XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Вода в огромных количествах используется в энергетике в качестве теплоносителя, растворителя, рабочего тела и т.д. в связи с этим, надежность и экономичность работы котельных, теплоэнергетических и других оборудований в «большой» и «малой» теплоэнергетике в значительной степени зависит от операций, связанных с водоподготовкой, для обеспечения нужного водно-химического режима.

Как и многие системы, системы водоподготовительных установок во многом требуют модернизации. Особенно, интенсивное использование природных водных источников в энергетике, как наиболее емкой по водопотреблению отрасли промышленности, обуславливает необходимость экологического совершенствования систем водопользования и водоподготовительных установок.

Так же, вода, забранная из источников (прудов-отстойников, водоемов, водопроводных систем), содержит большое количество примесей (измельченные горные породы, пески, ил и др.), растворенных химических веществ, имеет высокую минерализацию, кислотность и жесткость. Это все ведет к преждевременному изнашиванию энергосистем, как физическому, так и моральному.

Высокие требования предъявляются к качеству применяемой воды в системах теплоснабжения и охлаждения турбомашин.

Способы водоподготовки в теплоэнергетике могут быть следующие:

Подготовительные (грубая очистка простейшими фильтрами);

Ионообменное обессоливание;

Обратный осмос;

Декарбонизация;

Деаэрация.

Применяемые фильтры для удаления взвешенных веществ:

Дисковые;

Сетчатые;

Мембранные;

Для защиты насосов;

Осветлительные;

Гидроциклоны.

Фильтры для удаления растворенных химических веществ:

Умягчения;

Обезжелезивания;

Ультрафильтрации;

Сорбционные;

Обратного осмоса.

Одним из элементов малой теплоэнергетики являются котельные. Поэтому качество водоподготовки напрямую влияет на надежность всех тепловых систем.

Основной задачей водоподготовки является предотвращение нежелательных процессов, таких как образование накипи и коррозии во всех агрегатах промышленной котельной.

Системы котельных подразделяются на водогрейные и паровые. Требования к качеству воды изменяется в зависимости от типа котла. Важнейшие показатели качества воды – жесткость, содержание растворенного кислорода и углекислого газа, рН.

Водоподготовка для котельных включает в себя:

Механическую очистку;

Обезжелезивание;

Удаление солей жесткости;

Реагентную очистку от агрессивных газов и кислорода;

Для паровых котлов – дополнительная реагентная очистка остаточных паров и жесткости.

Начальная водоподготовка – механическая очистка (она осуществляется в один или несколько этапов фильтрации). Из воды за счет процеживания ее через специальные материалы удаляются песок, ил, мутность, окалины и другие извести, поступающие с исходной водой. Солесодержащие макроэлементы, такие как катионы кальция, магния и анионы гидрокарбоната растворенные в воде, данным методом удалить невозможно.

В системе водоподготовки при заборе воды устанавливают фильтрующие элементы грубой механической очистки. Они способны задержать крупные взвеси и примеси из воды, поступающей из скважины, поселкового водопровода и колодца. Предварительная механическая фильтрация обеспечивает нормальную работу последующих модулей всей системы очистки, удерживая крупные механические частицы.

Вода может проходить два вида фильтрации: фильтры грубой очистки и фильтры тонкой очистки.

Фильтры грубой очистки – фильтры, в которых механическое очищение воды происходит за счет сетчатых фильтров, оснащенных редуктором давления (это комбинация несложного промывного фильтрующего элемента с клапаном низкого давления, который защищает магистрали и устройства от ненужных колебаний давления);

Фильтры тонкой очистки – в них вода проходит финишное очищение. Они задерживают тонкие механические частицы и улучшают органолептические показатели воды – запах, вкус. Тонкая механическая фильтрация воды осуществляется картриджными фильтрами, удаляющие активный свободный хлор и органические и хлорорганические соединения.

Благодаря отстаиванию и механической фильтрации из воды возможно удалить почти 60% примесей, конечно, это низкая степень чистоты очищаемой воды, поэтому для повышения ее качества применяются более дорогие и эффективные методы очищения.

 Механическая фильтрация воды — это самый дешевый метод очистки, по сути, это лишь подготовка ее к более глубокому очищению химическими и биологическими методами.

Обезжелезивание является одной из основных задач очистки воды. Содержание в воду растворенного железа и в виде осадка плохо сказывается на ее вкусовых и технологических качествах.

Существуют следующие методы очистки воды от железа:

Механический

Отстаивание

Реагентный

Каталитический

Ионообменный

Обратный осмос

Удаление солей жесткости. В промышленных масштабах, для подготовки технической жидкости, а также в системах водоочистки на первых этапах, применяются методы, которые помогают связать соли жесткости и заставить их выпасть в осадок. Для этого используют отстойные камеры и химические реагенты. Это очень грубый способ очистки, поэтому в бытовых условиях используются более тонкие системы, которые значительно повышают эффективность фильтрации. 

Основной и самой эффективной является система обратного осмоса воды, которая позволяет обеспечить очистку от солей жесткости до ста процентов. В ее основе лежит природный принцип капилляров растений, которые под большим давлением прогоняют питательные вещества внутри себя, обеспечивая максимальную эффективность впитывания. Очистка воды от солей жесткости методом обратного осмоса происходит по тем же принципам. Основной элемент конструкции - это полупроводниковая мембрана с мельчайшими капиллярами. Поток воды под большим давлением прогоняется через эти капилляры, заставляя все примеси остаться снаружи, попуская только молекулы воды. В результате обеспечивается максимальная эффективность очистки. Кроме этого, обратный осмос не сопровождается образованием отложений или осадка, который может засорить систему или проникнуть в очищенную воду.

Реагентную очистку воды от агрессивных газов и кислорода по-другому еще называют деаэрация воды.

Деаэрация воды в котельных — это водоподготовка, во время которой из воды удаляются растворенный кислород и углекислота. Так как при нагревании воды в котельных именно растворенный кислород оказывает отрицательное влияние на оборудование. Но даже после проведения деаэрации может потребоваться применение специальных химических реагентов, чтобы снизить концентрацию растворенных газообразных веществ.

Для связывания в сетевой и питательной среде кислорода можно применять комплексные реагенты, с помощью которых можно не только уменьшить концентрацию углекислоты и кислорода до приемлемого уровня, но также и привести в норму уровень рН котельной воды, а также предотвратить образование известковых отложений. Таким образом, в некоторых случаях приемлемого качества воды в котельных можно достичь даже без использования оборудования для деаэрации.

Химическая деаэрация воды работает по такому принципу: в котловую воду добавляются реагенты, которые связывают растворенные газообразные вещества, провоцирующие развитие коррозии. Для удаления растворенного кислорода используются реагентами, специально предназначенными для паровых котлов.

В любой воде в больших количествах имеются агрессивные растворенные газы, в основном углекислота и кислород, которые и способствуют появлению коррозии трубопроводов и оборудования. Термическая деаэрация воды позволяет существенно снизить количество газов в ней. Самое большое негативное воздействие оказывает кислород, являясь причиной коррозии. Углекислота же является катализатором, то есть усиливает действие кислорода.

Чаще всего используется именно термическая деаэрация. При нагреве воды в котельной при постоянном давлении происходит выделение растворенных газов, сто при температуре кипения позволяет полностью избавиться от концентрации газов в воде.

Водоподготовка паровых котлов производится при помощи специальных химических реагентов. Подготовка воды решает проблемы ее коррозийных свойств и предотвращает образование отложений на поверхностях труб. Система водоочистки и химическая подготовка обеспечивают энергоэффективность и экологичность производства. Химводоподготовка для паровых котлов не допустит образования жёсткости, окалины, накипи, поможет избежать коррозии оборудования. Установка оборудования для водоподготовки позволит контролировать все параметры воды в тепловых сетях. Стандартная система водоподготовки включает в себя: дозирующий насос, бак с реагентами, датчик расхода воды. Эта система не требует капитальных затрат, но обеспечит сохранение котельного оборудования в рабочем состоянии.

Водоподготовка в теплоэнергетике — это эффективный способ сохранить и повысить КПД отопительной системы, продлить срок службы оборудования, сэкономить топливо и энергию. Вода, которая используется в качестве основного теплоносителя, должна поступать в систему очищенной от механических загрязнений, органики и поверхностно активных веществ, растворенных солей, включая силикаты. В противном случае котлы могут прийти в негодность, а теплообменники не смогут выполнять свои функции.

Л и т е р а т у р а

Справочник по теплообменным аппаратам энергетических установок / Ю.М. Бродов [и др.]; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Ю.М. Бродова. -М.: Издат. дом МЭИ, 2008. - 480 с.

Ледуховский, Г.В. Эмпирическое обеспечение ячеечных моделей тепломассообмена в системе «вода - водяной пар» и десорбции растворенного кислорода в элементах атмосферных деаэраторов / Г.В. Ледуховский, В.П. Жуков // Вестник ИГЭУ. - 2017. - № 3. - С. 5-13.

Шарапов, В.И. Гидродинамические условия работы деаэраторов на природном газе / В.И. Шарапов, Е.В. Кудрявцева (Мингараева) // Энергосбережение и водоподготовка. - 2017. - № 1. - С. 13-16.

Код для цитирования: Скопировать