому, согласно Эберле, наименее опасной для работы паровых котлов. 2) Плотность углекальциевых твердых отло-ж е н н ft вообще только немного меньше плотности гипсовых накипей; однако их теплопроводность значительно ниже, так как с уменьшением плотности твердых углекальциевых Н., плотность которых выше 2 килограмма/дм³, теплопроводность очень сильно падает. Уг-лекальцневые Н., имеющие коэф. теплопроводности ~1 Cal м/м² ч. °С, однако можно также считать вообще неопасными для котлов. Но в иных случаях могут образоваться очень пористые известковые Н., коэфици-ент теплопроводности которых падает ниже

0,2 Cal м/м^г ч. °С. 3) Отложения, богатые содержанием кремния, чрезвычайно опасны для котлов. Даже в случаях наибольшей плотности, когда в накипи имеется много кремния, коэфициенттеплопроводности опускается ниже 0,2 Cal м/м- ч.°С. Наиболее же низким плотностям, обнаруженным исследованиями. соответствует коэф-т теплопроводности 0,07 Cal м/м² ч.°С, то есть примерно в 30 раз меньший, чем например указываемая в Хютте величина λ для котельной II. (Я-2 Cal м/м² ч. °С). Этим и объясняются многочисленные зафиксированные в специальной литературе случаи аварий котлов при незначительной толщине слоя Н.; для кремнекислой Н. этот слой должен быть в 20—30 раз тоньше плотной углекальциевой или гипсовой Н., чтобы вызвать при одних и тех же условиях одинаковое действие. Необходимо учесть, что например в наиболее напряженном месте нижнего ряда труб водотрубного котла напряжение поверхности нагрева может быть порядка 300 000 Cal/м² ч. Теплопередача слоя II. Q=/c(i— ί₂), где t_m—температура соприкасающейся с Н. трубной стенки, a 1₂—темп-pa воды. Если пренебречь сопротивлением передачи тепла от Н. к воде, то в величине к остается учесть лишь сопротивление теплопроводности, представляемое слоем накипи. Пусть А=0,1 Cal м/м² ч. °С; 6=0,2 .н.и; t ₂=210^о. Тогда при указанном напряжении поверхности нагрева

*„,= Т+<₂=810^э,

то есть богатая содержанием кремния Н. толщиною всего 0,2 миллиметров приводит трубы в местах наибольшего теплового напряжения в состояние каления.

На пористость Н. могут влиять различные входящие в ее состав тела или примеси. Так, органич. вещества, оседающие в котле вместе с накипеобразователями, могут выгореть в слое Н. в самых горячих местах поверхности нагрева и т. о. увеличить пористость Н. На пористость Н. влияют также динамич. процессы, связанные в работающем паровом котле с неизбежными колебаниями давлений, а следовательно и темп-р, вызывающими соответствующие изменения растворимости различных солей. Так например, в периоды остановов котла, когда (° внутри его падает, котловая вода может выщелачивать гипс из Н., причем также увеличивается ее пористость.

3. Пр (разъедающие) свойства Н. В зависимости от состава Н., а также состава котловой воды, с которой Н. находится в постоянном взаимодействии, Н. может действовать на материал котлов также и разъедающим образом (смотрите Коррозия).

4. Борьба с н а к и н е о б р а з о в а н и-е м. Наиболее радикальной мерой для предупреждения накипеобразования в котле является очищение питательной воды до подачи ее в котел (смотрите Води) путем ее испарения (применение испарителей имеет ограниченные пределы в виду дороговизны этого способа) или химнч. умягчения (более распространенный способ), скомбинированного с ее подогревом и фильтрованием. В иных случаях является целесообразной комбина-

дня предварительного умягчения и вообще подготовки воды с последующим вводом в паровой котел определенных реактивов (соды, едкого натра, фоефорнонатриевой соли или сернокислого натрия). Весьма полезными являются частые продувы, но лучше всего специальные устройства для непрерывной продувки котла, в частности в комбинации с предварительной обработкой питательной воды. Такая комбинация является наиболее надежной мерой не только для предупреждения накнпеобразования и накопления в котле значительных количеств илистых отложений, но и для регулирования концентрации растворенных в котловой воде солей. Эти концентрации не должны подниматься выше известных пределов («предельных концентраций»), за которыми возникают в работающем паровом котле тягостные, нередко опасные явления пенообра-зования и кидания котловой воды [*].

Для предупреждения образования опасной силикатной Н. рекомендуется: 1) питать котлы очень мягкой водой; 2) держать жесткость котловой воды не выше 0,5—1 нем. градуса, так чтобы кремнекислый натрий, находящийся в растворе в котловой воде, не мог соединиться с накипеобразователями в нерастворимые силикаты, дающие опасные отложения; 3) достаточно часто продувать котлы, препятствуя этим такому нарастанию концентрации растворенных силикатов, когда они могут дать отложения даже и при отсутствии в котловой воде накипеобразо-вателей;4) иметь в котловой воде достаточный избыток щелочи, препятствующей осаждению силикатов; 5) поддерживать невысокую плотность котловой воды; 6) соблюдать определенное весовое соотношение между содержанием в питательной воде наки-пеобразователей и суммой содержаний накинеобразователей и кремнекислоты в той же воде. Браунгард считает вполне благоприятным для паровых котлов отношение 1 : 100. Первые пять из вышеприведенных мероприятий являются вообще действительными для борьбы с накипеобразованием и с протравляющими свойствами котловой воды и котловых отложений. См. также Взрыт паровые котлов. Подробные указания об определении накипи и об ее предотвращении см. УхоО за паровыми котлами.

Лит.: ) Гор доп И. Л., Продувка паровых котлов, «Труды 5-го Всесоюзного теплотехнического съезда», Москва.—Г орден И. Л., Вода и ее очистка.! изд. .Москва, 1931; Herb е гг (λ. Feuerungs-technikui.d IJampfkesselbetricb, 3Aufl. Berlin, 1922; «Archiv fiir Warmewirtschaft und Dampfkesselwesen», Berlin, 1928, H. 6; ibid. 1929, И. К); «Ше WSrmc-iind KSlte-Technlk“, Erfurt, 1929. Ii·, «Z. d. YDI», 1910; Partridge E. P., Formation and Proper-lie.·; of Boiler Scale, «Engineering Research Bulletin nf University of Michigan», Ann Arbor, Michigan, USA. 1930. 13. И. Гордон.