Водоподготовка. Организация водно-химического режима в системах теплоснабжения как составляющая энергоэффективности

журнал "Новости теплоснабжения", июнь 2014

Введение

Важнейшей задачей современного общества является создание энергосберегающих процессов и оборудования, позволяющих обеспечить экономию топливных и энергетических ресурсов. Значительный вклад в области энерго- и ресурсосбережения систем теплоснабжения принадлежит организации водно-химического режима, обеспечивающего надежную эксплуатацию всех элементов системы за счет предотвращения как образования любых типов отложений на внутренних поверхностей котлов (подогревателей) и трубопроводов тепловых сетей, так и всех типов коррозионных повреждений внутренних поверхностей.

Общеизвестно, что накипь толщиной 2-3 мм на теплопередающих поверхностях вызывает:

• Резкое повышение температуры стенок экранных труб (до 800-900 0С). В результате местного перегрева происходит разрыв экранной трубы и, как следствие, аварийный останов, влекущий за собой экономические последствия.
• Снижение теплопроводности, приводящее к перерасходу топлива. Для некоторых типов топлив может составлять 2-4%. Для котельной мощностью 1,94 Гкал/час годовой перерасход топлива равен 19,08 т.у.т.
• Увеличение гидравлического сопротивления котла и трубопроводов, что приводит к росту затрат на э/э и необходимости проводить химические очистки.
• Ускорение коррозии металла.

Разрыв трубы конвективнойчасти водогрейного котла КВГМ-100	Отложения на внутренней поверхности трубы кон-вективной части водогрейного котла КВГМ-100	Отложения в трубе

К основным составляющими качественного ведения ВХР систем теплоснабжения можно отнести:

1. Актуальную схема ВПУ. Зачастую на котельных меняется источник водоснабжения, переводят паровые котлы на водогрейный режим, принимают возвратный конденсат без применения очистки, что приводит к негативным последствиям.
2. Актуальные режимные карты оборудования ВПУ и котлов.
3. Периодический представительский химический контроль подпиточной и сетевой вод.

Комплексный водно-химический режим

В последние годы в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения широко используется комплексонный водно-химический режим (КВХР), реализуемый методом частичной или полной стабилизации природной, подпиточной и сетевой воды (стабилизация жесткости) или стадию удаления коррозионно-агрессивных газов (ингибирование коррозии). Опыт работы АНО «Агентство по энергосбережению УР» позволяет судить о недостатках и преимуществах данного метода (Таблица 1).

Таблица 1. Сравнительная характеристика обработки воды ингибитором коррозии и накипеотложений

№ п/п	Преимущества	Недостатки
1.	Процесс дозирования полностью автоматизирован (по объему подпиточной воды)	На начальной стадии возможен обвал старых отложений, требуется контроль, продувка
2.	Высокая точность дозирования при использовании насосов «Грундфос», «Текна» и их аналогов	Нужна грамотно разработанная режимная карта с указанием дозировки реагента для различных режимов работы котельной и тепловых сетей
3.	Компактность
4.	Простота в управлении
5.	Возможность дозирования реагента с двухсторонним действием (стабилизация жесткости и ингибирование коррозии)
6.	Отмыв старых отложений
7.	Бессточная схема
8.	При необходимости проведения продувок качество сточной воды отвечает требованиям для слива в канализацию, класс опасности применяемых реагентов, как правило, 4
9.	Не требуется дополнительного оборудования, кроме счетчика подпиточной воды
10.	Не требует дополнительных материалов и эксплуатационных затрат
11.	Не требует высокой квалификации обслуживающего персонала

Следует отметить, что пока не существует достоверной эмпирической формулы для определения необходимой дозировки реагента в зависимости от основных показателей воды: рН, жесткость, щелочность, железо, органические соединения, температура нагрева с учетом разверки. Поэтому подбор реагента и его концентрации при дозировании должен быть безупречен и проведен специализированной организацией в лабораторных условиях. Кроме того, при использовании КВХР для открытых систем теплоснабжения обязательно наличие гигиенического заключения Минздрава РФ.

На практике же обслуживающие организации просто закупают реагент у поставщика, не заботясь о режимно-наладочных испытаниях, не ведут контроль дозировки, что может быть потенциально опасным с точки зрения накипеобразования, так как содержание кальция в воде значительно превышает его содержание при традиционных методах подготовки подпиточной воды.

Малогабаритные установки умягчения

Еще одной тенденцией последнего времени стала замена натрий-катионитовых фильтров на современные пластиковые малогабаритные установки умягчения. Специалисты нашей организации опытным путем выявили плюсы и минусы данного мероприятия (Таблица 2).

Таблица 2. Сравнительная характеристика обработки воды на современной пластиковой малогабаритной

№ п/п	Преимущества	Недостатки
1.	Процесс регенерации автоматизирован и не требует присутствия обслуживающего персонала	При поломке нижнего и верхнего распределительных устройств или при любом диагностировании со снятием блока управления требуется перегрузка фильтрующего материала
2.	Компактность	Максимальная температура при обработке не должна пре-вышать 37-40 0С по условиям работы блока переключения (т.е. не подходят для обработки «горячих» конденсатов). Требует установки обратных клапанов во избежание пере-тока горячих потоков
3.	Фильтр не обогащает тракт продуктами коррозии	Таблетированная соль, которой проводится регенерация, дороже в 4 раза, чем обычная поваренная
4.	Простота в управлении	Стоки не подлежат сливу в канализацию из-за большого содержания хлоридов. Требуется утилизация
5.	Дополнительных материалов и реагентов, кроме соли, не требуется	Нет возможности провести гидроперегрузку смолы
6.	Снижение количества стоков	Требует определенного качества исходной воды (СО 34.37.526)
7.		Требует периодического химического контроля, поскольку отключение на регенерацию проводится по «времени» или по «объему», а не по жесткости воды.

Попытки наладить процесс регенерации по удельной элетропроводности обработанной воды не увенчались успехом, а удельная электропроводимость (УЭП) обработанной воды не только снижается, а даже увеличивается вследствие того, что эквивалентная масса иона натрия несколько больше эквивалентных масс Са²⁺ и Мg²⁺.

Была проведена серия опытов для установления зависимости между УЭП и жесткостью исходной воды, результаты которых можно видеть на Рисунке 1.

 

Рисунок 1. Результаты серии опытов для установления зависимости УЭП от параметров:

                                                 

 

 

а) зависимость УЭП от жесткости исходной воды,

 

 

 

 

 

б) зависимость УЭП от жесткости исходной воды после первой ступени умягчения,

 

 

 

 

 

в) зависимость УЭП от жесткости исходной воды после второй ступени умягчения.

 

 

 

Легко видеть, что даже при одной и той же жесткости воды значение УЭП после 1 ступени умягчения колеблется от 470 до 530 мкСм/см, что говорит об отсутствии зависимости между эти-ми двумя показателями в проведенных опытах.

Обратный осмос

Не остается без внимания применение обратного осмоса для подготовки добавочной воды.

Принципиальную схему можно видеть на Рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема установки обратного осмоса для подготовки добавочной воды:

1. Входной сетчатый фильтр 140 мкм;
2. Осветлительные фильтры
3. Сорбционный фильтр 2472;
4. Система дозирования ингибитора — 2 шт.;

Основной блок очистки и деионизации:

     5. Установки одноступенчатого осмоса.

Дополнительное оборудование:

     6. Накопительная емкость — в комплект поставки не входит;

     7. Насосная станция — в комплект поставки не входит

Наряду с общеизвестными преимуществами данного метода, можно выявить ряд недостатков:

• Требует высокого качества предочистки (отсутствие взвешенных веществ, органики, и т.д.) и, следовательно, дополнительного оборудования;
• Требует постоянного расхода воды (при непостоянстве расхода необходимо устанавливать бак);
• Количество сточной воды увеличивается в 3-4 раза и может составляет до 50-60% производительности ВПУ;
• Требует дополнительных эксплуатационных расходов на очистку мембран (не менее 4 раз в год), замену мембран через 3-5 лет, замену активированного угля и т.д.
•  Высокая стоимость (например, стоимость установки СОМ О 1000-16, СПб, производи-тельностью 0,6-1,2м3/час составляет 414 тыс. руб. без учета дополнительного оборудования, с учетом дополнительного оборудования - ориентировочно 900 тыс. руб. в ценах 2013 года).
• После установки обратного осмоса вода имеет кислые свойства и требуется применение реагентов, повышающих рН.
•  Требует высокой квалификации персонала и ведение периодического химического контроля.

Столь экзотический метод, как правило неприемлем для котельных малых мощностей, которых в Удмуртии подавляющее большинство. Он может быть признан экономически обоснованным, если исходную воду невозможно подготовить иным методом до норм, предписанных нормативными документами.

Таким образом, при выборе схемы необходимо проводить обязательное технико-экономическое обоснование, по результатам которого предпочтение отдается наиболее эконо-мичному варианту при сохранении качества обработанной воды.

Выбор оптимальной схемы и состава технологических процессов ВПУ, использование процессов и аппаратов с минимальным гидравлическим сопротивлением и высоким КПД, переход на безреагентные способы ВПУ, на маловодные и безводные технологии, использование высокоэффективных материалов и реагентов, автоматизация технологических процессов – вот перечень возможных энергоэффективных мероприятий. В части водоподготовительного оборудования можно предложить ряд быстроокупаемых мероприятий, позволяющих снизить расходы на собственные нужды. (см. Таблица 3).

Таблица 3. Быстроокупаемые мероприятия по снижению затрат

№ п/п	Наименование	Механизм экономии	Предполагаемый эффект
1.	Замена сульфоугля на катионит, а также замена смолы при снижении ее обменной емкости бо-лее чем на 30-50% (рис. 2)	Увеличение обменной емкости	Снижение затрат на собственные нужды (вода, электроэнергия, стоки)
2.	Применение подогрева исходной воды	Повышение обменной емкости до 20% Снижение затрат на собственные нужды (вода, электроэнергия, стоки)	Снижение сопротивления слоев смолы Установка насосов меньшего давления
3.	Использование одноступенчатого катионирования при переходе с парового на водогрейный режим	Снижение количества регенераций	Снижение затрат на собственные нужды (вода, электроэнергия, стоки)
4.	Использование хвостовой обменной емкости при работе двух ступеней катионирования	Снижение количества регенераций	Снижение затрат на собственные нужды (вода, электроэнергия, стоки)
5.	Применение автоматизированных установок, противоточной схемы регенерации	Снижение расхода соли на регенерацию	Снижение трудозатрат, расходов соли, воды на собственные нужды

Таким образом, грамотное и внимательное обращение к вопросам организации водно-химического режима систем теплоснабжения от подбора схемы обработки воды до периодического контроля всех потоков - позволит не только избежать остановов оборудования из-за свищей и порывов, но и сэкономить топливно-энергетические и материальные ресурсы.

автор Котова М.Е.