О.В. Бурмистрова, начальник химической службы МУП «Тепло Коломны», г. Коломна Московской области
Главным условием надежной и экономичной работы любого энергетического объекта является продуманная водоподготовка, а правильный выбор схем ХВО, внедрение современных материалов и автоматизация оборудования эффективно сказываются на производстве тепловой энергии. Именно эти направления стали основными для развития системы химводоподготовки МУП «Тепло Коломны» в последние годы.
Чтобы ХВО была экономичной, а работа удобной
Одной из составляющих эффективной работы химводоподготовки является качество ионообменных материалов, используемых в системах фильтрования. Поэтому работы с современными смолами различных марок стали одним из этапов развития ХВО МУП «Тепло Коломны». Подбор материалов проводился для каждого объекта в отдельности, исходя из качества исходной воды, а также цены и качества смолы. На котельной № 1 с тремя котлами ПТВМ-30М, открытым водоразбором и, соответственно, мощностью ХВО до 300 м3/ч, которая включает в себя Н- и Na-катионирование с декарбонизацией и вакуумной деаэрацией, были использованы макропористая карбоксильная катионообменная смола Hydrolite ZG С258 (рабочая динамическая обменная емкость в среднем равна 2250 г-экв/м3), слабокислотная смола Purolite С104 и гелевая сильнокислотная смола Hydrolite ZG С108. Указанные материалы имеют не только высокую обменную емкость поглощения, но и характеризуются низким (близким к своему теоретическому значению) расходом реагентов и воды в процессе регенерации. Это позволило снизить за период с 2004 по 2009 гг. удельные расходы по предприятию: соли на 17,6%, серной кислоты на 20,8%, воды собственных нужд на 33,3% (табл. 1).
Таблица 1. Динамика изменения удельного расхода соли, серной кислоты и воды собственных нужд в период с 2004 по 2009 гг. по МУП «Тепло Коломны».
Показатели
2004 г.
2005 г.
2006 г.
2007 г.
2008 г.
2009 г.
Поваренная соль, кг/м3
0,51
0,5
0,5
0,47
0,44
0,42
Серная кислота, кг/м3
0,24
0,23
0,23
0,23
0,21
0,19
Вода собственных нужд, м3/м3
0,24
0,24
0,23
0,2
0,17
0,16
Кроме того, необходимо отметить важность проделанной работы с точки зрения дальнейшей полной автоматизации котельной, т.к. стабильность материала и большие циклы работы ионообменных фильтров выгодны для решения этой современной и нужной задачи (с учетом готовности всего оборудования ХВО). Сегодня на котельной № 1 автоматизированы все котлы и общая котловая схема котельной. Параллельно с автоматизацией котельной проводилась поэтапная замена тепловых сетей, что позволило существенно снизить величину подпиточной (подготовленной на ХВО) воды (о реконструкции системы теплоснабжения г. Коломны читайте в статье Н.Б. Гер- линского и С.З. Канера «О работе МУП «Тепло Коломны», см. журнал НТ, № 11, 2008 г — прим. ред.).
К 2009 г на котельной № 1 прослеживалась явная невостребованность мощности ХВО, и это дало толчок к принятию кардинального решения по использованию глубоко обработанной воды данной котельной для подпитки близлежащих котельных меньшей мощности. Ими стали котельная № 5 и котельная № 6, где схемы химводоподготовки включали в себя Na-катионирование и вакуумную деаэрацию.
Таким образом, было решено сразу несколько вопросов. Во-первых, увеличение нагрузки на ХВО котельной № 1 привело к более стабильной и экономичной работе ионообменных фильтров данной котельной; во-вторых, данное радикальное решение позволило уменьшить эксплуатируемое число единиц оборудования котельных № 5 и 6, что существенно облегчает их полную автоматизацию. Кроме того, необходимо учесть, что использование на котельных меньшей мощности обработанной воды крупной котельной № 1, работающей по схеме H- и Na-катионирование, экономически выгодно, т.к. уменьшаются затраты реагентов и воды собственных нужд на подготовку 1 м3 обработанной воды (табл. 2). В результате, суммарная стоимость обработки 1 м3 воды составляет: в котельной № 5 — 3,9 руб./м3; в котельной № 6 — 4,88 руб./м3; в котельной № 1 — 3,04 руб./м3.
Автоматизация — современно и перспективно
Водно-химический режим (ВХР) котлов и тепловых сетей — это комплекс мероприятий по минимизации коррозионных процессов и процессов образования отложений в оборудовании. Чтобы уменьшить перечисленные выше негативные факторы, в современных котельных необходимо использовать автоматические системы химводоподготовки.
В соответствии с поставленными задачами различают два вида автоматических систем: автоматические установки подготовки питательной или подпиточной воды и автоматические установки для поддержания ВХР котельных. Для решения первой задачи с 2000 г. на котельных МУП «Тепло Коломны» применяются автоматические установки обезжелезивания и Na-катионирова- ния преимущественно непрерывного действия, а для соблюдения ВХР котельной с 1999 г используются современные насосы-дозаторы.
На нашем предприятии надежно зарекомендовали себя автоматические системы обезжелезивания и ионного обмена GE Osmonics (США) с клапанами управления 255, 278, 298 и контроллерами серии 964 и 764 Logix, а также Hydro Tech Engineering с контроллерами серии 9000,9100 и 9500.
Автоматические фильтры обезжелезивания и Na-катионирования имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными установками. Пластиковые корпуса — хорошая защита от коррозии, а малогабаритность и, следовательно, небольшое количество ионообменного материала дает возможность использовать самые современные дорогостоящие смолы с очень хорошими физико-химическими свойствами. Аккуратная эксплуатация данных автоматических систем, т.е. правильный подбор удельных расходов таблетированной соли по результатам химического состава исходной воды, верно запрограммированные параметры регенераций, а также квалифицированный контроль в процессе работы, позволили снизить на ряде котельных удельные расходы воды на собственные нужды на 30%. Кроме того, снижение затрат на эксплуатацию автоматических систем ХВО связано с отсутствием постоянного обслуживающего персонала, хотя, надо учесть, что контролирующий персонал должен иметь более высокую квалификацию.
Для соблюдения ВХР котельных, как отмечалось выше, нами часто используются насосы- дозаторы, работающие в автоматическом режиме. Такими насосами проводится дозируемый впрыск органофосфонатов для связывания солей жесткости или реагентов для связывания кислорода в воде и поддержания pH среды. Чтобы избежать передозировки реагентов и, следовательно, повышения электропроводности (солесодержания) воды или выпадения шлама, и сделать эксплуатацию данных систем более надежной, дозирующие установки включаем в работу от сигнала счетчика воды.
Использование на объектах всевозможных автоматических систем ХВО — это одна из составляющих полной автоматизации объектов предприятия МУП «Тепло Коломны», которая ведет к экономии и повышает надежность работы.
Альтернатива вакуумной деаэрации
Известно, что одной из основных проблем котлов и тепловых сетей является коррозия, т.е. процесс разрушения металла в результате химических или электрохимических процессов. Коррозия металла имеет много видов, поэтому очень редко приходится сталкиваться только с одним фактором, вызывающим коррозию. Как правило, на ее возникновение влияют многие параметры. К основным из них можно смело отнести растворенный в воде кислород и присутствие углекислоты при низком значении pH среды. Чаще всего для дегазации воды в котельных используется термическая вакуумная деаэрация. В основе этой технологии лежит тот факт, что растворимость газов в жидкостях с повышением температуры снижается, а при кипении становится нулевой. Таким образом, процесс вакуумной деаэрации напрямую связан с температурой и давлением в рабочей системе. Практика эксплуатации вакуумных деаэраторов (даже с центробежно-вихревыми головками конструкции Б.А. Зимина) на котельных МУП «Тепло Коломны» показала, что незначительные колебания параметров работы аппарата приводят к скачкам концентраций остаточного кислорода, а в дальнейшем к проскоку углекислого газа (рис. 1).
Кроме того, автоматизация котельной, имеющей в своей схеме вакуумный деаэратор, является весьма сложным процессом. Избежать этих проблем нам помогло внедрение на ряде котельных альтернативного способа борьбы с коррозионно-активными газами. Автоматическое дозирование насосами-дозаторами (о которых говорилось ранее) химических реагентов связывания кислорода и поддержание pH среды стало надежным и эффективным методом борьбы с коррозией оборудования.
В качестве реагента для связывания растворенного кислорода до нормы (не более 50 мкг/л) нами используется Аминат КО-2 на основе катализированного сульфита натрия, предназначенного для применения в закрытых системах теплоснабжения. Метод основан на способности этого соединения связывать растворенный в воде кислород по реакции:
2Na2SO3+O2 ^ 2Na2SO4.
Для окисления сульфита кислородом необходимо некоторое время, зависящее от удельного расхода реагента, температуры воды и других факторов. Поэтому для ускорения процесса обескислороживания используется катализированный сульфит натрия, который может снижать содержание кислорода в воде (при комнатной температуре) от точки насыщения до нуля менее чем за 30 секунд. Контроль дозирования проводится нами по остаточному содержанию кислорода в обрабатываемой воде. Теоретическая доза Амината КО-2 составляет 8 мг препарата на 1 мг растворенного кислорода. Практика использования реагента в наших условиях, где содержание исходного кислорода колеблется в интервале 5-7 мг/л, показала, что оптимальный удельный расход композиции составляет 0,023-0,027 кг/м3 (рис. 2).
Для защиты оборудования от углекислотной коррозии по нормам «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ» необходимо поддерживать уровень pH воды закрытых систем теплоснабжения в диапазоне 8,3-9,5. Для этих целей на объектах МУП «Тепло Коломны» с помощью все тех же насосов-дозаторов применяется коррекционная обработка подпиточной воды щелочным реагентом Аминат КО-5. Необходимость данной обработки обусловлена также тем фактом, что в результате окисления сульфита растворенным в воде кислородом происходит снижение pH среды. Контроль дозирования проводится нами по измерению pH обработанной воды. Практика применения реагента в наших условиях показала, что оптимальный удельный расход композиции составляет 0,023-0,027 кг/м3 (рис. 3).
Опираясь на полученные результаты, нами сделан вывод, что химический метод обработки воды от коррозионно-активных газов может применяться как самостоятельный способ на котельных с небольшими величинами подпитки или как дообработка после вакуумной деаэрации. В особенности он будет очень удобен на полностью автоматизированных котельных малой мощности. Надо только не забывать о качественном инструментальном контроле воды и аккуратной, квалифицированной эксплуатации данных систем.
Заключение
Завершая данную статью, хотелось бы еще раз подчеркнуть, что вопросы по повышению эффективности производства тепловой энергии невозможно решить без усовершенствования одной из составляющих данного производства — химводоподготовки, и сегодняшние возможности производства материалов и оборудовании для ХВО способствуют этому.