Добавочная вода является источником поступления в цикл минеральных примесей, поэтому перед подачей в цикл она должна быть наилучшим образом от них очищена. Однако ни в какой водоумягчительной установке нельзя удалить из воды абсолютно все растворенные в ней минеральные вещества; как бы тщательно не была умягчена добавочная вода, в ней остается немного растворенных примесей.
Попадая в котел, примеси постепенно накапливаются в котловой воде в большом количестве, так как в процессе испарения воды они почти не переходят в пар. При этом для соединения с низкой растворимостью (сульфат-карбонат кальция, гидроксил магния) наступает состояние насыщения , при котором избыточные количества вещества, содержащиеся в воде, выпадают из раствора обычно в виде кристаллов.
Центрами кристаллизации служат шероховатости на поверхностях нагрева, а также взвешанные и коллоидальные частицы, находящиеся в котловой воде. Вещества, которые кристаллизируются непосредственно на поверхостях нагрева в виде плотных отложений, образуют накипь. Вещества, кристаллизирующиеся в объеме котловой воды, образуют взвешанные частицы, называемые шламом.
Наиболее распространенные типы отложений в котлах – карбонаты кальция, сульфат или силикат кальция, гидрооксид или силикат магния, окислы железа и меди, а также кремнезем.
Кальцевые и магнивые накипи
Наиболее распространены кальцевые и магниевые накипи. Накипь, как правило, имеет низкий коэффициент теплопроводности, составляющий 0,1 — 2,0 ккал/(м*ч*град). Поэтому даже тонкий слой накипи приводит к резкому повышению температуры металла поверхностей нагрева котла.При этом в высокотемпературных поверхностях нагрева эта температура по мере увеличения толщины слоя накипи может постепенно перейти через предельную по условиям прочности металла, после чего начнется постепенная деформация металла с последующим разрушением трубы.
По мере роста температуры соли кальция и магния становятся менее растворимыми. Соли, являющиеся растворимыми при низких концентрациях и температурах, становятся нерастворимыми и осаждаются.
ЖЕЛЕЗО И МАРГАНЕЦ
Отложения в котле в больших количествах могут препятствовать теплопередаче. Наиболее распространенной формой является бикарботан железа.
Кремензем
Кремнезем (Si) обычно присутствует в воде в небольших количествах, но при определенных условиях он может образовывать исключительно твердую накипь. Кремнезем соединяется со многими элементами, образуя силикаты. Силикаты образуют очень прочные отложения в трубах котлов.
Наиболее важным фактором является поддержание низких концентраций кремнезема в котловой воде. Этого можно добиться с помощью внешнего оборудования для обработки подпиточной воды или мониторинга и контроля загрязнения конденсатом.
После попадания кремнезема в котловую воду обычными корректирующими действиями являются увеличение продувки котла, а затем устранение условия, вызвавшего загрязнение кремнеземом.
Для жаротрубных котлов устанавливаются более строгие требования к качеству питательной воды чем к водотрубным из-за конструктивных особенностей. На практике не всегда удается соблюдать эти требования при эксплуатации что приводит к недопустимым уровням отложений.
При отклонении норм по качеству питательной воды распределение накипи на поверхностях нагрева образуется неравномерно, так например, слой накипи увеличивается в большей степени у трубной доски, в отличии от более равномерного слоя на дымогарных трубах.
В процессе изготовления котлов при сварке между наружным диаметром трубы и внутренним диаметром отверстия в трубной решетке может оставаться небольшой зазор. Со временем в зазоре может возникнуть коррозия, которая вызовет протечки или ослабит целостность соединения.
При производствео котлов механическое расширение дымогарной трубы после прочностной сварки с помощью специальных инструментов позволяет устранить любые имеющиеся зазоры и в дальнейшем предотвратить коррозию.
Несоответствие химически очищенной воды требованиям, указанных в паспорте котла, отсутствие систематического контроля и не соблюдение установленного водно-химического режима, способствует образованию отложений на поверхностях нагрева, что часто приводит к локальному перегреву, созданию дополнительных напряжений в металле трубной доски и сварных соединениях труб или жаровой трубы, и как следствие образование трещин в сварке.
Из сказанного следует, что эксплуатацию котла надо вести так, чтобы исключить возможность выпадения из котловой воды накипеобразующих солей и образования накипи. Для этого необходимо, чтобы концентрация накипеобразующих солей в котловой воде не превышала известного значения, находящегося ниже той критической концентрации, при которой начинается их выпадение из раствора.
Этого достигают, прибегая к продувке котла, т.е.к спуску из него некоторого количества котловой воды, чтобы вместе с этой водой удалить из котла в точности то количество солей, которое поступает в него вместе с питательной водой. В результате количество солей, содержащихся в котловой воде, стабилизируется на том или ином уровне и тем самым исключается опасность чрезмерного накопления солей в котле и их выпадение из раствора.
Так как солесодержание котловой воды во много раз выше солесодержания питательной воды, то стабилизация солевого баланса котла практически достигается путем продувки всего лишь 2-3% поданной в котел воды. Количество воды, которое должно быть удалено из котла путем продувки, тем меньше, чем ниже солесодержание котловой воды.