Анализ эффективности различных способов очистки теплоэнергетического оборудования от накипных отложений

Аннотация. Приведение готовности теплоэнергетического оборудования теплоисточников и тепловых сетей к отопительному периоду ежегодно становится первостепенной задачей эксплуатационных служб котельных и ТЭС. Основной задачей проведения работ является результат безотказной работы оборудования в самые суровые зимние максимумы.
На сегодняшний день одной из основных проблем, с которой сталкиваются теплоисточники – это образование накипных отложений на внутренних поверхностях теплоэнергетического оборудования: теплообменников, тепловых сетей, котельных агрегатов. Данного рода тяжелые образования приводят к увеличенным потерям тепловой энергии, по причине снижения теплоотдачи. В отдельных случаях потери могут достигать 40-50%. А в самых серьезных запущенных случаях теплотехническое оборудование выходит из строя из-за разрывов трубопроводов или закупориванию внутренних систем.
В данной статье произведен анализ эффективности на сегодняшний день различных способов очистки теплоэнергетического оборудования от накипных отложений, предложены мероприятия по недопущению возникновений твердых отложений, рассчитана эффективность котельной установки сравнительным анализом с отложенисми на внутренних поверхностях и без них.
Сделан вывод целесообразности применения и модернизации существующих в большинстве случаев систем водоподготовки воды на ТЭС и котельных для пароводяных трактов котлов, водяных трактов водогрейных котлов и теплообменников и тепловых сетей.
Ключевые слова: ТЭС, котельная, котельный агрегат; теплообменный аппарат; накипные отложения; очистка; энергоэффективность.
Annotation.Bringing the readiness of heat and power equipment of heat sources and heating networks to the heating season annually becomes the primary task of operating services of boiler houses and thermal power plants. The main task of the work is the result of the equipment's trouble-free operation during the most severe winter highs.
Today, one of the main problems faced by heat sources is the formation of scale deposits on the inner surfaces of heat and power equipment: heat exchangers, heating networks, boiler units. Heavy formations of this kind lead to increased losses of thermal energy, due to a decrease in heat transfer. In some cases, losses can reach 40-50%. And in the most serious neglected cases, heating equipment fails due to pipe ruptures or clogging of internal systems.
This article analyzes the effectiveness of various methods of cleaning heat and power equipment from scale deposits today, proposes measures to prevent the occurrence of solid deposits, calculates the efficiency of a boiler plant by comparative analysis with deposits on internal surfaces and without them.
It is concluded that it is expedient to use and modernize the water treatment systems existing in most cases at TPPs and boiler houses for steam-water circuits of boilers, water circuits of hot-water boilers and heat exchangers and heating networks.
Key words: TPP, boiler room, boiler unit; heat exchanger; scale deposits; cleaning; energy efficiency.
Актуальность: научно-техническая статья посвящена исследованию и анализу очистки внутренних поверхностей от накипных отложений и повышения эффективности работы теплоэнергетического оборудования: промышленных паровых и водогрейных котельных агрегатов, теплообменных аппаратов, тепловых сетей в процессе эксплуатации в современных условиях [1].
Цель: выработка и предложение технических решений, их целесообразность по очистке внутренних поверхностей нагрева и энергоэффективности и паркового ресурса теплоэнергетического оборудования [3,6].
Задачи: снижение количества отложений в процессе эксплуатации теплоэнергетического оборудования [5], и использование различных методов по очистке.
Материал и методы: выполнен детальный обзор литературных источников и материалов по анализу эффективности работы котлов, теплообменных аппаратов и тепловых сетей с использованием очистки поверхностей нагрева во время эксплуатации.
Основная проблема большинства введенных в советское время котельных и ТЭС является, то что водоподготовка для котельного оборудования и тепловых сетей, как правило, или требует реконструкции и не выполняет в полной мере показатели качества согласно [2] или вовсе отсутствует (это касается котельных в системе ЖКХ).
Исчерпание паркового ресурса теплоэнергетического оборудования обусловлена теми факторами, что системы химводоочистки, а именно умягчения с применением сульфоуглей и введенных в эксплуатацию несколько десятков лет назад не в полной мере соответствует сегодняшним требованиям нормальной эксплуатации и не снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций в отопительный период [1,3].
В связи с вышеназванными факторами, исследование состава отложений накипи и структуры твердых отложений является необходимым этапом работ по разработке технологии химической очистки теплоэнергетического оборудования. Это обусловлено тем, что для разрушения и удаления различных отложений необходимо использовать различного рода химические реагенты и, соответственно, производство режимов обработки при химической очистке, а именно - поддержание нужных параметров таких, как температура, время очистки [1,3].
В качестве наглядного примера – для приведения коэффициента полезного действия теплообменных аппаратов и котлов среднего давления в энергетике используются следующие мероприятия и способы очистки от внутренних отложений:
- известная и повсеместно применяемая в системе ЖКХ, механическая чистка трубной системы от накипи используя различные приспособления и шарошки;
- отмывка от накипи растворами кислот, щелочей – так называемая кислотная промывка;
- выжигание отложений внутри трубных пучков печей;
- наиболее дорогостоящий способ - полная замена трубок теплообменных аппаратов и котлов.
Самым известным способом является механическая чистка от отложений внутренних поверхностей теплообменных трубок высверливанием. Иногда используется механическая очистка межтрубного пространства небольших разборных теплообменников. Достоинством данного метода состоит в том, что он доступен для небольших ремонтных групп, реализуется без грузоподъемных механизмов.
Основные недостатки - полная очистка не достигается, очень часто после очистки присутствуют механические повреждения на трубках теплообменного аппарата, что в конечном итоге приводит к тому, что дефектные трубки глушатся, тем самым сокращая площади теплообменных поверхностей. Этот способ преимущественно применяется для очистки водо-водяных теплообменников [4].
Для очистки от накипи межтрубного пространства разборных теплообменных аппаратов и трубного пространства всех типов и габаритов аппаратов применяется способ отмывки тонкой струей воды высокого давления (20 МПа). Преимущества этого способа в том, что удается в значительной степени очистить трубное и межтрубное пространство разборных теплообменников.
Недостатки способа:
- высокая стоимость отмывающего аппарата делает его не доступным для множества малых и средних энергетических предприятий;
- полная очистка теплообменников не достигается;
- невозможность очистки неразборных теплообменников и теплообменных рубашек реакторов, компрессоров, резиносмесителей.
При экстренней необходимости применяется способ очистки теплообменного оборудования от накипи отмыванием растворами кислот, щелочей. Преимущества этого способа в том, что удается полностью удалить всю накипь с малыми затратами физического труда [4].
Недостатки:
- необходимо наличие циркуляционной установки из химически стойкого материала;
- наличие реагентов;
- повышенные требования к технике безопасности при проведении работ в связи с применением кислот и щелочей;
Химическая промывка и очистка котельного оборудования, наиболее используемая в энергетике, состоит из нескольких этапов:
1. Промывка сетевой водой внутренних поверхностей котлов.
2. Щелочение котлов.
3. Тщательная промывка котлов техническими жидкостями.
4. Заливка промывочного раствора кислоты и его принудительная циркуляция внутри котла при помощи центробежного насоса.
5. Последующая промывка обессоленной водой.
6. Пассивация и нейтрализация после химической очистки.
7. Предварительная очистка технической водой котлов.
8. Окончательная промывка внутренних поверхностей котлов чистой химически очищенной водой.
Результаты исследования:
Если принять во внимание, что теплопроводность углеродистой стали 46-58 Вт/м·°C, а котельной накипи 0,082-2,3 Вт/м·°C, то очевидно увеличение расхода топлива, объемов дымовых газов и снижение КПД котла при работе с накипным слоем на внутренних поверхностях котловых труб [1].
Без сомнений использование химической очистки теплообменных аппаратов и котлов приводит к значительному повышению коэффициента полезного действия. Химическая очистка внутренних поверхностей теплоэнергетического оборудования обеспечивает [4,5]:
- снижение расхода топлива и электроэнергии на уровне 9-11%.
- увеличение межремонтного периода работы теплотехничского оборудования
- улучшение экологической обстановки воздушного бассейна.
Выводы: Важнейшим фактором, определяющим выбор способа очистки поверхностей нагрева теплоэнергетического оборудования - это количественный и качественный состав отложений. В настоящее время существует большое количество различных химических реагентов (соляная, серная, сульфаминовая кислоты, лимонная и другие органические кислоты, различного родакомплексоны) и способов их использования.
Так или иначе, использование химических реагентов для проведения своевременных химических очисток, является их доступность, относительно низкая стоимость, эффективность их использования и экологическая безопасность [2,5].
Список литературы:
1.Присяжнюк В.А. Физико-химические основы предотвращения кристаллизации солей на теплообменных поверхностях // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2003 г. № 10. с. 26–30.
2.Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (с изменениями на 13 февраля 2019 года)
3.Кудинов А. А., Энергосбережение в теплогенерирующих установках. -М.: Машиностроение, 2012. -139 с.
4. Рэт Д. Теория накипи или практика магнетизма, журнал // Мир новосела. 2002 г. №1. С. 92–98.
5. Fokin VM, Heat generators of boiler rooms. -M .: "Publishing House Mashinostroenie", 2005. -160 p.