Энергоэффективные технологические решения в области очистки воды для котельного оборудования

На IIм международном семинаре проектировщиков ведущий инженер нашей компании Горелов Александр Сергеевич выступил с докладом.

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОЧИСТКИ ВОДЫ ДЛЯ КОТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Готовность тепловых станций и котельных к зиме, в рамках всероссийской программы подготовки к отопительному сезону, вызывает повышенное внимание. Необходимость проведения работ, обеспечивающих безаварийную работу теплового оборудования, выходит на первый план. Одной из главных проблем, с которой сталкиваются эксплуатационные организации – это образование твердых отложений на внутренней поверхности котлов, теплообменников и трубопроводов тепловых станций. Образование этих отложений приводит к серьезным потерям энергии. Эти потери могут достигать 60%. Рост отложений существенно снижает теплоотдачу. Большие отложения могут полностью блокировать работу системы, привести к закупориванию, ускорить коррозию и в итоге вывести из строя дорогое оборудование.

Образующиеся накипные отложения во-первых, ухудшают теплоотдачу теплообменных поверхностей, что приводит к перегреву стенок котла и снижению срока его службы, а во-вторых, увеличивают потери тепла. Ухудшение теплообмена приводит к перерасходу энергоносителей, что отражается на эксплуатационных затратах (Рис. 1). Образование на поверхностях нагрева даже незначительного по толщине (0,1-0,2 мм) слоя отложений приводит к перегреву металла и, как следствие, к появлению отдулин, свищей и даже разрыву труб.

Все эти проблемы возникают из-за того, что для подпитки тепловых сетей, как правило, либо отсутствуют системы водоподготовки для котельных установок, либо те, что установлены, морально и физически уже устарели. Исходная вода часто подается в отопительную систему без необходимой обработки и подготовки.

При этом надёжность и экономичность работы котельного, теплоэнергетического и другого подобного оборудования в значительной степени зависит от эффективности проведенной водоподготовки. Крайняя изношенность оборудования многих котельных зачастую связана с тем, что последний ремонт котельных и их модернизация проводилась очень и очень давно.

Капитальный ремонт для систем водоподготовки, использующих, как правило, системы умягчения с использованием сульфоуглей и сданных в эксплуатацию несколько десятков лет назад лишь откладывает на два-три года их окончательное разрушение и нимало не снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций в отопительный период.

Существует ряд способов решения этой проблемы, каждый из которых связан с различными капитальными и эксплуатационными затратами. Из множества известных вариантов предотвращения образования накипи в настоящее время получили распространение лишь несколько.

В последнее время с приходом на рынок зарубежных производителей, российских компаний активно занимающихся продвижением новых технологий и материалов для водоподготовки, наметилась тенденция для данных целей считать основными, современными способами подготовки воды, следующие:

— умягчение Na-катионированием с применением современных методов ионного обмена, с использование новых типов фильтрующих материалов и соответствующих им конструкций фильтров;

— декарбонизация воды с применением современных новых типов фильтрующих материалов (слабокислотных катионитов) и соответствующих им конструкций фильтров взамен Н-катионированием с «голодной» регенерацией

— очистка воды с применением мембранных технологий подготовки воды;

— применение программ химической обработки подпиточной воды с помощью дозирования современных более эффективных реагентов (ингибиторов коррозии, дисперсантов и ингибиторов солеотложения)

— также комбинирование всех вышеупомянутых методов

— альтернативные способы — в основном различные так называемые «преобразователи солей жёсткости» основанные на физических методах обработки воды.

Сравнительно недавно возникший метод — с помощью электромагнитной обработки воды. Способ связан с относительно высокими капитальными затратами на приобретение приборов для обработки при практически полном отсутствии эксплуатационных затрат. Ограничения по использованию таких приборов, в основном, связаны с тем, что их нельзя устанавливать перед устройствами, в значительной степени турбулизующими поток воды (например, насосами), а также в помещениях с высокой интенсивностью электромагнитных полей. Отмечается также недостаточная эффективность приборов такого типа при значении жесткости исходной воды, превышающей 7,0 ммоль/л.

Другой мало затратный способ — дозирование в воду антинакипинов последнего поколения, которые позволяют обеспечить полную защиту котельных установок от образования отложений. Обработка воды производится с использованием комплексов, включающих дозирующие насосы и емкость с рабочим раствором. Определенные трудности вызывает то, что данный метод можно использовать без предварительной обработки воды при карбонатном индексе не более 10 (мг-экв/л), кроме того, существует необходимость утилизации сильно загрязненной воды по окончании отопительного сезона. Тем не менее, эта технология достаточно универсальна и апробирована в котельных с расходом подпиточной воды от 0,5 до 50 м3/ч. Расход реагента, в зависимости от значения карбонатного индекса, изменяется от 0,2 до 1,5 мг/м3. Во многих случаях данный способ позволяет полностью отойти от технологии умягчения воды, то есть исключить затраты на приобретение соли и необходимость сброса в канализацию стоков с высоким солесодержанием. Химические промывки теплообменников и котлового оборудования при этом можно осуществлять не чаще 1 раза в 3 года.

Несмотря на внедрение других технологий, на предприятиях отрасли не снижается интерес к использованию технологии Na-катионирования. Прежде всего, это связано с отказом от использования сульфоугля, который имеет очень малую эффективность, как ионообменный материал. Сегодня лучшие зарубежные образцы катионообменных смол на основе полимерных материалов имеют в несколько раз большую обменную емкость, чем у сульфоуглей, что позволяет соответственно в 5-7 раз снизить как расходы соли на регенерацию, так и объемы сточных вод. Современные установки умягчения воды непрерывного действия в отличие от эксплуатировавшихся в течение десятилетий систем полностью автоматизированы и занимают в несколько раз меньшую площадь при сохранении требуемой производительности. Способ защиты оборудования котельных от образования накипи с помощью умягчения воды методом ионного обмена имеет наиболее высокую степень надежности, что и обусловило его широкое распространение.

При подготовке подпиточной воды для систем ГВС, применяется также технология подготовки воды Н-катионированием с «голодной» регенерацией.

Технология Н-катионирования с «голодной» регенерацией позволяет существенно снизить карбонатную жесткость воды с частичным уменьшением некарбонатной. Все ионы водорода, вводимые в катионит с регенерационным раствором, полностью задерживаются, и вследствие этого в отработанных сточных водах кислота практически отсутствует. Расход регенерирующего реагента — серной кислоты является стехиометрическим, т.е. расчетным. Недостатками данного метода при использовании сульфоугля или КУ2-8 в Н-форме (отечественные специальные слабокислотные катиониты широкого распространения не получили) является пониженные эксплуатационные характеристики, в частности:

— низкая скорость фильтрования (до 10 м/ч)

— низкая обменная емкость (200-250 г-экв /м3), как следствие

— большие затраты реагентов и воды на собственные нужды;

— увеличенное количество фильтров;

— трудность в управлении процессом (особенно в случае применения КУ2-8) и, как следствие, нестабильное качество воды

Сегодня, на рынке появились зарубежные слабокислотные катиониты, зачастую называемые карбоксильными катионитами которые специально созданы для удаления карбонатной жёсткости т.е. декарбонизации.
При ионообменном способе декарбонизации воды на слабокислотном карбоксильном катионите к водородной форме (как наиболее экономичном) происходит замена солей кальция (Ca2+), магния (Mg2+) на водород (Н+).
Таким образом, вместо кальция (Ca2+), магния (Mg2+), вводится эквивалентное количество водорода (Н+). Далее анионы HCO3- взаимодействуют с образующимися катионами Н+.

В результате происходит снижение концентрации бикарбонатов путём их «разрушения» и образование в результате углекислого газа. При этом, происходит снижение рН воды. Далее, для стабилизации рН воды требуется её отдувка на дегазаторе.

Особенно хочется отметить технологию обратного осмоса, которая позволяет обойтись без высоких эксплуатационных расходов на реагенты и позволяет сбрасывать в канализацию или очистные сооружения воду с солесодержанием, в большинстве случаев, не превышающем допустимые значения. Основное препятствие для широкомасштабного применения этого способа подготовки воды — достаточно высокая стоимость обратно осмотических установок по сравнению с ионообменными установками той же производительности, а также повышенная коррозионная активность мало минерализованной воды, получаемой в результате обработки. Вопрос о снижении коррозионной активности воды может быть решен путем введения ингибиторов коррозии с использованием универсальных дозирующих комплексов. Использование обратно осмотических установок наиболее перспективно на крупных тепловых станциях, где производится не только подпиточная вода, но и вода для парогенераторов.

Необходимо отметить, что для технологий умягчения (натрий-катионирования) и обратного осмоса в большинстве случаев требуется проведение тщательной предварительной подготовки воды с целью удаления из неё железа и органических примесей. При решении проблем осветления и обезжелезивания достаточно широко используются методы хлорирования, озонирования, аэрации и коагуляции с последующим осаждением загрязнений из воды на высокопроизводительных напорных с каталитическими или смешанными загрузками. Оборудование этого типа характеризуется высокой скоростью протекания процессов очистки, большой полнотой извлечения загрязнений, работой в автоматическом режиме. Другим значительным преимуществом этой технологической стадии является отсутствие промежуточных накопительных ёмкостей большого объёма, что значительно снижает капитальные затраты. Регенерация фильтров осуществляется без применения каких-либо химических веществ путем промывки слоя фильтрующего материала обратным током воды. Если по расчетным данным смешанная контактная масса не может обеспечить необходимую степень очистки от загрязнений, в качестве загрузки фильтра могут быть использованы каталитические сорбенты.

Системы компьютерного моделирования процессов очистки воды позволяют осуществлять выбор технологических схем и оборудования в достаточно короткие сроки и без создания пилотных установок, несмотря на то, что для каждого конкретного производства требуется определенная производительность линии водоподготовки, а каждый источник воды имеет уникальный химический состав. Специалисты «Компании ТРОЯ» на основании требований к очищенной воде, химического анализа воды и требований к производительности осуществляют весь комплекс работ по созданию, модернизации и расширению систем водоподготовки для котельных установок и тепловых станций — от проектирования и поставки до монтажа оборудования.

Насколько же экономически оправданно тратиться на водоподготовку?

Специалисты подсчитали, что мероприятия по водоподготовке дают экономию топлива от 20 до 40%, увеличивается срок работы котлов и котельного оборудования до 25-30 лет, значительно уменьшаются расходы на капитальный и текущий ремонт котельной в целом, так и отдельных элементов, котлов и теплового оборудования. Окупаемость установок водоподготовки зависит от их производительности и составляет от 6 месяцев до 1,5 — 2 лет.

Значительное количество объектов, на которых установлены современные системы водоподготовки различной производительности и назначения, и повышенный интерес эксплуатационных служб к этой проблеме позволяет утверждать о том, что люди от которых зависит тепло в наших домах поняли, что применение установок водоподготовки, созданных на основе современных технологий и конструктивных решений — залог надёжной, бесперебойной, безаварийной работы, как небольших котельных, так и крупных энергоблоков.

Заказать звонок