Контроль содержания кремния в котловой воде является обязательным элементом ведения водно-химического режима (ВХР) паровых котлов, особенно работающих на средних и высоких параметрах давления. Кремнекислота рассматривается как один из наиболее опасных компонентов примесного состава.
Кремниевая кислота попадает в воду при растворении различных силикатных пород. Количество кремниевой кислоты в природных водах не превышает обычно 30-40 мг/кг. Из воды кремний поглощается растениями, поэтому концентрация кремнекислоты в поверхностных водах меньше, чем в подземных.
Растворимость кремниевой кислоты в природных водах зависит от ионного состава воды и значения pH. При pH меньше 9 в воде практически присутствует только недиссоциированная кремниевая кислота; при pH больше 9 в воде может содержаться одновременно H2SiO3 и HSiO3-, а при pH больше 11 находится HSiO3- и SiO32-.
В отличие от большинства солей жёсткости, кремнекислота способна переходить в паровую фазу при повышенных давлениях и температурах. Это приводит к переносу кремния в пар, отложению силикатов на проточных частях турбин, снижению КПД турбинных установок. Особенно критично это для энергетических котлов высокого давления.
Отложения на поверхностях нагрева
В котловой воде кремний участвует в образовании плотных трудноудаляемых силикатных отложений совместно с кальцием и магнием. Такие отложения обладают высокой механической прочностью, низкой теплопроводностью, устойчивостью к кислотной промывке. Это вызывает ухудшение теплообмена и повышение температуры металла труб.
Кроме того, отложения на лопатках турбин снижают эффективность преобразования энергии пара в механическую работу, что уменьшает общий КПД энергоблока.
Нормирование содержания кремния
Допустимая концентрация кремнекислоты зависит от типа котла, рабочего давления, требований к качеству пара. Для котлов низкого давления допустимы более высокие значения, с увеличением давления предельно допустимая концентрация SiO2 резко снижается.
Жёсткие требования предъявляются к питательной воде, котловой воде, насыщенному и перегретому пару. Контроль ведётся в соответствии с внутренними регламентами предприятия и отраслевыми методическими указаниями по ВХР.
Методы контроля
Наиболее распространён — молибденово-синий метод, основанный на образовании окрашенного комплекса кремнемолибденовой кислоты с последующим фотометрическим определением концентрации. На современных котельных применяются автоматические кремнемеры, системы непрерывного мониторинга, выводы сигнализации при превышении установленных уставок.
Мероприятия по снижению содержания кремния в котловой воде
Снижение концентрации кремния (SiO₂) в питательной и котловой воде является приоритетной задачей при эксплуатации паровых котлов, особенно средних и высоких параметров. Комплекс мероприятий должен быть направлен как на предотвращение поступления кремния в систему, так и на ограничение его накопления в котловом контуре.
Комплекс включает в себя предварительную водоподготовку. Часто используются мембранные методы очистки на базе обратноосмотических установок, ионнообменные методы очистки воды, на базе анионитовых фильтров или фильтров смешанного действия.
Щелочной режим влияет на растворимость и формы существования кремния. Поддержание оптимального значения pH позволяет снижать образование труднорастворимых силикатов кальция и магния, уменьшать плотность отложений.
Коллоидные формы кремния удаляются при помощи коагуляции и осветления, механической фильтрации.
Заключение
Контроль содержания кремния в котловой воде является критически важным элементом обеспечения:
- надёжности котельного оборудования;
- стабильного качества пара;
- сохранения проектного КПД;
- защиты турбинного оборудования от силикатных отложений.
Нарушение нормативных требований по кремнию приводит к ускоренному образованию трудноудаляемых отложений и снижению энергетической эффективности установки.