ВОДОПОДГОТОВКА ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

Основные нормативные документы РФ:

• РД 24.031.120-91 Методические указания. Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов, организация водно-химического режима и химического контроля.
• РД 24.032.01-91 Методические указания. Нормы качества питательной воды и пара, организация водно-химического режима и химического контроля паровых стационарных котлов-утилизаторов и энерготехнологических котлов.
• Приложение № 3 к Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности "Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением", утвержденным приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25 марта 2014 г. № 116.
• Приказ Минэнерго России от 19.06.2003 N 229 (ред. от 13.02.2019) Об утверждении Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (Зарегистрировано в Минюсте России 20.06.2003 N 4799) - пункт 4.8. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых электростанций и тепловых сетей

Требования к качеству воды:

• Жесткость ≤ 0.02–0.1 мг-экв/л (для предотвращения накипи).
• Кислород ≤ 0.02–0.1 мг/л (чтобы избежать коррозии).
• pH 8.5–10.5 (нейтральная или слабощелочная среда снижает коррозию).
• Железо ≤ 0.1–0.3 мг/л.
• Кремний ≤ 20–40 мг/л (предотвращает силикатные отложения).
• Взвешенные вещества ≤ 5 мг/л.

Риски примесей:

• Накипь: Вызвана солями кальция и магния (жесткость). Уменьшает теплопередачу, повышает энергозатраты, риск перегрева.
• Коррозия: Низкий pH, кислород, CO₂ разрушают металл, сокращая срок службы оборудования.
• Загрязнение систем: Взвешенные частицы забивают трубы, насосы.
• Пенообразование: Высокое содержание органики или солей вызывает вспенивание, нарушая работу котла.

Методы водоподготовки:

• Механическая очистка. Песочные фильтры, удаляют взвешенные частицы. Предварительный этап для защиты последующих систем.
• Умягчение - ионообменные смолы: Замена ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ на Na⁺. Обезжелезивание (при необходимости) каталитическими средами.
• Деаэрация: Деаэраторы удаляют CO₂. и остаточный O2.
• Деминерализация. Обратный осмос (RO) удаляет до 99% растворенных солей, органики, бактерий. После RO возможна коррекция pH.
• Химическая обработка. Ингибиторы коррозии (фосфаты, амины) и антискаланты (полиакрилаты).
• *Ультрафиолетовая обработка. Обеззараживание при наличии биологических загрязнений (устанавливается до осмоса).

Схема водоподготовки для водогрейных котельных:

1. Механическая фильтрация → 2. Умягчение + Обезжелезивание → 3. Деаэрация → 4. Обратный осмос → 5. Химическая коррекция.

Требования к качеству воды:

• Жесткость ≤ 0.005–0.02 мг-экв/л (практически нулевая для предотвращения накипи при испарении).
• Растворенный кислород ≤ 0.005–0.02 мг/л** (высокий риск коррозии в паровых системах).
• pH 9.0–11.0 (щелочная среда нейтрализует кислотность и замедляет коррозию).
• Железо ≤ 0.05–0.1 мг/л (оксиды железа вызывают отложения в пароперегревателях).
• Кремний ≤ 0.5–2 мг/л (при испарении образует силикатные отложения на турбинах).
• Общее солесодержание (TDS) ≤ 3–5 мг/л (предотвращает унос солей с паром).
• Электропроводность ≤ 5–10 мкСм/см.

Риски примесей:

• Накипь. Соли Ca²⁺, Mg²⁺ кристаллизуются на стенках котла и пароперегревателей. Снижает КПД, повышает риск перегрева и аварий.
• Коррозия. Кислородная (O₂ + H₂O → ржавчина).
• Углекислотная (CO₂ образует H₂CO₃, разрушающую металл).
• Унос солей с паром. При испарении соли (особенно кремний, натрий) переносятся в пар, повреждая турбины и теплообменники.
• Пенообразование. Высокий TDS вызывает вспенивание воды в барабане котла, приводя к гидроударам.

Методы водоподготовки:

• Механическая очистка. Фильтрация (мультимедийные фильтры) для удаления взвешенных частиц (>5 мкм).
• Химическое умягчение. Ионообменные смолы (Na⁺-катионирование) для снижения жесткости до 0.005 мг-экв/л. Обезжелезивание (при необходимости) каталитическими средами.
• Деаэрация: Деаэраторы удаляют CO₂. и остаточный O2.
• Деминерализация. Ультрафильтрация (UF) для коллоидных примесей. Обратный осмос (RO) удаляет 95–99% солей, органики, бактерий (критичен для снижения TDS). Электродеионизация (EDI) — для насыщенного пара.
• Химическая обработка. Ингибиторы коррозии (амины, нейтрализующие кислоты).
• Антискаланты (полимеры, предотвращающие кристаллизацию солей). Щелочная корректировка** (NH₃, NaOH для поддержания pH > 9).

Типовая схема водоподготовки для паровых котельных:

1. Механическая фильтрация → 2. Умягчение (ионообмен) + Обезжелезивание → 3. Деаэрация → 4. Деминерализация → 5. Химическая коррекция.

Требования к качеству воды:

• Жесткость ≤ 0.005–0.02 мг-экв/л (чтобы избежать накипи в зонах высоких температур).
• Растворенный кислород ≤ 0.01–0.02 мг/л (коррозия усиливается из-за агрессивных компонентов в утилизируемых газах).
• pH 8.5–10.5 (нейтрализует кислотность, возникающую при контакте с газами, содержащими SOₓ, NOₓ).
• Железо ≤ 0.05–0.1 мг/л (оксиды железа образуют отложения в теплообменниках).
• Кремний ≤ 1–3 мг/л (силикаты кристаллизуются при высоких температурах).
• Солесодержание (TDS) ≤ 3–10 мг/л (зависит от давления пара).
• Хлориды и сульфаты ≤ 0.1–0.5 мг/л (вызывают коррозию под напряжением).

Риски примесей:

• Коррозия. Кислотная из-за конденсации агрессивных газов (SO₃, HCl). Щелевая в зонах застоя воды.
• Отложения. Накипь (CaCO₃, MgSiO₃) снижает теплопроводность. Силикатные отложения на лопатках турбин или в пароперегревателях.
• Загрязнение газового тракта. Унос солей с паром приводит к образованию отложений в дымоходах и теплообменниках.
• Эрозия. Взвешенные частицы повреждают насосы и арматуру.

Методы водоподготовки:

• Механическая очистка. Мультимедийные фильтры для удаления взвесей (>10 мкм).
• Химическое умягчение. Ионообменные смолы (Na⁺ или H⁺-катионирование) для снижения жесткости. Дозирование антискалантов (полифосфаты) для подавления кристаллизации солей. Обезжелезивание (при необходимости) каталитическими средами.
• Деаэрация. Химические поглотители кислорода (деаэраторы на основе каталитических смол).
• Дименерализация. Ультрафильтрация (UF) для коллоидных частиц и органики. Обратный осмос (RO) удаляет 95–99% солей, органики. Электродеионизация (EDI) для систем с высоким требованием к чистоте воды.
• Химическая коррекция pH и добавление ингибиторов.

Типовая схема водоподготовки для котлов утилизаторов:

1. Механическая фильтрация → 2. Умягчение + Обезжелезивание → 3. Деаэрация → 4. Деминерализация (Обратный осмос, EDI) → 6. Химическая коррекция pH и добавление ингибиторов.

Требования к качеству воды:

• Жесткость ≤ 0.002–0.005 мг-экв/л (практически нулевая для Растворенный кислород ≤ 0.005 мг/л (высокий риск коррозии в паровых трактах).
• pH 9.0–10.5 (щелочная среда для защиты от кислотной коррозии).
• Железо ≤ 0.02–0.05 мг/л (оксиды железа образуют отложения в пароперегревателях).
• Кремний ≤ 0.1–0.5 мг/л (силикатные отложения на лопатках турбин снижают КПД).
• Солесодержание (TDS) ≤ 1–3 мг/л (для котлов сверхвысокого давления).
• Хлориды и сульфаты ≤ 0.1 мг/л (предотвращают коррозию под напряжением).
• Электропроводность ≤ 2–5 мкСм/см.

Риски примесей:

• Накипь Соли Ca²⁺, Mg²⁺ кристаллизуются на поверхностях нагрева, снижая теплопередачу и повышая риск перегрева труб.
• Коррозия. Кислородная (O₂) и углекислотная (CO₂) коррозия в конденсатно-питательных трактах. Щелевая коррозия в зонах застоя воды.
• Отложения в турбинах. Унос солей (особенно SiO₂, Na⁺) с паром приводит к образованию отложений на лопатках, дисбалансу и вибрациям.
• Пенообразование. Высокий TDS вызывает вспенивание в барабане котла, провоцируя гидроудары.
• Биологическое обрастание. В системах охлаждения (градирни, конденсаторы) бактерии и водоросли снижают эффективность теплообмена.

Применяемые на практике методы:

• Основным (устаревшим) методом деминерализации на действующих ТЭС остается ионный обмен, однако он сопряжен с высокими эксплуатационными расходами: значительная потребность в кислоте и щелочи, образование минерализованных стоков (в 2 раза выше стехиометрической нормы), а также нестабильное удаление органических примесей (содержание углерода до 800 мкг/л).
• Для снижения затрат внедряются современные гибридные системы водоподготовки для ТЭС, сочетающие стандартную предподготовку, подбираемую по составу исходной воды, с мембранными технологиями (ультрафильтрация, обратный осмос, электродеионизация). Это позволяет получить деминерализированную воду высокого качества, минимизировать объем химических реагентов и сократить расход воды до 10-15% за счет рециркуляции.
  

Этапы водоподготовки ТЭС:

• Механическая очистка и обеззараживание. Фильтры грубой очистки для удаления взвесей (>20 мкм). Обеззараживание и обезжелезивание гипохлоридом натрия.
• Химическое умягчение. Ионообменные смолы (Na⁺-катионирование, H⁺-катионирование) для снижения жесткости до 0.002 мг-экв/л. Дозирование фосфатов или полимерных антискалантов для подавления кристаллизации солей. Органопоглощающие (сорбционные) фильтры - сорб
• Деаэрация. Химические поглотители кислорода (деаэраторы на основе каталитических смол).
• Дименерализация. Ультрафильтрация (UF) для коллоидных частиц. Обратный осмос (RO) удаляет 97–99% солей, микроорганизмов. Критичен для снижения TDS до 1–2 мг/л. (требуется предварительная очистка: умягчение + антискаланты для защиты мембран от загрязнений. Электродеионизация (EDI) — энергоэффективная альтернатива ионообмену для крупных ТЭС.
• Химическая обработка. Ингибиторы коррозии (амины, нейтрализующие летучие соединения). Биоциды для подавления биообрастания в системах охлаждения.
• Очистка конденсата. Магнитные фильтры для удаления частиц железа из возвратного конденсата. Ионообменные фильтры для доочистки конденсата перед подачей в котёл.

Типовая схема водоподготовки для тепловых электростанций (ТЭС):

1. Механическая фильтрация → 2. Умягчение → 3. Деаэрация → 4. Обратный осмос → 5. Деминерализация (EDI) → 6. Химическая коррекция → 7. Очистка конденсата.