Опыт использования нового электрохимического способа водоподготовки в системе горячего водоснабжения: практика и экономическая эффективность

Опыт использования нового электрохимического способа водоподготовки в системе горячего водоснабжения: практика и экономическая эффективность

к.х.н. Е. К. Казимиров Ранее уже рассматривался новый электрохимический способ водоподготовки как альтернатива традиционным ионообменным методам (например, Na-катионирование) предотвращения накипеобразования [1].

Практическое отсутствие информации о новом способе в технической и методической литературе по водоподготовке делает крайне актуальным публикацию материалов по работе антинакипных электрохимических аппаратов типа АЭА-Т на действующих энергетических объектах.

Такая информация позволит уточнить технико-экономические возможности и граничные условия использования аппаратов типа АЭА-Т в системе водоподготовки водогрейных котельных и теплопунктов.

Накопленный опыт по работе аппаратов АЭА-Т на более чем 300 энергетических объектах позволяет выделить три основные области его использования:

• 1. В системах горячего водоснабжения (котельные, теплопункты).
• 2. В системах отопления.
• 3. В составе блочных котельных.

В настоящей статье рассмотрены наиболее характерные примеры использования аппаратов типа АЭА-Т в первой области — системах горячего водоснабжения.

Пример 1. Паровая котельная с автономными контурами отопления и горячего водоснабжения (п. Чернышиха Кстовского района Нижегородской области).

В поселке Чернышиха котельная с автономными контурами отопления и горячего водоснабжения (ГВС) является единственным энергетическим объектом, дающим тепло и горячую воду жителям поселка.

Котельный блок состоит из трех паровых котлов ДКВР-4−13. В зимний период работают 2 котла, 1 находится в резерве.

Блок теплообменников для системы ГВС состоит из двух спецстальных (материал Х18Н10Т) трубчатых (Двн. = 22 мм) теплообменников с общей площадью теплообмена 27 м², а для системы отопления — из трех аналогичных теплообменников общей площадью теплообмена 40,5 м².

Годовая теплопроизводительность системы ГВС — 3700 Гкал, отопления — 6300 Гкал.

В соответствии с проектом котельной подпиточная вода для систем отопления и ГВС проходила стадию химводоподготовки на Na-катионитовых фильтрах, средняя величина подпитки составляла 22 м3/час, причем на систему ГВС расходовалось около 21 м3/час подпиточной воды, т. е. 95,5% от общего количества.

Годовой расход технической соли на регенерацию ионообменных фильтров до октября 1999 г. составлял 264 т.

В ноябре 1999 г. с целью снижения эксплуатационных расходов на водоподготовку в системе ГВС установили антинакипные электрохимические аппараты типа АЭА-Т-120, и подпитку стали осуществлять исходной водопроводной водой (табл. 1) без обработки ее на Na-катионитовых фильтрах.

Принципиальная схема действующей паровой котельной с автономными контурами отопления и ГВС приведена на рис. 1. Как показано на схеме, один из аппаратов АЭА-Т-120 установлен на трубопроводе обратки ГВС, а другой — перед блоком теплообменника ГВС. Техническая характеристика АЭА-Т-120 дана в табл. 2.

электрохимический ионообменный накипеобразование водоподготовка.

Таблица 1. Показатели качества воды водоисточников котельных.

* 1 — пос. Чернышиха; 2 — г. Коломна Московской обл.; 3 — г. Павлове, пос. Шлаковый; 4- г. Н. Новгород, ул. Академика Баха.

Таблица 2. Техническая характеристика аппарата АЭА-Т.

В соответствии с требованиями режимной карты на эксплуатацию аппараты ежегодно через 2,5−3 месяца останавливались на плановую чистку и из них выгружались уловленные накипеобразующие соли. Время выгрузки накипеобразующих солей из аппаратов не превышало 4 часов.

На период чистки аппараты отключались задвижками входа и выхода сетевой воды, а задвижка на основной сетевой линии открывалась. Таким образом, чистка аппаратов осуществлялась без остановки котельной в целом.

Химический состав накипи, уловленный аппаратами, представлен в табл. 3.

Таблица 3. Состав накипи в аппарате АЭА-Т.

Количество солей, улавливаемых аппаратами на катодных стальных пластинах (рис. 2), составляло 580−640 кг/год.

В период с ноября 1999 г. по декабрь 2002 г. при условии сохранения проектной схемы водоподготовки для систем отопления и ГВС необходимо было бы израсходовать 860 т технической соли. За тот же период при использовании в системе ГВС антинакипных аппаратов расход технической соли остался практически только в системе отопления и составил не более 40 тонн.

Таким образом, при средней стоимости технической соли 600 руб./т снижение затрат на водоподготовку только за счет уменьшения потребления соли составило: (860−40)х600 = 492 тыс. руб.

Для данного объекта не рассчитывались такие экономические показатели, как снижение сброса загрязненных солями стоков, уменьшение водопотребления котельной за счет резкого сокращения воды для промывки ионообменных фильтров, отсутствие затрат на деаэрацию и др.

Даже без расчета полного экономического эффекта при капитальных затратах на реконструкцию системы водоподготовки в ценах 1999 г. (приобретение аппаратов АЭА-Т, монтаж, пуско-наладка), равных 65 000 руб., окупаемость только за счет уменьшения солепотребления составила не более 6 месяцев.

Периодический (2−3 раза в год) осмотр теплообменников системы ГВС показал отсутствие накипеобразований на поверхности теплопередающих трубок. Содержание железа в сетевой воде ГВС не превышало 0,2 мг/л, т. е. соответствовало нормативному.

Пример 2. Водогрейная котельная ОАО «Канат» (г. Коломна) с автономным контуром ГВС и котловым контуром отопления.

Согласно проекту в водогрейной котельной ОАО «Канат» (г. Коломна Московской области) подпиточная вода для систем отопления и ГВС проходила стадию химводоподготовки. Деаэрация химводоподготовленной воды не проводилась и, как следствие этого, наблюдалось повышенное содержание железа в сетевой воде.

Предприятие ОАО «Канат» помимо покупки технической соли на регенерацию ионообменных фильтров (ХВП) имело дополнительные затраты по выплатам природоохранным структурам за сброс загрязненных вод, содержащих эти соли.

С целью снижения затрат на водоподготовку и уменьшения содержания железа до нормативных показателей в октябре 2001 года был установлен в системе ГВС аппарат типа АЭА-Т-80, а в системе отопления функционировал аппарат типаАЭА-Т-120.

На рис. 2 представлена принципиальная схема привязки аппаратов в котельной.

Технические характеристики установленных аппаратов даны в табл. 2.

В системе ГВС подпитка осуществлялась необработанной водой из городского водовода (см. табл. 1). Основная функция аппарата АЭА-Т-80 заключалась в обеспечении безнакипного режима работы блока теплообменников.

В системе отопления подпитка осуществлялась водой, обработанной на установке ХВП, и функция аппарата АЭА-Т-120 заключалась в подавлении коррозионных процессов в сетевых трубопроводах. При этом деаэрационная обработка подпиточной химводоочищенной воды не осуществлялась.

Потребление тепловой энергии в системе отопления составляет 8 Гкал/ч, а в системе ГВС — 1,8 Гкал/ч.

Эффективность работы аппарата типа АЭА-Т в системе ГВС проверялась путем вскрытия и визуального осмотра трубок теплообменника на наличие накипи на их поверхности.

Осмотр теплообменников осуществлялся 3−4 раза в год и за период их работы с 2001 года зарастания накипью трубок теплообменников не обнаружено.

Накипеобразующие соли, выпадающие в массе сетевой воды ГВС, улавливались в аппарате и периодически 5−6 раз в год выгружались из аппарата. При каждой остановке аппарата выгружалось путем чистки катодной пластины 50−60 кг накипеобразующих солей.

Содержание железа в сетевой воде ГВС не превышало 0,05 мг/л.

Эффективность работы аппарата типа АЭА-Т в системе отопления отслеживалась путем анализов сетевой воды на содержание железа и растворенного кислорода.

При содержании железа и кислорода в подпиточной воде соответственно 0,2 мг/л и 100−170 мкг/л, концентрация этих ингредиентов в сетевой воде составляла соответственно 0,26 мг/л и 40−60 мкг/л, т. е. практически соответствовала нормативным требованиям.

Потребление технической соли на установке ХВП снизилось с 60 т/год до 20 т/год, а проплаты за сброс солесодержащих вод с 5000 руб./мес. до 700 руб./мес.

За период эксплуатации аппаратов практически в течение одного года экономический эффект только за счет уменьшения расхода технической соли и проплат за сброс загрязненных стоков составил 116 тыс. руб.

Пример 3. Теплопункт с системой ГВС (п. Шлаковый, г. Павлове Нижегородской области).

Примечательной особенностью котельной г. Павлове является использование пластинчатых теплообменников, широко рекламируемых в последнее время.

Известно, что одним из условий эффективного использования пластинчатых теплообменников является наличие системы водоподготовки [2].

Имеется опыт (например, котельная по ул. Академика Баха г. Н. Новгород), когда при использовании пластинчатых теплообменников для системы ГВС без водоподготовки между теплопередающими пластинками образовывался плотный слой накипи уже через 1−2 месяца эксплуатации (рис. 3).

Показательно, что качество подпиточной воды в котельной Н. Новгорода и теплопункте г. Павлове (табл. 1) практически идентично, как одинаков и тип используемых пластинчатых теплообменников.

В теплопункте г. Павлове проектная теплопроизводительность ГВС составляет 22,3 Гкал/час.

Принципиальная схема системы ГВС теплопункта дана на рис. 4.

По данной схеме исходная подпиточная вода, поступающая из городского водозабора, подогревается в двух теплообменниках и подается в баки-аккумуляторы, из которых насосом подпиточной воды направляется в трубопровод об-ратки системы ГВС. Средний объем подпитки составляет 40 м3/час. К трубопроводу обратки после точки подключения к сети подпиточной воды установлен блок антинакипных электрохимических аппаратов типа АЭА-Т-350 (3 штуки). Технические показатели аппарата АЭА-Т-350 даны в табл. 2.

Обычно при отключении аппаратов на плановую чистку от уловленных накипеобразующих солей открывается задвижка на основном трубопроводе обратки и закрываются задвижки на входе и выходе из аппаратов. Данной схемой обвязки предусмотрена чистка одного аппарата без отключения всего блока.

В процессе чистки из аппарата извлекались катодные металлические пластины (Ст. 3) и металлическим скребком легко снимался слой накипеобразующих солей. Время чистки одного аппарата не превышает 3−4 часов.

В соответствии с требованиями режимной карты на эксплуатацию аппаратов плановая чистка проводилась через каждые 3 месяца эксплуатации.

За одну чистку из аппаратов удалялось 180−220 кг накипеобразующих солей. Состав накипи, уловленной аппаратом, аналогичен приведенному в табл. 3.

В контуре ГВС теплопункта установлено 8 теплообменников типа НН № 35 ТС (производитель ЗАО «Теплотекс» г. Нижний Новгород). В процессе работы за отопительный сезон 2001;2002 гг. аномальных увеличений потерь давления до и после теплообменников не наблюдалось. По окончании отопительного сезона пластинчатые теплообменники были вскрыты. Визуальный осмотр теплопередающих пластин показал лишь наличие тонкой бурой легко смываемой пленки, без забивки каких-либо частей теплообменника жесткими наростами накипеобразующих солей.

Надзор за работой блока аппаратов осуществлял аппаратчик теплопункта, который обеспечивал работу всех агрегатов теплопункта (теплообменники, насосы и т. д.).

Лабораторный контроль осуществлялся централизованно путем отбора пробы сетевой и подпиточной воды один раз в месяц. В процессе анализа определялись следующие показатели: жесткость карбонатная, жесткость кальциевая, рН, сухой остаток и содержание ионов железа.

В соответствии с данными анализа индекс насыщения сетевой воды не превышал значения +0,5, а содержание железа в сетевой воде соответствовало норме — менее 0,2 мг/л.

Расход электроэнергии соответствовал технической характеристике аппарата типа АЭА-Т-350 и не превысил по блоку аппаратов — 2 кВт/ч.

Капитальные затраты на приобретение аппаратов для данного теплопункта составили не более 15% от стоимости блока теплообменников.

Описанные выше три примера использования электрохимических аппаратов типа АЭА-Т имеют аналоги в различных областях РФ (Пензенская, Астраханская, Пермская, Владимирская, Тульская, Нижегородская и др.).

При работе антинакипных электрохимических аппаратов сетевая вода ГВС имеет, как правило, индекс насыщения не более 0,5, рассчитываемый по нормативной методике [3].

При соблюдении данного показателя индекса насыщения жесткость сетевой воды, проходящей через аппараты типа АЭА-Т, выше нормируемых при химводоподготовке, что обычно с трудом воспринимается инженерам-химикам, привыкшими работать с умягченными водами.

В этом плане следует вспомнить фундаментальную работу [4], включающую большой объем опытных и опытно-промышленных исследований, согласно которым при индексе насыщения (Ланжелье) менее 0,5 накипеобразование не превышает 0,5 мм в год, что согласуется с п. 6.3 Правил [5].

Сравнительные показатели основных эксплуатационных расходов нового электрохимического способа водоподготовки и традиционного ионообменного (Na-катионирование) для систем ГВС с подпиткой 10 м3/ч приведены в табл. 4. В табл. 4 не учтены проплаты за сброс загрязненных стоков.

Согласно приведенным данным эксплуатационные расходы на обработку сетевой воды электрохимическим способом более, чем на порядок меньше затрат на химводоподготовку с использованием Na-катионирования и последующей деаэрацией.

Использование аппаратов типа АЭА-Т в системе ГВС гарантирует безнакипной режим работы теплообменников (бойлеров), при этом для подпитки используется необработанная вода непосредственно из водозабора.

Примечательно, что при электрохимической обработке сетевой и исходной (подпиточной) воды с индексом насыщения более 0,5 содержание железа в сетевой воде не превышало нормативного, т. е. отсутствовал процесс вторичного загрязнения сетевой воды железом вследствие коррозии трубопровода.

Таблица 4. Сравнительные эксплуатационные затраты двух способов водоподготовки для системы ГВС при расходе подпиточной воды 10 м3/час.

• 1. Казимиров О. Е. Новый электрохимический способ во-доподготовки для водогрейных котельных и теплопунктов. //Новости теплоснабжения, М., 2001, № 12, с. 43−45.
• 2. Бармина Л. С. Комплексный подход к применению пластинчатых теплообменников в системах теплоснабжения. // Новости теплоснабжения, № 9, 2002.
• 3. СНиП 2.04.07−86 «Тепловые сети», Госстрой России, М., 1998 с. 42.
• 4. Лапотышкина Н. П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей.//Энергоиздат, М., 1982 г.
• 5. Правила устройства и безопасной эксплуатации котлов с давлением пара не более 0,07 мПа (0,7 кг/кв. см) водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К (115°С), МПО ОБТ, Москва, 1992 г.