МАШАНОВ А. В., инж., ЩЕЛОКОВ Я. М., канд. техн. наук, ЗУСКОВИЧ Р. Д., РАМЕНСКИЙ П. П., ИГНАШОВ В. А., инженеры, ПТП Уралэнергочермет — Душанбинская ТЭЦ
Надежная работа систем теплоснабжения возможна при соблюдении строго регламентированных требований к качеству воды. При этом должно обеспечиваться полное отсутствие солевых отложений в водогрейных котлах и водоподогревателях и подавление коррозии металла в трубопроводах и оборудовании систем. Требования к качеству подпиточной воды приведены в табл. 1.
Кроме того, нормируется содержание углекислоты и растворенного кислорода. Свободная углекислота должна отсутствовать, растворенного кислорода в сетевой воде — не должно быть более 20 мкг/кг.
Для систем теплоснабжения характерны:
ухудшение качества воды в сравнении с приведенными нормативами в системах теплоснабжения и значительная перегрузка водоподготовительных установок по производительности, приводящие к образованию солевых отложений на поверхностях нагрева котлов, подогревателей воды и увеличению скорости коррозии металла;
Таблица 2
Таблица 1
Характеристика системы теплоснабжения | Карбонатный индекс, Гиг-экв/л)2, при температуре воды, °С | |||
100—120 | 120—130 | 130—140 | 140-1 SO | |
Водогрейные котлы а закрытым водоразбором | 1,8 |
| 1,0 | 0,5 |
То же с открытым водоразбором | 2,0 | 1,5 | 1,2 | 0,8 |
Сетевые подогреватели с закрытым водоразбором | 2,5 | 2,0 | 2,0 | 2.0 |
То же с открытым водоразбором | 3„0 | 2,5 | 2,5 | 2,0 |
сброс засоленных сточных вод водоподготовительных установок, так как для умягчения воды в большинстве систем используются ионообменные фильтры. Сточные воды по своему составу не соответствуют предельно допустимым концентрациям (ПДК) вредных веществ в воде водоемов, их нейтрализация является одной из важнейших экологических проблем как в масштабах каждой системы теплоснабжения, так и страны.
В последние годы широкое применение для обработки (стабилизации) воды в системах водяного охлаждения находят органические фосфонаты. Промышленностью освоен выпуск ингибитора отложений минеральных солей (ИОМС), оксиэтилидендифосфоновой кислоты
(ОЭДФ) в двух модификациях, нитрилотриметиленфосфоновой кислоты (НТФ), дваоксипропанолтетраметиленфосфоновой кислоты (ДПФ) и ряда композиций на их основе.
Лабораторные и стендовые исследования, выполненные рядом авторов, показывают, что эти реагенты могут применяться для подавления процессов образования солевых отложений и коррозии металла не только в системах водяного охлаждения, но и в системах отопления, в том числе с открытым водоразбором на горячее водоснабжение. При этом в зависимости от поставленной задачи фосфонаты могут быть использованы в качестве стабилизаторов солей жесткости или ингибиторов коррозии металла. В композициях с диопергаторами или комплексообразователями применение реагентов существенно расширяется.
Главное преимущество фосфонатов — возможность значительно поднять допустимый карбонатный индекс сетевой воды для различных водоподогревателей за счет введения композиций одного из названных реагентов в количестве 0,5 — 10,0 мг/л. Это в свою очередь позволит создать условия для значительного увеличения производительности водоподготовительных установок и сокращения сбросов их сточных вод. В настоящее время применение фосфонатов в системах водяного отопления носит эпизодический характер я ограничено по температуре нагрева воды значением 100 °С.
Западная водогрейная котельная Душанбинской ТЭЦ и ее система тепловодоснабжения могут быть характерным примером рассматриваемых систем. Расход циркуляционной воды составляет 4000 м3/ч, объем системы — 20 000 м3, расход добавочной воды достигает 2500 м3/ч. Водоподготовительная установка работает по схеме: подкисление, декарбонизация, натрий-катионирование, деаэрация. В котельной установлены котлы ПТВМ-100 (3 шт.), КВГМ-180 (2 шт.). Качество сетевой и подпиточной воды характеризуется следующими показателями:
Главные недостатки этой котельной — большой водоразбор воды из системы в зимний период времени, и ухудшение качества воды из-за перегрузки водоподготовительной установки, В результате на теплопередающих поверхностях водогрейных котлов образовывались отложения следующего состава: CaO+MgO — до 40, FeaO3— до 20, потери при прокаливании — до 40 % массовых.
Из результатов анализов следует, что вследствие повышенного карбонатного индекса наблюдалось образование солевых отложений, а высокая скорость коррозии вызывала занос котлов ее продуктами из системы теплоснабжения.
При подготовке к отопительному сезону 1988 — 1989 гг. были проведены промышленные испытания технологии обработки воды органическими фосфонатами. По результатам лабораторных исследований и опыта работ, выполненных Уралэнергочерметом на котлах малой производительности, в качестве реагента-стабилизатора выбрана ОЭДФ (жидкая форма). Определен необходимый режим обработки воды. Для сравнения режимы обработки воды до и после начала использования фосфонатов представлены в табл. 2.
Показатели качества воды в системе теплоснабжения при обработке ее фосфонатами следующие: 
Вырезки из котла ПТВМ-100 (слева направо):
1 — без обработки фосфонатами при повышенном карбонатном индексе воды; 2 — без обработки фосфонатами при наличии свободной углекислоты; 3, 4 — при обработке воды фосфонатами
На применение ОЭДФ в системах теплоснабжения с открытым водоразбором было получено разрешение Минздрава СССР. Промышленные испытания проводились с ноября 1988 по апрель 1989 г. В работе находились один котел ПТВМ-100 и два котла КВ ГМ-180, температура нагрева воды достигала 130°С, температурная разверка составляла более 20 °С.
Контроль режима обработки воды осуществлялся по содержанию фосфоната в воде, гидравлическому сопротивлению котлов, количеству и составу солевых отложений на контрольных участках теплопередающих поверхностей котлов, скорости коррозии металла в воде системы теплоснабжения. По всем контролируемым показателям новая технология обработки воды позволила получить положительные результаты. При этом гидравлическое сопротивление котла ПТВМ-100 за период испытаний осталось практически без изменений, ранее этот параметр возрастал за отопительный сезон более чем в 2 раза; количество образовавшихся отложений в котлах не превысило 0,2 мм (см. рисунок), а скорость коррозии металла снизилась в системе теплоснабжения с 0.6 до 0,3 мм/г.
В течение всего отопительного сезона ступень натрий-катионирования была выведена из работы, а расход кислоты был сокращен в 2— 3 раза.
Выводы
- Технология обработки воды фосфонатами обеспечила надежную работу водогрейных котлов при температуре нагрева до 130 °С и карбонатном индексе воды до 12 (мг-экв/л)2. При этом отпала необходимость в использовании поваренной соли в количестве более 5 тыс. т в год.
- Существенно упростилась эксплуатация оборудования котельной, сократилось использование ручного труда, появилась возможность решения ряда экологических проблем, остро стоящих при эксплуатации существующих ХВО для систем теплоснабжения.
