VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Одной из основных проблем, снижающих надежность теплоснабжения, особенно в сельских районах, является невысокая надежность и неэффективность источников тепла, то есть водогрейных котлов. В свою очередь их неэффективность и аварийность во многих случаях обусловлены образованием отложений солей жесткости (накипи) на теплообменных поверхностях котлов. Накипеобразование ведет к тепловой и гидравлической разбалансированности, повышению аварийности и малому ресурсу работы. Обладая низкой теплопроводностью, слой накипи резко ухудшает передачу тепла в паровых и водогрейных котлах, вызывая перерасход топлива,снижение коэффициента полезного действия (КПД) в целом; снижение качества горячего водоснабжения.

Классические способы борьбы с накипью, то есть водоподготовка, связаны с удалением из питательной воды солей жесткости (поглощением их различными ионитами) или добавлением к воде химических веществ (например, фосфатов). Эти способы очень дороги, а поэтому и применяют их в основном на крупных источниках. Многочисленный парк котлов, водоподогревателей и других теплообменных устройств малой (децентрализованной) энергетики зачастую питается обычной сетевой, а в сельских районах просто сырой, природной водой. В результате происходит быстрое образование на стенках аппаратов накипи. Это приводит к значительному сокращению сроков службы заводских котлов. При работе на природной воде из-за отложений солей жесткости на внутренних поверхностях трубок, они забиваются и котел через 2-3 сезона выходит из строя, его приходится менять.

Известные способы химической очистки трудоемки, требуют дорогостоящих и экологически вредных реактивов, нуждаются в остановке котла. Кроме того, при химической очистке агрессивный раствор частично "съедает" металл котлоагрегатов, а соответственно снижает их межремонтный срок, некоторые реагенты экологически небезопасны.

Применяют другие способы водоподготовки – магнитная обработка воды, комплексоны, ПАВ и др. [1]. Для очистки котлов предложены также такие способы как воздействие на очищаемые поверхности переменного магнитного поля (используется эффект магнитострикции), ультразвуковые противонакипные устройства, резонансные волновые активаторы (обеспечивают структурирование воды) и др.[2,3]. Таким образом, диапазон предлагаемых решений борьбы с накипью велик и этой проблеме уделяется значительное внимание исследователей и разработчиков, на рынке имеется огромное количество предложений разных противонакипных устройств. Тем не менее, проблема накипеобразования не теряет остроты. Предлагаемые устройства имеют свои преимущества и недостатки и применяются, по разным причинам, далеко не везде. Около 50 % котельных области имеют системы водоподготовки. Такая же обстановка и в других областях региона. Как отмечается, например, в [4], большое количество котельных в Томской области не имеют обязательных систем водоподготовки, а там, где они имеются, далеко не всегда работают эффективно. Радикальным решением проблемы было бы создание котла, который может работать длительное время на природной воде, без водоподготовки. Именно такой котел разработан Ю.Киселёвым, на который вместе соавторами им получен патент[5,6]. Суть изобретения состоит в том, что для предотвращения отложений на внутренних поверхностях теплообменных трубок значительно увеличена пристенная скорость движения воды за счет закрутки потока теплоносителя.

Закрутка потока теплоносителя широко применяется в теплообменных аппаратах, используемых в различных отраслях промышленности вплоть до ядерных реакторов и ракетно-космической техники. Это один из наиболее эффективных и перспективных способов интенсификации теплообмена, ее применение увеличивает коэффициент теплоотдачи в 2…2,5 раза [7]. При разработке данного котла основной целью закрутки потока было именно уменьшение отложений за счет, как указано, повышения пристенной скорости потока, но в то же время улучшалась теплопередача.

Закрутка потока обеспечивается разными способами: закрученной металлической лентой, вставленной по всей длине канала, пружинными спиральными вставками, внутренними спиральными ребрами, спиральными канавками, сферическими выемками и др.[8]. Всем им присущи определенные недостатки, связанные с усложнением конструкции и технологии изготовления. Описываемое же инновационное решение состоит в том, что соединение двух соседних труб в секции обеспечивается тангенциально-щелевым переходником, позволяющим создать вращательно-поступательное (спиральное) движение воды при каждом переходе. Секции между собой соединяются последовательно, образуя одну ветвь, в котле предусматриваются две ветви из нескольких последовательно соединенных секций, устанавливаемых по противоточной схеме движения воды относительно дымовых газов. В этом состоит существенное отличие разработанного котла от других известных котлов, например, котла «Богатырь» Ижевского котельного завода.

Успешный опыт эксплуатации опытно-промышленных образцов новых водогрейных котлов (длительная, в течение 10 лет работа без накипеобразования, что подтверждает вырезка образцов на трубах действующих котлов – внутренняя поверхность чистая, гладкая) доказывают эффективность данных котлов с закруткой потока с помощью тангенциально-щелевого перехода.

Список литературы

1. Рыженков В.А., Волков А.В., Лукин М.В. О работе теплоснабжения и опыте реализации ПАВ-технологии для реновации системы отопления здания школы в Воркуте // Промышленная энергетика. 2012. № 6. С.16-20. 2.http://beznakipi.com/ultrasound/ochistka_kotlov_ot_nakipi.

3.http:// sknoo.ru/text?mode=view&post_id=1973201

4.Привалихин Г.К., Артамонцев А.И., Лебедев Б.В. О состоянии водоподготовки на предприятиях малой энергетики // Промышленная энергетика. 2012. №6. С.26-27.

5. Киселев Ю.Е., Гецман А.Е., Никитенко М.С. Котел водогрейный. Патент № 2341732 от 20.12.2008

6.Киселев Ю.Е., Сливной В.Н. Безнакипный водогрейный котел.Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды международной научно-практической конференции – Кемерово: ННЦ ГП – ИГД им. А.А.Скочинского, ИУУ СО АН, КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь»,2012. С.222-223.

7.Круг А.Ф., Кузма-Кичта Ю.А., Комендантов А.С.Обобщение данных по критическим тепловым нагрузкам при закрутке потока с помощью ленты // Теплоэнергетика. 2010. № 3. С. 46-51.

8. Леонтьев А.И., Олимпиев .В. Потенциал энергосбережения различных способов закрутки потока и дискретно шереоховатых каналов // Известия РАН. Энергетика. 2010. № 1. С.13-49.