Размещено на http://www.allbest.ru/

Опыт применения коррекционной обработки сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения

К.т.н. В.В. Солодянников, директор по научной работе,

В.В. Васильев, технический директор,

О.В. Цабилев, начальник технического отдела, ООО «СВТ»,

1. Постановка вопроса

К одному из наиболее перспективных методов повышения эффективности теплоснабжения относится коррекционная обработка подпиточной и сетевой воды реагентами, обладающими способностью предотвращать процессы накипеобразования и коррозии.

Задачами коррекционной обработки в общем случае являются:

- предотвращение образования накипи и отложений на внутренних поверхностях нагрева теплообменного оборудования и трубопроводах без изменения качественного состава исходной воды;

- снижение скорости коррозии конструкционных материалов трубопроводов и оборудования до уровня слабой коррозии как в процессе осенне-зимних нагрузок, так и в периоды летнего останова;

- снижение или полное исключение солевых сбросов;

- сокращение объемов водопотребления и водоотведения;

- сокращение потерь тепловой энергии со стоками;

- применение реагентов, отвечающих санитарным и экологическим требованиям безопасности;

- упрощение технологии приготовления подпиточной воды, и вместе с тем сокращение количества оборудования, требующего дорогостоящих ремонтов, включая пополнение и замену ионообменных материалов;

- упрощение схем хранения реагентов и приготовления их рабочих растворов с исключением возможностей нарушения санитарных требований; особенно это важно для схем теплоснабжения с открытым разбором горячей воды.

К настоящему времени сделаны первые шаги в решении указанных проблем, главной задачей которых был поиск реагентов, предупреждающих образование отложений солей жесткости.

С этой целью в качестве корректирующих реагентов использованы органические фосфонаты, разработан и испытан в лабораторных и промышленных условиях ряд композиций на их основе [1].

Применение ряда известных реагентов возможно лишь при ограничении температуры подогрева сетевой воды в схемах с водогрейными котлами до 110 ОС и в схемах с подогревателями без огневого обогрева до 130 ОС. Кроме того, ограничено качество воды по карбонатному индексу величиной 8 (мг-экв/дм3)2.

Указанные ограничения не всегда приемлемы в реальных условиях и требуют дополнительных мероприятий для их осуществления.

В настоящее время появился ряд реагентов, которые способны снять эти ограничения, одним из таких реагентов является «Гилуфер-422» (немецкой фирмы). По данным изготовителя реагента - это водный раствор натрийфосфонобутантрикарбоксилата и натрийполикарбоксилата. Реагент относится к классу термостабильных ингибиторов накипеобразования. Он обладает стабилизирующими и диспергирующими свойствами.

К особенностям рассматриваемого реагента относятся такие важные показатели, как:

- рН=7-8;

- высокая экологическая и санитарная безопасность - ПДК в питьевой воде 10 мг/дм3;

- высокая концентрация основного продукта в товарном продукте;

- высокая термостойкость реагента в воде - до 160 ОС;

- поставка реагента осуществляется в мерниках, что исключает необходимость в сложных схемах получения, хранения и приготовления рабочих растворов;

- действие основано на «тресхоульд» - эффекте, как «тресхоульд»-стабилизаторе, что обуславливает потребность в меньшей дозе реагента, а не пропорционально концентрации накипеобразующих веществ.

Результаты промышленных испытаний

Ниже приводятся результаты промышленных испытаний схем коррекционной обработки сетевой и подпиточной воды рассматриваемым реагентом на Тольяттинской ТЭЦ и двух Ульяновских ТЭЦ, включенных в систему централизованного теплоснабжения с закрытым и открытым разбором горячей воды.

Для дозирования реагентов применены станции дозирования. Принципиальная схема такой станции приведена на рис. 1.

В качестве индикатора скорости потока на Тольяттинской ТЭЦ и Ульяновской ТЭЦ-3 использованы штатные расходомеры, на Ульяновской ТЭЦ-1 - сенсорный датчик марки Fip F 111.

Поставка реагента осуществляется в мернике, имеющем расходную шкалу и устройство для забора реагента. Поэтому мерник является, по сути, частью схемы. Реализация метода не требует сложных технологических схем и периодически действующего оборудования - исключаются процессы регенерации. Для его осуществления необходим лишь автоматически действующий узел дозировки реагента. Управление производительностью насосов-дозаторов осуществляется по расходу подпиточной воды, т.е. пропорционально. Реагенты поставляются в баках-мерниках разового пользования, которые не возвращаются поставщику. Затрат воды на собственные нужды не требуется.

Тольяттинская ТЭЦ включена в схему теплоснабжения г. Тольятти. Схема теплоснабжения с закрытым разбором горячей воды. Подогрев сетевой воды осуществляется в бойлерах. Подпиточная вода проходит деаэрацию в деаэраторах атмосферного типа. Объем теплосети составляет 70 тыс. м3.

Проектная установка по приготовлению подпиточной воды для теплосети включает: осветление методом седиментации с известкованием и коагуляцией в осветлителях; механическую фильтрацию на фильтрах, загруженных антрацитовой крошкой; одноступенчатое умягчение в Na-катионитных фильтрах. В поток подпиточной воды добавляется загрязненный конденсат тепловой схемы ТЭЦ.

Проектная производительность - 410 т/ч.

В качестве реагентов применяются: известь, сернокислое железо и поваренная соль. Продукты регенерации фильтров отводятся в систему канализования производственных стоков. Исходной водой служит техническая вода из циркуляционной системы охлаждения ТЭЦ.

Показатели качества исходной воды: общая жесткость - 3,3-5,3 мг-экв/дм3; кальциевая жесткость - 2,2-3,5 мг-экв/дм3; щелочность - 2,23,2 мг-экв/дм3; железо общее - 0,07-0,2 мг/дм3; индекс карбонатный - 4,8-11,5 (мг-экв/дм3)2; водородный показатель pH - 6,9-7,2.

Перевод на коррекционную обработку сетевой и подпиточной воды был осуществлен в январе 2003 г Совместно с ОАО «Всероссийский теплотехнический институт» концентрации реагента для условий работы Тольяттинской ТЭЦ приняты следующие:

- в период отопительного сезона (октябрь - апрель) на уровне 6-7 мг/дм3, т.к. температура сетевой воды не превышает 130 ОС;

- в весенний, летний и осенний периоды (с мая по октябрь) - на уровне 2-4 мг/дм3;

- среднее годовое значение концентрации реагента в сетевой воде 5 мг/дм3.

В период реконструкции из проектной схемы были исключены узел осветления с осветлителями и Na-катионитные фильтры, фильтры механической очистки оставлены в схеме.

Основной контроль эффективности коррекционной обработки оценивается по состоянию теплопередающих поверхностей бойлеров и температурному напору.

В первые периоды эксплуатации отмечалось, что отложения на теплопередающих поверхностях отсутствуют (имелись незначительные отложения окислов железа), роста температурных напоров и гидравлических перепадов не наблюдается, в коррозионном отношении поверхости в удовлетворительном состоянии.

Однако, начиная с 2006 г., начали поступать сообщения о наличии в бойлерах отложений, представляющих собой наносные окислы железа буро-коричневого цвета. Отложения слабо сцеплены с металлом трубок бойлеров и удаляются обычной промывкой. Толщина отложений до 1-1,5 мм. Температурный напор вырос на отдельных бойлерах до 20-25 ОС.

Для выяснения причин образования отложений был выполнен анализ изменения концентрации ингибитора и железа в сетевой воде в период отопительного сезона 2007-2008 гг., которые показаны на рис. 2 и 3.

Средние значения концентраций реагента в прямой и обратной сетевой воде за период с сентября 2006 г. по май 2007 г. составили 3 и 2,7 мг/дм3 соответственно.

Из рис. 3 видно, что после летнего останова при включении в работу тепловых сетей наблюдается резкое повышение концентрации железа в сетевой воде.

В период пуска тепловых сетей после летнего останова концентрация железа в сетевой воде достигала 2,2 мг/дм3. Снижение концентрации железа в дальнейшем шло постепенно и стабилизировалось на уровне 0,25-0,3 мг/дм3 после примерно четырех месяцев работы.

Из полученных результатов были сделаны следующие выводы:

- недостаточная концентрация ингибитора в сетевой воде;

- основное поступление окислов железа происходит в период включения отопительных систем в работу после летнего останова;

- длительная отмывка отложений;

- коррозия стальных материалов в период работы не наблюдается.

Ульяновские ТЭЦ-1 и ТЭЦ-3 являются теплоисточниками в схеме теплоснабжения с открытым разбором горячей воды г. Ульяновска. Объем тепловых сетей составляет 57,875 тыс. м3.

Проектный расход подпиточной воды на Ульяновской ТЭЦ-1 равен 3 тыс. м3/ч, фактический расход не превышает 1,6 тыс. м3/ч; на Ульяновской ТЭЦ-3 - 1118 и 230 м3/ч соответственно.

Исходной водой служит вода питьевого качества городского водопровода.

Показатели качества исходной воды:

- общая жесткость - 3,2-4,9 мг-экв/дм3;

- кальциевая жесткость - 2,3-3,6 мг-экв/дм3;

- щелочность 1,5-2,7 мг-экв/дм3;

- железо общее 0,055-0,06 мг/дм3;

- индекс карбонатный - 2,5-9,7 (мг-экв/дм3)2;

- водородный показатель pH - 6,9-7,2.

По существующей схеме исходная водопроводная вода из городского водопровода поступает в турбинный цех, где ее подогревают до 3540 ОС и направляют в химический цех. В химическом цехе осуществляется декарбонизация и коррекционная обработка воды ингибитором отложений минеральных солей ИОМС-1. Деаэрация подпиточной воды осуществляется в вакуумных деаэраторах.

При превышении карбонатного индекса выше 8 осуществляется подкисление для разрушения бикарбонатов. При необходимости, если удаление свободного CO2 в декарбонизаторе недостаточно, осуществляют подщелачивание подпиточной воды раствором каустической соды.

На Ульяновской ТЭЦ-1 подогрев сетевой воды осуществляется в подогревателях поверхностного типа и при необходимости в пиковых водогрейных котлах ПТВМ-100.

На Ульяновской ТЭЦ-3 подогрев сетевой воды осуществляется в котлах КВТК-100-150.

Отличительные особенности включения в работу пиковых водогрейных котлов следующие:

- котлы Ульяновской ТЭЦ-1 постоянно находятся на протоке сетевой воды;

- котлы Ульяновской ТЭЦ-3, не находящиеся в работе, консервируются паром насыщенным Армином-НТ, опорожняются и отключаются от сети [3].

В 2008 г. была произведена замена ингибитора коррекционной обработки подпиточной и сетевой воды марки «ИОМС-1» на ингибитор марки «Гилуфер-422».

Целями замены являлись: повышение ограничения нагрева сетевой воды со 110 до 130 ОС с включением пиковых водогрейных котлов; повышение допустимого карбонатного индекса; упрощение схемы хранения и приготовления рабочего раствора реагента; увеличение диапазона допустимых концентраций реагента в сетевой воде по санитарным и экологическим условиям с 4 до 10 мг/дм3.

Рекомендованные концентрации ингибитора в сетевой воде приведены в табл. 1.

Таблица 1 Рекомендованные концентрации ингибитора в сетевой воде

Динамика изменения концентрации ингибитора и железа в период с октября 2008 г. по февраль 2009 г. в основных потоках приведены на рис. 4 и 5.

Температура сетевой воды в этот период достигала 130 ОС (февраль 2009 г.), индекс карбонатный в воде всей системы теплоснабжения изменялся до 6 (мг-экв/дм3)2.

На рис. 5 приведены концентрации ингибитора в воде восточной тепловой сети. Хронологические изменения концентрации ингибитора в водах западной сети аналогичны.

Стабилизация концентрации ингибитора была достигнута в декабре 2008 г После декабря концентрация практически сравнялась в исходной воде и воде аккумуляторного бака, что говорит о хорошей управляемости коррекционной обработки. Разница концентраций в подпиточной и сетевой воде составляет ~1 мг/дм3.

Причиной этого является некоторая несогласованность в дозировках ТЭЦ-1 и ТЭЦ-3.

Из рис. 5 видно, что основное поступление окислов железа приходится на период «разворота» тепловой сети - октябрь месяц. Концентрация окислов железа снижается к ноябрю месяцу. Однако разность (~ 100 мкг/дм3) остается постоянной предположительно за счет коррозии.

Причиной отличия в динамике изменения концентраций железа, приведенных на рис. 3 и 5, является постоянно низкая концентрация ингибитора в сетевой воде г. Тольятти.

Таблица 2 Отложения на экранных трубах, находящихся в течение нескольких периодов эксплуатации

Примечания: Ул.ТЭЦ-1 - Ульяновская ТЭЦ-1, Ул.ТЭЦ-3 - Ульяновская ТЭЦ-3, ВК - водогрейный котел, ФЭ - фронтовой экран, ЗЭ - задний экран, ПБЭ - правый боковой экран, ЛБЭ - левый боковой экран, К - конвективная часть, знак «-» указывает на снижение величины отложений.

Таблица 3 Величины удельных отложений на трубах конвективной части, находящихся в течение нескольких периодов эксплуатации

Для оценки эффективности применения рассматриваемого ингибитора были установлены контрольные вставки в теплообменных панелях поверхностей нагрева котлов в виде новых труб. Контрольные вставки специально не обрабатывались, поэтому оставалась заводская окалина и окислы железа. Удельная величина загрязненности поверхности труб была на уровне 16 г/м2.

После прохождения отопительного сезона был выполнен анализ отложений участков внутренних поверхностей экранных труб с огневой стороны и конвективных частей котлов. Анализ был выполнен по более 30 образцам, включая контрольные вставки.

На Ульяновской ТЭЦ-1 вырезки производились в сентябре 2008 г. (до начала отопительного сезона) и в апреле 2009 г. (после завершения отопительного сезона).

На Ульяновской ТЭЦ-3 вырезки производились в июне 2008 г. (до начала отопительного сезона) и в апреле 2009 г. (после завершения отопительного сезона).

Величины удельных отложений и скорости их образования на поверхностях нагрева котлов приведены в табл. 2-5.

Таблица 4 Величины удельных отложений на новых экранных трубах

См. примечания к табл. 2.

Таблица 5 Величины удельных отложений на новых трубах конвективных частей

Из таблиц следует, что средняя скорость образования отложениий на внутренних поверхностях экранных труб, находящихся в длительной эксплуатации, с огневой стороны равна 0,076 г/м2.ч, на вновь установленных трубах - 0,116 г/м2.ч.

На поверхности труб, находящихся в длительной эксплуатации, средняя скорость образования отложений на конвективных частях котлов составляет 0,016 г/м2.ч, на вновь установленных трубах - 0,032 г/м2.ч.

Для сравнения: в п. 4.8.39 Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ с целью обеспечения надежной работы водогрейных котлов величина скорости образования карбонатных отложений не должна превышать 0,1 г/м2.ч [3].

На Ульяновской ТЭЦ-1 был проведен осмотр поверхностей подогревателей сетевой воды. Осмотр показал, что «старые» отложения разрыхлились и легко удаляются водной промыв-

кой (те же результаты получены на Тольяттинской ТЭЦ).

За период отопительного сезона по наблюдениям ПТО ТЭЦ-1 температурные напоры не увеличились.

В табл. 6 даны химические составы отложений, полученные по результатам анализов трех ТЭЦ.

Основными компонентами отложений, как видно из табл. 6, являются окислы железа.

теплоснабжение накипеобразование антикоррозионный трубопровод

Таблица 6 Химические составы отложений

Выводы

1. Результаты испытаний подтвердили высокую эффективность реагента «Гилуфер-422» как стабилизатора отложений солей жесткости и как реагента, обладающего свойствами отмывки.

2. Данный реагент является высокоэффективным ингибитором отложений минеральных солей, позволяющим повышать температуру сетевой воды до 130 ОС с включением пиковых водогрейных котлов.

3. Рассматриваемый ингибитор отложений не влияет на процессы коррозии конструкционных материалов.

4. Технологические схемы с применением этого реагента отличаются простотой как в их реализации, так и в процессе эксплуатации.

Дальнейшее совершенствование метода коррекционной обработки сетевой воды должно быть направлено на снижение коррозионных процессов и обеспечение антикоррозионной защиты оборудования и трубопроводов системы теплоснабжения как в процессе ее работы, так и в период длительного останова для производства ремонтных работ.

Литература

1. Балабан-Ирменин Ю.В., Рубашов А.М., Тарасов С.Г. Некоторые проблемы внедрения фосфонатов - антинакипинов. М. ВТИ. 2008.

2. Калабина Р.Р., Шабалина О.Н., Гужев В.А. Борьба с накипью и коррозией//Энергосбережение и водоподготовка. 2008. № 3.

3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ. - М.: ОРГРЭС. 1996.

Размещено на Allbest.ru