Размещено на http://www.allbest.ru/

Об опыте использования магнитной обработки воды на теплоэнергетических объектах Сибири и Дальнего Востока

Совершенствование способа магнитной обработки воды (МОВ) и расширение областей ее применения в народном хозяйстве - один из путей повышения эффективности и увеличения срока службы теплообменных аппаратов и тепловых сетей. Все наблюдения и результаты получены на основании исследований, выполненных нами совместно с институтом «Дальрыбвтуз» (г. Владивосток). Накопленный нами опыт применения аппаратов противокоррозионного и противонакипного омагничивания воды позволяет использовать их не только в паровых и водогрейных котлах, но и в тепловых сетях жилых домов, что повышает комфортность проживания людей.

По литературным данным, накипь в трубах паровых котлов толщиной 1 мм приводит к перерасходу топлива от 3 до 10% [1]. Наши расчеты показывают, что отложения толщиной 0, 3-0, 4 мм вызывают перерасход топлива в паровом котле Е1/9 на 6564 долл. США в год, а в водогрейном котле «Универсал-6» на 3327 долл. США в год при стоимости топлива 140 долл. США за тонну. Стремление наиболее эффективным и недорогим способом избавиться от накипи привело к использованию МОВ в судовых и береговых котлах на Дальнем Востоке уже с 1962 г. [2]. Так, с 1981 г. по 1990 г. на судовые паровые котлы 79 судов флота рыбной промышленности были установлены аппараты противонакипного и противокоррозионного омагничивания воды, использующие в качестве источника магнитного поля постоянные кольцевые магниты из феррита-бария [3].

Немного теории

С целью совершенствования процесса МОВ разработана теория магнитного воздействия. В соответствии с этой теорией магнитное поле аппарата, сквозь которое пропускается питательная вода, воздействует на ее тонкодисперсную примесь. При этом происходит «дробление» твердых частиц размером 10 мкм и менее в поле напряженностью Н до 2000 Э и возрастание их поверхности, на которой и осаждаются соли накипеобразователя и продукты коррозии, образуя шлам, удаляемый из котла продувкой. Таким образом, МОВ предотвращает накипеобразование. На развитой поверхности частиц адсорбируются и растворенные газы: кислород, водород и подавляется процесс коррозии.

Вследствие дробления твердых частиц, являющихся примесями воды, в магнитном поле, и увеличения численной концентрации частиц, служащих центрами кристаллизации, в толще воды активизируется процесс выпадения солей из воды в теплообменных аппаратах (котлах, испарителях) и возникает движение частиц от поверхности нагрева в толщу воды, освобождающее ее от отложений. Этот процесс является причиной второго эффекта-отслаивания старой накипи. В результате МОВ поверхность нагрева становится «безнакипной», чистой.

Применение данной теории позволило сделать вывод о том, что для повышения эффекта МПВ в магнитных аппаратах необходимо увеличить количество пересечений водой силовых линий магнитного поля при одновременном увеличении напряженности магнитного поля.

На основании лабораторных исследований и опыта промышленного применения омагничивающих аппаратов разработан «Способ магнитной обработки воды», на который в 1989 г. было получено авторское свидетельство № 1706968, которое позднее было заменено на патент. Изобретение относится к промышленному способу обработки воды, в частности к противонакипному, и позволяет повысить эффективность процесса воздействия на воду магнитного поля. Способ включает операции попеременного наложения и снятия магнитного поля с определенной частотой и крутизной фронтов и импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса обработки воды, одновременно с омагничиванием воду охлаждают. При этом напряженность Н магнитного поля создают 200-2000 Э.

Для реализации данного способа предложена конструкция магнитного аппарата на постоянных кольцевых магнитах из феррита-бария с отводом теплоты. Кольцевые магниты намагничиваются на расчетную напряженность в специально изготовленном намагничивающем устройстве. В предложенной конструкции аппарата решается несколько задач: увеличивается количество пересечений водой силовых линий магнитного поля; напряженность магнитного поля в аппарате рассчитывается и устанавливается с учетом показателей качества воды и теплофизических параметров теплообменного аппарата; для интенсификации МОВ во время омагничивания отводится теплота. На рис. 1 показан пример использования таких аппаратов на водогрейном котле (3 Гкал/ч).

Опыт использования магнитных аппаратов в котлах и тепловых сетях

магнитный вода отопительный котельная

В 1990 г. на три котла Е 1/9 котельной воинской части Тихоокеанского флота были установлены аппараты МОВ (Н=482 Э). Котлы отработали с МОВ 13 лет, затем аппараты были заменены на новые, с более современными кольцевыми магнитами. Другие методы водоподготовки не применяются. Котлы питаются водой с общей жесткостью - 0, 35 мг-экв/кг, рН=6, 7, содержанием железа Fe+2 - 0, 4 мг/кг. При ежегодных вскрытиях котлов накипи в верхних барабанах, коллекторах и радиационных трубах не обнаружено. Коррозионных повреждений нет. В нижнем водяном барабане за отопительный сезон скапливается до 5-7 кг рыхлых отложений рыжего цвета, легко удаляемых мастерком.

Аналогичный результат наблюдается на котлах Е 1/9 ОАО «Биробиджаноблгаз» (Н=1037 Э) с подпиточной водой общей жесткостью -1, 18 мг-экв/кг, рН=7, 6, содержанием железа Fe+2 - 5, 0 мг/кг, ОАО «В-Лазер» (Н=503 Э) (г. Уссурийск Приморского края) с показателями воды общей жесткостью - 0, 5 мг-экв/кг, рН=5, 74, содержанием железа Fe+2 - 2, 47 мг/кг. Котлы работают без химводоподготовки. Эффект МОВ, проявляющийся в очищении котла от старой накипи, которая в виде легко удаляемого шлама скапливается в барабанах и коллекторах, наблюдается уже через 0, 5-1 месяца после установки магнитных аппаратов. Поэтому необходимо при установке аппаратов для МОВ на «грязный» котел в первое время вскрывать его для удаления отслаивающейся накипи для исключения нарушения циркуляции воды в котле. Кроме этого необходимо пользоваться специально рассчитанной режимной картой продувок котла для выведения шлама, который интенсивно образуется при МОВ.

На котле Е 1/9 аппараты для МОВ устанавливаются после питательного насоса перед обратным клапаном, исключающим попадание пара в питающую магистраль. В случае его неисправности насыщенный пар из барабана котла под давлением 0, 9 МПа и температурой 174 ОС поступает в магнитный аппарат, что приводит к тепловому удару и разрушению магнитоисточника.

Для небольших котлов Е 1/9 МОВ является часто единственным методом, защищающим от накипи, т.к. традиционная натрий-катионитовая водоподготовка является высокозатратной: требует замены химических материалов, расхода соли, наличия лаборантского персонала, дополнительных помещений.

Рис. 1. Аппараты противонакипного и противокоррозионного омагничивания на водогрейном котле (3 Гкал/ч) на котельной ООО «Котельный комплекс Эгершельд» в г. Владивосток Приморского края.

В последнее время предприятия закупают котлы иностранного производства, рассчитанные на питание химически очищенной водой. Однако при использовании подпиточной воды с параметрами: общая жесткость - 0, 78 мг-экв/кг, рН=6, 4, содержание железа Fe+2 - 0, 5 мг/кг для парового котла (Корея) производительностью 3 т пара в час ОАО «Озерновский рыбоконсервный завод № 55» (Камчатская область) по рекомендациям изготовителя через каждые 6 месяцев необходима промывка котла «Трилоном-Б» для очистки котла от накипи. После установки магнитных аппаратов (Н=663 Э) необходимость очистки отпала, котлы отработали 14 месяцев без химводоочистки в безнакипном режиме.

Наблюдения показывают, что чем «жестче» вода, тем выше эффект МОВ. Так, для питания водой котла ДКВР 4/13 комбината «Ангара» Красноярского теруправления Госрезерва используется исходная вода с общей жесткостью - 6, 9 мг-экв/кг, она нагревается в деаэраторе до 70 ОС, проходит через магнитный аппарат (Н=1698 Э) и поступаетв котел. В течение 14 месяцев котел работал без химводоочистки - на-трий-катионитовых фильтров. В котле отложений накипи при осмотре не обнаружено.

При исследовании накипи под микроскопом кристалло-оптическим методом оценены размеры кристаллов, образовавшихся при кипячении в течение 5 минут в необработанной воде и в воде, обработанной магнитным полем. Оценка качества магнитной обработки заключается в сравнении размеров зерен кристаллов в обработанной и необработанной воде и определением степени измельчения кристаллов. Степень измельчения кристаллов K - это отношение среднеарифметического размера кристаллов в необработанной воде к среднеарифметическому размеру кристаллов в обработанной воде. Если степень измельчения K=1 - магнитная обработка неэффективна, при K=1, 5-2 - магнитная обработка эффективна, процесс накипеобразования снижается, при K=3 - магнитная обработка высокоэффективна. При анализе структуры кристаллов, полученных после МОВ, поступающей на котельную комбината «Ангара», обнаружено, что степень измельчения равна ~3. Таким образом, вода с высоким содержанием накипеобразователей после магнитной обработки в аппаратах для МОВ образует в котле большое количество микрокристаллов, не оседающих, в условиях движущейся жидкости, в виде накипи - т.е. осуществляется практически безнакипный режим.

На паровых котлах ДКВР 10/13, ДКВР 20/13 и ДЕ 25/14 ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение им. Ю.А. Гагарина» в течение 7 лет используются магнитные аппараты (Н=1063 Э). Результат -верхние барабаны отложений не имеют, в нижних барабанах легкий налет продуктов коррозии толщиной до 0, 1 мм, легко смываемый напором воды. До установки аппаратов производилась ежегодная очистка труб и барабанов от накипи толщиной до 1 мм.

Высокая эффективность применения магнитных аппаратов позволила на совещании Госгортехнадзора Приморского округа 07.07.1997 г. принять решение: в соответствии со СНиП 11-35-76 и 2.04207-86, а также, учитывая наличие положительного опыта, рекомендовать МОВ для стальных паровых котлов, допускающих внутри-котловую обработку воды при жесткости исходной воды менее 10 мг-экв/кг; при наличии натрий-катионовых и других фильтров МОВ использовать как дополнительную защиту котла от проскоков жесткости.

Обычно на процессы накипеобразования в водогрейных котлах обращают мало внимания. Это объясняется тем, что тепловые нагрузки поверхностей нагрева в них незначительны по сравнению с паровыми котлами. Однако обычно в контурах отопления с водогрейными котлами устанавливаются сетевые насосы производительностью 200-320 м3/ч, а подпитка воды достигает 50 м3/ч. Так что подача солей с подпиточной водой в систему довольно значительна.

На сегодня также разработана, с учетом рекомендаций [6], и успешно применяется схема установки аппаратов для МОВ с пропуском через них воды до 25% (антирелаксационный контур) от производительности сетевых насосов по обводной магистрали, а 75% воды идет через диафрагму по основному трубопроводу. Кроме этого, при значительных (до 5 м3/ч и выше) расходах на подпитку, обрабатывается и подпиточ-ная вода. При этом производительность одного аппарата для тепловых сетей - до 20 м3/ч. Если расход воды в месте установки аппарата превышает его производительность, то тогда включают блок из нескольких магнитных аппаратов, чтобы покрыть дефицит производительности.

Западные электрические сети ОАО «Дальэнерго» установили три магнитных аппарата (Н=1258 Э) в систему отопления с электрокотлами КВЭ-400 (г. Спасск Приморского края). За время работы аппаратов чистка котлов производилась два раза за 6 месяцев, в то время как без аппаратов чистка производилась ежемесячно.

Отложения накипи, достигавшие толщины 3 мм и более, заставили руководство филиала «Михайловский» КГУП «Примтеплоэнерго» (с. Михайловка Приморского края) установить на 6 водогрейных котлах «Братск-4М» 5 аппаратов для МОВ (Н=1633 Э). Вода для питания котлов имеет характеристики: общая жесткость -3, 5 мг-экв/кг; рН-7; содержание железа Fe+2 -1, 7 мг/кг. При этом в антирелаксационном контуре обрабатывается 90 м3/ч воды - 28% от количества воды в циркуляции 320 м3/ч. Подача воды осуществляется после котлов «Братск-4М» непосредственно в систему отопления жилого массива, поэтому котлы сильно загрязнялись продуктами накипи и коррозии при возврате воды. МОВ всего за один отопительный сезон 1998-1999 гг. снизила количество отложений в 2-2, 5 раза до толщины 1, 2-1, 5 мм. В основном накипь состоит из окислов железа, на видимой части внутренней поверхности нагрева боковых секций наблюдаются участки, покрытые защитной пленкой черного цвета. Для очистки достаточно смыть налет окислов железа напором воды. Аппараты для МОВ эффективно используются на котельной по настоящее время.

По программе энергосбережения ЕАО в 2003 г. ряд муниципальных предприятий установили на водогрейных котлах магнитные аппараты. Это позволило сэкономить на Ленинском МУ МПП «ЖКХ» 250 т угля, ООО «Дубровское ЖКХ» -51 т угля за один отопительный сезон. При этом эксплуатационные характеристики водогрейных котлов КВС-0, 43 (Н=380 Э) и КВ-0, 63Б (Н=1300 Э) существенно улучшились, а прозрачность воды с общей жесткостью до 5 мг-экв/кг увеличилась.

Установка блока из четырех аппаратов (Н=589 Э) на переведенные в водогрейный режим два котла КЕ 10/14 и один ДКВР 10/13 ОАО «Амурский металлист» (г. Благовещенск) привела к снижению отложений до 0, 5 мм, легко удаляемых напором воды, в то время как до установки МОВ при ежегодном вскрытии до 50% трубок коллекторов были забиты накипью.

Вновь смонтированный в 2004 г. водогрейный котел КВ-5-ФС котельной ММП ЖКО администрации Ермаковского района Красноярского края к февралю 2005 г. «закипел», т.к. питается водой с общей жесткостью - 4, 23 мг-экв/кг, рН-7, 77, содержанием железа Fe+2 - 1, 7 мг/кг при полном отсутствии водоподготовки. В феврале 2005 г. установлен комплект аппаратов для МОВ: один на подпитку (Н=1311 Э) и три в антирелаксационный контур (Н=1232 Э), и уже через 7 дней при продувке котла пошел шлам в виде густой массы отложений и песка. При осмотре труб конвективного пучка после окончания отопительного сезона накипи не обнаружено.

Накопленный нами опыт позволил надеяться на положительный эффект при использовании MOB в тепловых сетях потребителей - жилых домов. В 2002-2003 гг. при финансовой поддержке Агентства США по Международному развитию и Института Устойчивых Сообществ (США) установлено 16 аппаратов в тепловые узлы систем теплоснабжения 6-, 9- и 14-этажных домов Ленинского, Первомайского, Фрунзенского и Первореченского районов г. Владивостока: 12 аппаратов были смонтированы в системах отопления и 4 в системы горячего водоснабжения (ГВС).

До установки магнитных аппаратов толщина накипи на вырезанных контрольных образцах труб систем отопления достигала 3-4 мм, а в системах ГВС - 10 мм.

В аппаратах систем отопления упомянутых экспериментальных зданий Н=286-453 Э, а в аппаратах ГВС Н=430-512 Э при общей жесткости обрабатываемой воды 0, 23-0, 58 мг-экв/кг. Наблюдения за работой аппаратов проведены в отопительный период 2002-2003 гг.

В целом механизм накипеобразования и влияние на него постоянного магнитного поля представляется следующим. В котельных и бойлерных тепло подводится к поверхностям нагрева, концентрация накипеобразователей в воде, прошедшей предварительную деаэрацию, повышается, накипь из солей жесткости прикипает к поверхности нагрева. Во внутридомовых сетях и отопительных приборах процесс обратный: теплота отводится. При оптимальной для накипеобразования температуре 50-90 ОС и высоким содержанием кислорода из потока воды накипе-образователи, механические частицы, органика осаждаются на внутреннюю поверхность труб и отопительных приборов, под слоем накипи идет интенсивная коррозия. Химический анализ образцов накипи, выполненный Геологическим Институтом ДВО РАН, показал, что в нашем случае в системах отопления и ГВС до МОВ накипь состоит из окислов железа Fe2О3 соответственно на 63-81% и 75-81%. После прохождения отопительного периода 2002-2003 гг. и применения MOB содержание Fe2О3 в накипи систем отопления снизилось до 57-66% (на 6-15%), в системах ГВС до 62-68% (на 13%) (рис. 2). На основании полученных результатов можно сделать предварительный вывод: под воздействием магнитного поля частицы накипеобразователей разрушаются на более мелкие фракции, при этом частицы абсорбируют на себя кислород и другие растворенные газы, которые движутся вместе с ними в толще воды, не оседая на поверхности теплообмена, задерживаются в грязевиках. Таким образом, содержание кислорода в воде снижается, коррозия поверхностей труб уменьшается. Этот вывод подтверждается опытом работы организаций, генерирующих тепло.

Положительный эффект прекращения процесса накипеобразования и снижения толщины накипи в системах отопления на 0, 3-1, 5 мм отмечен в 5 домах и лишь в одном доме магнитная обработка была неэффективна, т.к. дом оказался «концевым» на теплотрассе и вся грязь скапливалась в нем. На вновь врезанных «чистых» образцах труб за отопительный сезон отмечено отложение порошкообразного налета толщиной от 0, 1 до 0, 2 мм. В системах ГВС применение МОВ снизило толщину накипи на трубах на 1, 0-5, 0 мм. Во внутридомовых бойлерах системы ГВС эффективность очищения составила 60-70%.

Полученные результаты позволили рассчитать изменение коэффициента теплопередачи загрязненных накипью труб: установлено увеличение коэффициента теплопередачи на 1, 0-3, 21% после МОВ. Анализ показал, что рост коэффициента теплопередачи обусловлен не только уменьшением толщины накипи, но и изменением ее химического состава - уменьшением содержания окислов железа Fe2О3.

Расчетный годовой экономический эффект за счет экономии тепла в системах отопления составил 145 тыс. руб. или 230 т угля. При зольности угля Павловского угольного разреза в 25% -это 57, 5 т золы, не выброшенной в золоотвалы. Это - наш вклад в защиту окружающей среды [8].

Выводы и рекомендации

1. За период с 1988 г. по 2005 г. на паровые и водогрейные котлы 340 промышленных предприятий России установлено 1036 аппаратов для МОВ. Таким образом, осуществлен самый масштабный проект внедрения безреагентных способов обработки воды энергетических установок на предприятиях Сибири и Дальнего Востока России.

2. Применение магнитных аппаратов для паровых и водогрейных котлов эффективно в области создания противокоррозионных защитных пленок магнитита на поверхностях барабанов, подъемных и радиационных труб.

3. При использовании в качестве питательной воды паровых котлов воды с общей жесткостью до 0, 4 мг-экв/кг возможно исключение на-трий-катионитовых фильтров из системы водо-подготовки при установке на подпитке котлов водой аппаратов для МОВ. Наблюдался безна-кипный режим работы котлов ДКВР 4/13 при работе только на аппаратах при жесткости воды 6, 9 мг-экв/кг.

4. Так как безнакипный режим эксплуатации котлов с магнитными аппаратами возможен при общей жесткости воды до 0, 4 мг-экв/кг, то целесообразно рекомендовать перевод натрий-ка-тионитовых фильтров на режим «голодной регенерации». Он заключается в поддержании после фильтров жесткости воды не 0, 02 мг-экв/кг, а 0, 4 мг-экв/кг, что приведет к значительному снижению затрат на катионит, соли для регенерации и воды на собственные нужды.

5. Внутренняя поверхность котлов при применении аппаратов для МОВ очищается от ранее образовавшейся накипи толщиной 2, 5-3 мм приблизительно за 6-8 месяцев. При этом необходимо следить за тем, чтобы отслоившиеся чешуйки накипи не забили радиационные трубы. Для этого необходимо раз в 2-3 недели после установки МОВ останавливать котел для осмотра до полного очищения поверхности нагрева, тщательно соблюдать режим продувок котла при эксплуатации для выведения образовавшегося шлама.

6. При наличии натрий-катионитовых и других фильтров МОВ следует использовать как дополнительную коррекционную защиту котла от проскоков солей жесткости с подпиточной водой.

7. При вскрытиях котлов в межремонтный период не требуется их чистка химическими методами - налет, образовавшийся при МОВ, легко смывается напором воды из шланга, что значительно снижает трудозатраты по очистке котлов.

8. Органы Государственного надзора за эксплуатацией паровых котлов положительно оценивают эффективность МОВ и разрешают применение магнитных аппаратов для обработки воды котлов низкого и среднего давления.

9. Применение МОВ для обработки воды в водогрейных котлах позволяет сэкономить большое количество топлива, снизить выбросы тепла и золы в окружающую среду.

10. Использование МОВ в системах отопления и ГВС позволит значительно улучшить комфортность проживания людей в жилых домах.

Литература

1. Стукалов П.С., Васильев Е.В. Глебов Н.А. Магнитная обработка воды. Л.: Судостроение, 1969. - 176 с.

2. ГульковА.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды на предприятиях Дальнего Востока. Владивосток: Издательство Дальневосточного университета, 1990.

3. Domyshev A. Y. Experience and perspective of magnetic processing of water in ship s and coastal energetic plants // Materials International Conference Shipbuilding and ocean engineering problems and perspectives: Vladivostok 2001. Р. 387-393.

4. Магнитная обработка местных вод для питания котлов малой и средней производительности. Отчет Дальрыбвтуза, Владивосток, 1973.

5. Домышев А.Ю. Магнитная обработка воды на паровых и водогрейных котлах предприятий Сибири и Дальнего Востока // Опыт прохождения осенне-зимнего отопительного периода 2002-2003 гг. и задачи перед энерго-службами Приморского края. Владивосток: Издательство Дальневосточного Университета, 2003. С. 91-95.

6. Борщов Д.Я. Устройство и эксплуатация отопительных котельных малой мощности. М.: Стройиздат, 1989, С. 102-103.

7. РАО «ЕЭС России». Информационное письмо ИП-02-02-98 (ТП). Обобщение опыта эксплуатации аппаратов магнитной обработки воды. М.: 1998.

8. Домышев А.Ю. Результаты противонакипного и противокоррозионного омагничивания воды тепловых сетей жилых домов г. Владивостока в отопительный период 2002-2003 гг. //В сб. Российской инженерной академии. Дальневосточное отделение. Выпуск 9. Владивосток: Дальневосточный государственный технический университет, 2004. С. 12-15.

Размещено на Allbest.ru