Энергосбережение в водоподготовке котельных и горячем водоснабжении
Большинство муниципальных котельных (около 80 % [1]) используют для питания котлов «сырую» воду без какой-либо предварительной водоподготовки. По этой причине на внутренних стенках труб котлов с течением времени образуется отложение солей (рис. 1), что приводит к снижению технико-экономических показателей работы котлов и их выходу из строя. При толщине слоя накипи в 1 мм потери тепловой энергии составляют 10–12 %, при слое в 10 мм — до 50%. Достаточно высокий уровень отложения солей возникает и на внутренних поверхностях теплообменников горячего водоснабжения (ГВС) центральных и крупных индивидуальных тепловых пунктов (ЦТП и ИТП) при их многолетней работе на подготовленной водопроводной воде без периодических промывок (рис. 2). Применяемые на крупных котельных водоподготовительные установки (ВПУ) с традиционными технологиями требуют постоянного расхода реагентов на регенерацию фильтров и затрат воды на собственные нужды, что приводит к загрязнению водоемов сточными водами.
В последние годы достаточно широкое применение в котельных и системах теплоснабжения и горячего водоснабжения получили системы дозирования реагентов (комплексонов), позволяющие резко снизить затраты на водоподготовку, уменьшить скорость коррозии трубопроводов, удалить существующие солевые отложения с внутренних поверхностей трубопроводов и теплообменных аппаратов. Первоначально областью применения таких систем дозирования были котельные, затем сфера их применения расширилась до систем тепло- и водоснабжения предприятий, ЦТП и ИТП. Большое распространение в теплоэнергетике получили антинакипины и ингибиторы коррозии ОЭДФ, НТФ, ИОМС, и другие реагенты отечественного и зарубежного производства. Ориентировочные расчеты показывают [2], что использование антинакипинов в водоподготовке позволяет снизить затраты на водоподготовку по сравнению с Na-катионированием до 10 раз.
Системы дозирования реагентов, используемые в энергетике и коммунальном хозяйстве, делятся на две группы.
1. Эжекционные, работающие от энергии потока жидкости в трубопроводе, в который дозируется реагент. Принцип их действия основан на том, что при движении воды через секционированное сужающее устройство возникает перепад давления воды в трубопроводе на этом сужающем устройстве [3]. Под действием перепада давления реагент вытекает из резервуара через калиброванный жиклер и поступает в поток воды. Недостатком таких систем является необходимость регулировки устройства в процессе эксплуатации по показаниям водосчетчика подпитки.
2. Инжекционные, работающие от внешнего источника энергии (рис. 3). Принцип действия таких систем основан на подаче дозы реагента в трубопровод дозирующим насосом после прохождения заданного объема воды через расходомер-счетчик, установленный на трубопровод [4]. При кажущейся простоте инжекционные системы дозирования (СДР) имеют ряд существенных недостатков. СДР предлагаются как системы непрерывного и пропорционального дозирования. Однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что они не обеспечивают ни непрерывного, ни пропорционального дозирования. Это менее заметно при использовании СДР в котельных, где графики расхода воды и давления в сети достаточно стабильны во времени, однако при использовании в распределительных сетях и у потребителей влияние нестабильности расхода и давления оказывается существенным и в ряде случаев может привести к негативным последствиям.
Главным недостатком существующих инжекционных устройств является отсутствие контроля давления в трубопроводе, в который производится дозирование. Подбор таких устройств к конкретным объектам (котельным, ЦТП) проводится, как правило, по максимальной величине водоразбора (рис. 4) и по максимальному давлению в трубопроводе, с предположением, что давление в системе неизменно в течение суток (недели, года).
В точках разбора воды систем водоснабжения, откуда производится подача воды в теплообменники ГВС, давление в трубопроводе в течение суток может изменяться в достаточно широких пределах. Оно определяется не только режимом потребления воды конкретным потребителем, но и режимами работы всей системы водоснабжения и водопотребления в целом. На практике суточный график давления в трубопроводе имеет переменный характер (рис. 4): максимальное в ночное время (минимум водоразбора), минимальное — в утренние и вечерние часы (максимумы водоразбора).
Производительность же мембранного дозирующего насоса в значительной мере зависит от давления в трубопроводе, в который производится дозирование. Например, при давлении 3 бар производительность насоса в зависимости от марки на 30–60% выше, чем при давлении 6 бар (рис. 5).
Проведенный совместный анализ характерного суточного графика ГВС квартального ЦТП, суточного графика давления в водопроводе, из которого производится забор воды для ГВС, и характеристики типового дозирующего насоса показал, что недоучет переменного характера давления в сети за сутки может привести к избыточному дозированию реагента за сутки в 30–50% сверх расчетной величины (рис. 6). К тому же при максимальном водоразборе и минимальном давлении в сети текущая величина передозировки может достигать 60–70%.
Следствием такого избыточного дозирования является перерасход реагентов; возможно также превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) реагентов в питьевой воде. Поэтому использование инжекционных устройств дозирования реагентов без контроля давления в сети представляется нежелательным.
С целью уменьшения передозировки и снижения перерасхода реагента разработчики СДР используют способ подстройки устройства под реальные условия на объекте эксплуатации. При этом способе рекомендуется через 1–2 сут. после запуска системы в эксплуатацию провести корректировку коэффициента дозирования, определив по водосчетчику объем поступившей на объект воды и объем израсходованного реагента за то же время по снижению уровня реагента в емкости. После такой подстройки суммарный суточный объем дозирования может совпадать с расчетной величиной, однако в разное время суток возникают режимы как избыточного, так и недостаточного дозирования (рис. 6).
Понятно, что такой подход не обеспечивает точного дозирования из-за существенных изменений графиков давления в течение суток, недели, сезона, а также из-за невозможности учесть все влияющие факторы (аварии в сети, неплановые водоразборы и пр.). В рассмотренном случае избыточное дозирование достигает в утренние и вечерние часы суток 16%, в ночное время суток — 40% (недостаточное).
Как отмечено выше, существующие СДР не являются системами непрерывного действия. Ввод дозы реагента в трубопровод производится дискретно после прохождения через водосчетчик объема, заданного при наладке системы. В часы максимального водоразбора дозирование происходит достаточно часто. При минимальных величинах водоразбора заданный объем накапливается в течение достаточного длительного времени; затем происходит дозирование расчетного объема реагента в трубопровод, текущий расход воды в котором в момент дозирования невелик. Поэтому концентрация реагента в воде в моменты дозирования в разы превышает расчетную величину, что может привести к превышению ПДК. Такая ситуация крайне нежелательна в системах водоснабжения, особенно в тупиковых, не имеющих циркуляции, где не происходит смешивания реагента со всем объемом воды в циркуляционной системе ГВС. Для устранения указанных недостатков инжекционных систем дозирования реагента разработан способ и создано устройство (патенты РФ) дозирования реагента, в которых предусматривается постоянный контроль давления в трубопроводе, в который производится дозирование, а также ограничение максимального времени между вводом очередных доз реагента (рис. 7). Впрыск реагента при этом производится пропорционально объему воды, прошедшему через трубопровод за заданное время, и с учетом производительности дозирующего насоса при давлении в трубопроводе в момент этого впрыска. При пуско-наладочных работах на объекте (котельная, ЦТП) после монтажа производится ввод в контроллер устройства следующих констант: коэффициент дозирования (отношение расчетного объема дозирования реагента к объему воды, прошедшему по трубопроводу), интервал дозирования (время между вводом очередных доз реагента), максимальный расход водосчетчика, передаточный коэффициент водосчетчика (имп/литр), максимальное давление датчика давления.
Универсальность предлагаемой разработки заключается в возможности применения различных типов и типоразмеров расходомеров-счетчиков воды и дозирующих насосов. Это позволяет применять указанное устройство на объектах с любой производительностью по обрабатываемой воде; использовать устройство как перемещаемое с объекта на объект для промывки котлов и теплообменников «на ходу», без вывода их в ремонт. При этом, в отличие от других технических решений, здесь не требуется регулировки и подстройки устройства дозирования в процессе эксплуатации. Выбор точки ввода реагента в трубопровод (до или после насоса подпитки, в ином месте) может быть произведен непосредственно при монтаже. Это не оказывает влияния на объем дозирования, так как датчик давления устанавливается рядом с точкой ввода, и устройство автоматически корректирует объем дозирования по давлению именно в этой точке. Возможный вариант применения разработки — модернизация ранее установленных систем пропорционального дозирования, не имеющих корректировки по давлению.
Литература
1. Герцев Р., Дербышев А. «Как победить коррозию…». // «Жилищно-коммунальный комплекс Урала». №4, 2006 г.
2. Балабан-Ирменин Ю. В., Рубашов А. М., Тарасов С. Г. «Некоторые проблемы внедрения фосфонатов-антинакипинов». // «Водоочистка». № 12, 2008 г.
3. Чаусов Ф., Плетнев М., Казанцева И. «ИЖИК — компактные энергонезависимые дозирующие устройства для водоподготовки». // «Водоочистка. № 9, 2008 г.
4. Хайхян Р. А. «Использование антинакипинов для обработки воды в котельных МУП «Мостеплоэнерго»». // «Новости теплоснабжения». № 11, 2001 г.
| Автор: А. А. Мицкевич, В. П. Каргапольцев Дата: 22.03.2010 Журнал Стройпрофиль 2-1-10 Рубрика: водоснабжение. водоотведение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |  |