XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

При использовании любого топлива остаются продукты сгорания. Часть из них выходит через дымовую трубу. Но и в топке или камере сгорания их остается много. Накипь — твёрдые отложения, образующиеся на внутренних стенках труб паровых и водогрейных котлов, водяных экономайзеров, пароперегревателей и других теплообменных аппаратов, в которых происходит испарение или нагревание воды, содержащей те или иные соли. 

Если накопившуюся накипь не удалять, то постепенно мощность котла уменьшится. Также начнет снижаться и КПД устройства. Поэтому требуется периодически проводить очистку котла от накопившихся продуктов сгорания.

Вредное влияние накипи проявляется в трех направлениях: слой накипи, покрывающий поверхность нагрева, уменьшает коэффициент теплопередачи между водой и газами, что в итоге вызывает перерасход топлива. На рисунке 1 показано влияние толщины слоя накипи на перерасход топлива. Известно, что 5 мм накипи приводят к перерасходу до 30% тепловой энергии, а 10 мм - повышают её расход в два раза.

Рис. 1 Влияние толщины накипи на перерасход топлива

Загрязнение поверхности нагрева котла со стороны воды повышает температуру стенки водогрейной, дымогарной или жаровой трубы, причем повышение температуры стенки будет тем больше, чем толще слой накипи и чем меньше её коэффициент теплопроводности (λ_нак). На рис. 2, в качестве примера, показано изменение температуры стенки водогрейной экранной трубы, расположенной в топочном пространстве (1100°С) в зависимости от теплопроводности накипи и её толщины (s). 

Рис. 2 Зависимость температуры стенки от толщины слоя накипи

Накипь возникает в результате реакции кальция, магния и кремния с металлом труб и образует твердый слой на их внутренней поверхности, препятствуя теплопередаче. Чтобы преодолеть тепловое сопротивление накипи, приходится повышать температуру труб. Это приводит к их перегреву и образованию трещин. Слой накипи толщиной 3 мм вызывает потерю 2-3% тепла. В общем, накипь понижает КПД котла на 10-12%.

Механическая очистка котлов типа ДЕ

Перед механической очисткой котла производится его щелочение. Котел после остывания промыть (температура стенки барабанов не должна превышать 40-50°С). Очистка котла от накипи механическим путем производится с применением шарошек и гибких валов. Сроки очистки от накипи устанавливаются в зависимости от режима и длительности работы котла и качества воды.

Химическая очистка котлов типа ДЕ

На основании данных лабораторного анализа состава отложений на внутренних поверхностях нагрева специализированная организация определяет вид реагентов и режим химической очистки котла:

а) Очистка минеральными кислотами

Наиболее эффективная очистка пятипроцентным раствором соляной кислоты (НСl), которая производится при 50-60°С с циркуляцией раствора в элементах контура со скоростью не менее 1 м/с для устранения выпадения взвешенных частиц. Реагенты растворяют в баке-растворителе, подогревают паром. Длительность обработки при указанном подогреве 6-8 ч. без подогрева 12-14 ч.

б) Очистка органическими кислотами

Можно применять кислоты: лимонную, адипиновую, муравьиную. Более широко используется лимонная кислота, при применении которой требуется обеспечить надежную циркуляцию раствора со скоростью не менее 0,5 м/с, но не более 1,8 м/с во избежание усиления коррозии котельного металла. Концентрация кислоты должна быть в пределах 1,0-3,0% (трехпроцентный раствор кислоты может связать 0,75% железа по массе). Лимонная кислота эффективно удаляет прокатную окалину, но не действует на силикаты и медь, соединения кальция, удаляются в ограниченных размерах. Нельзя допускать перерывов в циркуляции растворов и добавлять в раствор свежую кислоту. Отработавший раствор лимонной кислоты следует вытеснять из котла горячей водой, а не дренировать.

В качестве примера рассмотрим химическую промывку котлов с применением реа­гента «ДЕКАРБОН 1».

Рабочий раствор «ДЕКАРБОН 1» с водой приготавливают в концентрации 1:5 - 1:15 в зависимости от количества отложений и количества пла­нируемых промывок. 1кг концентрата технического моющего средства «ДЕКАРБОН 1» гарантированно удаляет 300-800гр. отложений

Оценка отложений, их количество и состав осуществляется специализированной организацией или визуально внутренним осмот­ром.

После промывки котёл, теплообменник промывается водой для удаления шлама до её полного осветления и вскрывается для вну­треннего осмотра. После внутреннего осмотра, при необходимости, производится смывание остатков шлама и делается оценка эффек­тивности промывочных работ.

Проведем расчет экономической эффективности при чистке топочной камеры раствор «ДЕКАРБОН 1» [1].

Стоимость 1 м³ природного газа - 5,88 рублей.

При работе котлов агрегата в течение года в среднем будет образовываться 1 -2 мм накипи, что влечет к понижению КПД котлоагрегатов и повышению перерасхода газа на 2-4%.

– перерасход газа

– переплата за газ в год

Расчет экономической эффективности:

Цена «ДЕКАРБОН 1» за 1 л = 140 руб.

Срок окупаемости рекомендуется округлять до целых чисел, т.е. в данном случае срок окупаемости составит менее одного года.

Литература

Бухмиров В.В Методические рекомендации по оценке эффективности энергосберегающих мероприятий. / В.В. Бухмиров и др. - Томск: ИД ТГУ, 2014. – 96 с

Делягин Г.Н. Теплогенерирующие установки / Г.Н. Делягин и др. - М.: Стройиздат, 1986. 560 с.

Инструкция по промывке паровых и водогрейных котлов [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://deskam.ru/stati-i-informatciya/2020-06-10/instruktciya-po-promyvke-parovykh-i-vodogreynykh-kotlov

Технологии очистки паровых котлов [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3232

Код для цитирования: Скопировать