Статья: Качество воды для отопительно-производственных котельных в процессе химводоподготовки

Качество воды для отопительно-производственных котельных в процессе химводоподготовки

В.И. Зятина, О.С. Ковальчик

ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры»

Предложены характеристики воды, используемой в качестве теплоносителя в котельных установках, с последующей химводоподготовкой. Выполнен анализ состава и качества воды из централизованного водоснабжения и после соответствующей обработки.

Ключевые слова: химводоподготовка, централизованное водоснабжение, котельные установки.

В.И. Зятина, О.С. Ковальчик

Донбаська національна академія будівництва і архітектури

Запропоновано характеристики води, використовувані в якості теплоносія в котельних установках, з подальшою хімводопідготовкою. Виконано аналіз складу та якості води з централізованого водопостачання та після відповідної обробки.

хімводопідготовка, централізоване водопостачання, котельні установки.

V.I. Ziatina, О.S. Kovalchik

Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture

The characteristics of water used as a coolant in boiler plants, followed by chemical water treatment are suggested. The analysis of the composition and quality of water from the centralized water supply and after treatment.

Chemical water treatment, centralized water supply, boiler plants.

Постановка проблемы

В теплоэнергетической промышленности, важным технологическим этапом является химводоподготовка воды. Наличие минеральных примесей, усложняет и делает невозможным процесс теплообмена за счет образования на поверхностях теплообменников и котлов накипи. Кроме котлов отложениям подвержены пароперегеватели и турбины, что в целом усложняет работу котельного агрегата. Главными задачами в коммунальном хозяйстве и теплоснабжении являются экономия энергоресурсов и обеспечение безаварийной и надежной работы котельного оборудования, что напрямую связано с качеством воды на входе в котел.

Анализ последних исследований

вода котельный сетевой оборудование

Присутствие в природной воде естественных минеральных примесей и солей приводят к образованию накипи и коррозии. Проведен анализ существующих методов и выбор систем водоподготовки в ЖКХ, а также состояние котельного оборудования в муниципальных поселках Ярославской области, 2009 год [1]. В ходе, которого были обследованы маломощные котельные для горячего водоснабжения и отопления, большинство муниципальных котельных, представляющих интерес с точки зрения выявления типовых проблем горячего коммунального водоснабжения и теплоснабжения. Кроме анализа функционирования существующих систем химводоподготовки, были выполнены анализы воды на входе в котел на всех стадиях технологического процесса. Полученные данные позволяют с большой вероятностью говорить о том, что в настоящее время на большинстве исследованных котельных практически отсутствуют нормально функционирующие системы обработки воды при подаче ее на котельное оборудование и в сеть горячего водоснабжения. Данные системы включают: механическую очистку воды; системы декарбонизации и деаэрации воды. Даже при наличии этих систем, технический контроль за их состоянием и режимами работы не проводится. В результате получаем, что при полном отсутствии достоверного аналитического контроля большинство котельных не способны эффективно выполнять свою функцию.

Основные проблемные вопросы на производстве:

* высокая степень износа котельного и сетевого оборудования и постоянная необходимость замены котельного агрегата и элементов тепловых сетей;

* низкое санитарное качество воды, подаваемой в сеть водоснабжения и высокие потери в сети;

* отсутствие должного технологического и административного контроля за показателями и режимами работы оборудования;

* низкие технико-экономические показатели работы котельной вследствие высоких непроизводственных затрат на эксплуатацию оборудования и сетей.

При наличии накипи толщиной в 1 мм котел перерасходует в среднем от 2 до 3 % топлива, так как теплопроводность накипи в 200 раз ниже теплопроводности конструкционной стали. Слой накипи в 1 мм поглощает 10 % тепловой энергии, а если на стенках котла или бойлера наросло 13 мм, то теряется уже 70% тепла, (рис. 1) [1]. По данным английской фирмы A&S Research inc. 3 мм накипи поглощают 25% тепловой энергии, 7 мм - 39%. (рис.1) [1].

Рис.1. Зависимость потерь тепловой энергии через греющую поверхность от толщины слоя отложений солей жесткости.

Накипь приводит к значительному перерасходу энергоносителей, снижению КПД, перегреву поверхностей нагрева котлов, сужению просвета труб и каналов, что создает дополнительное сопротивление движению воды, увеличению затрат на обслуживание и ремонт теплообменного оборудования. Кроме того, под слоем накипи происходит накопление примесей, вызывающих ускоренную коррозию металла. [1]

Электронный преобразователь солей жесткости «Термит» - универсальное устройство защиты систем отопления, водопроводов, котлов, бойлеров, теплообменников, парогенераторов, градирен и другого оборудования от накипи и коррозии [14]. С помощью преобразователя не образуется прочная смесь аморфных отложений солей жесткости, а сформировавшиеся ранее отложения разрушаются и уносятся с потоком воды. Вода при обработке не меняет солевой состав, что сохраняет ее качества питьевой воды без потерь необходимых химических элементов [14].

Приборы относятся к современному поколению устройств безреагентной обработки воды, широко распространенных за рубежом, и представляют собой современную альтернативу химводоподготовке.

Сроки службы котельного и сетевого оборудования Брейтовской центральной котельной существенно меньше нормативных сроков в среднем в 2-3 раза. [1]

Таким образом, совершенно четко видны проблемы химводоподготовки на котельных установках, а также промывных вод от технологического процесса очистки воды.

Цель исследования

Повышение срока службы котельного оборудования и сетей горячего тепло - и водоснабжения. Устранение проблем с нейтрализацией агрессивных стоков, сбрасываемых в канализацию.

Основной материал. Для удаления солей жесткости, а это и есть умягчение воды применяем натрий-катионитовые фильтры, так как они обладают высокой обменной емкостью.

Существуют нормативные требования к качеству подпиточной воды систем теплоснабжения табл. 4 [13]. Согласно п. 8 [12] «Водно-химический режим работы котельной должен обеспечивать работу котлов, тепловых сетей, теплообменного оборудования без коррозионных повреждений, отложений накипи и шлама внутри и снаружи оборудований, а также воды требуемого качества».

Подбор и метод химводоподготовки начинается с анализа качества сырой воды. На основании требований к очистке, исходной жесткости воды и производительности котла, выбираем способ умягчения воды. Наиболее распространенными являются умягчение на натрий-катионитовых фильтрах; известкование; снижение общего солесодержания на установках обратного осмоса; обработка на Н- и ОН-ионообменных фильтрах. В зависимости от системы теплоснабжения, назначение воды и мощности котла, вода на входе в котел должна соответствовать требуемым нормам качества воды табл. 9 [12]. Для теплосетей и котлов низкого давления применяем умягчение воды через натрий-катионитовые фильтры, а для котлов высокого давления уже деминерализация и деаэрация воды. Также обязательной процедурой является обеззараживание воды. Наибольшее распространение получили озонирование, ультрафиолетовое облучение и хлорирование. В настоящее время очистка воды с помощью озона одна из самых эффективных и безопасных методов очистки. Применяя обеззараживание, мы снижаем риск проблем:

· Выход из строя теплоэнергетического оборудования;

· Капитальные ремонты проводить реже, также затраты на ремонт низкие;

· Перерасход электро и тепловой энергии, и газа;

· Снижение КПД котлов;

· Качество теплоснабжения будет высоким.

Был проведен мониторинг основных параметров работы котельной в период с 01.09.18 по 30.09.18. Ведется журнал температурного графика работы котельной (табл.1).

Таблица 1. Температурный график работы котельной

Рис. 2. Метод очистки умягчения воды с обеззараживанием.

Химводоподготовка воды на стадии предварительной очистки устраняет из воды все органолептические показатели - это мутность, цветность и запах. Приводиться несколько схем очистки воды их характеристики. [9]

В данном методе применяется озон, для удаления бактерий, адля удаления минеральных солей применяем кислород. Очистка осуществляется через ионнообменный фильтр, система аэрация воды, фильтр обезжелезиватель, а также угольный фильтр. Метод предназначен для воды с высоким содержанием солей жесткости и солей железа.

Рис.3. Метод глубокого умягчения (деминерализация воды).

1 - аэратор; 2 - песочный фильтр; 3 (3.1, 3.2) - катионнообменые фильтры; 4 - декарбонизатор; 5 (5.1,5.2) - анионнообменные фильтры; 6 - сборник деминерализованной воды; 7 - ратсвор хлорида натрия на регенерацию катионита; 8 - раствор кислоты на регенерацию катионита; 9 - раствор щелочи на регенерацию анионита.

Таблица 3. Качестенная классификация воды по степени жесткости

Данную установку химводоподготовки, разработал Присяжнюк В.А. Установка проверяна на Кременчугской ТЭС. Технология очистки состоит в том, что поступающая вода без предварительной дегазации, то есть это когда насосоы подсасывают воздух, вода проходит магнито - гидродинамический резонатор, в реактор подается определенное количество осадительногго реагента, на практике уже определеяться все по точности, также обеспечивается необходимая интенсивность перемешивания и время пребывания. В конце очитски поступает вода в сборник умягченной, так называемой осветленной воды. Технология позволяет увеличить производительность в два раза, снизить расход реагентов, повысить качество очистки, уеньшить объем жижких стоков, то есть шлама [9].

Для решения проблем с нейтрализацией загрязненных стоков, сбрасываемых в канализацию является устройство безреагентых систем химводоподготовки, среди которых большое распространение получили системы обратного осмоса и магнитная обработка воды. Безреагентная водоподготовка, или магнитная обработка воды [10,11] известны с 1936 г. Этот метод предотвращения отложений накипи на теплообменных поверхностях без нагрева не умягчает воду, не снижается ее карбонатнаю и общую жесткость. Главные его преимущества в том, что по стоимости не дорогой и прост в эксплуатации. Механизм предотвращения накипеобразования на теплообменных поверхностях с помощью магнитной обработки, сводится к изменению водной структуры. В результате карбонат кальция, который обычно кристаллизуется, начинает кристаллизоваться в арагонит. Арагонит не откладывается на теплообменных поверхностях. Более того, если отложения кальция промывать уже магнитной водой, он переходит в арагонит, отложения разрыхляются, отслаиваются от поверхности и уносятся потоком воды. [9]

Качество питьевой воды, подаваемой потребителям фильтровальными станциями КП «Компания «Вода Донбасса»» с Верхнекальмиусской фильтровальной станции (г.Донецк, г.Ясиноватая), за сентябрь, 2018 г. (табл.3).

Таблица 3. Качество воды потребляемой котельной до химводоподготовки.

Перечень анализируемых показателей и их периодичность выполняются по согласованному с Областной санитарно-эпидемиологической станцией документу.

* - допустимые значения, по согласованию с органами сан-эпидемиологической службы.

** - ПДК согласно ТУ У 41.0-00191678-001(002):200

Качество подпиточной и сетевой воды водогрейных котлов и водоподготовки после обработки, результаты составляют (табл. 4):

Таблица 4. Результаты химического анализа после химводоподготовки.