МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

Вода является растворителем и дешёвым теплоносителем. Тем не менее, она же может стать причиной поломки парового или водогрейного котла. Риски связаны с наличием в воде различных примесей, попадающих в воду в процессе её естественного круговорота в природе. Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость специальной физико-химической обработки. Предотвратить и решить проблемы связанные с работой котельного оборудования возможно только при чётком понимании причин их возникновения.

Методы очистки воды обуславливаются их физико-химическими и техническими свойствами. В большинстве случаев очистка одним методом малоэффективна, а потому в технологической схеме переработки воды комбинируют различные методы – механические в сочетании с физико-химическими и химическими и пр. Только таким путём можно достигнуть высокого эффекта очистки вод. Выбору определённой схемы очистки воды должен предшествовать технико-экономический расчёт нескольких сравнительных вариантов с учётом охраны окружающей среды и экологической экспертизой проекта.

Современные технологии, аппараты и установки позволяют очистить практически любую воду и сделать её пригодной для хозяйственных нужд и даже для питья. Всё определяется целесообразностью затрат по достижению того или иного уровня очистки сточных вод в соответствии с предъявляемыми природоохранными нормативами.

Растворенные в воде вещества вызывают серьёзные неполадки в работе оборудования. В основном это связано с образованием в тепловых агрегатах накипных отложений и коррозии. При повышенных щелочности и солесодержании имеют место вспенивание котловой воды и занос солей в пароперегреватель.

Образующиеся накипные отложения значительно снижают теплопроизводительность теплообменников, а также увеличивают их гидравлическое сопротивление. В подогревателях горячего водоснабжения (подогрев воды до 70˚С), использующих недеаэрированную исходную воду, накипные отложения могут быть весьма велики, что приведет за собой постоянные расходы и сокращение срока эксплуатации оборудования, поэтому применение исходной воды без предварительной обработки ограничивается соответствующими нормами.

Наряду с карбонатными отложениями в теплообменной аппаратуре идет накопление продуктов коррозии.

В современном мире существуют различные способы решения данных проблем, основными из которых являются водоподготовка для котельной и умягчение жёсткости воды. Для правильного выбора схемы обработки и умягчения жёсткости воды необходимы следующие исходные данные: анализ воды источника водоснабжения; требования, предъявляемые к химически обработанной воде.

Водоподготовка, очистка и умягчение водогрейных систем производится после того, как будет проведен предварительный анализ воды.

Технологический процесс водоподготовки котельных и последующая очистка системы транспортировки теплоносителя подразделяется на несколько основных этапов:

• начальная очистка от взвесей, коллоидов и органики;
• процесс умягчения (деминерализации);
• аннигиляция агрессивных газов СО₂ и О₂; коррекционная постобработка и расчет следующей очистки.

Даже в тех системах теплоснабжения, где применяется современное оборудование и производится расчёт всех параметров работы, происходят внутренние потери питательной воды. Эти потери должны компенсировать добавочной водой, обрабатываемой на водоподготовительной установке, по качеству сопоставляемой питательной водой котлов.

Первичный этап умягчения воды, процесса водоподготовки для теплоэнергетики, а также очистка не представляет высокой сложности и производится с помощью средств механической фильтрации. Второй этап процесса водоподготовки является более трудоёмким. Для более эффективной очистки жёсткой воды и её последующего умягчения, необходимо позаботиться об удалении растворённых минеральных солей в рабочей среде. Существует ряд методов, позволяющих подготовить технологический продукт к использованию.

Ионообменный метод. Обессоливание воды методом ионного обмена основано на способности некоторых органических материалов ионитов вступать в ионный обмен с растворимыми в воде солями. Иониты сорбируют или обменивают ионы солей, отдавая в воду эквивалентное количество ионов, которыми ионит насыщается при регенерации. Жидкость проводят через специальную смолу, которая притягивает и задерживает ионы кальция и магния. Кроме того, она обогащает воду натрием или ионами гидроокиси и водорода.

Ионит, имеющий обменным ионом катион, называется – катионитом; ионит, имеющий обменным ионом анион – анионитом. Процессы ионного обмена соответственно называют катионированием и анионированием.

Метод обратного осмоса – процесс фильтрации растворов под давлением, превышающим осмотическое, через мембраны, пропускающие растворитель и задерживающие молекулы, и ионы растворенных веществ. Обратный осмос  характеризуется высокой задерживающей способностью (селективностью) по всем солям, в том числе и одновалентным ионам.

В основе данного метода лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор. Давление, при котором наступает равновесие, называется осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении, это отразилось в названии процесса «обратный осмос». Метод обратного осмоса является методом опреснения и обессоливания воды и широко используется в энергетике, в медицинской, пищевой, химической  промышленности, а также для улучшения качества технической и питьевой воды.

Устройства мембранной водоочистки (умягчители) отличаются диаметром и толщиной главного рабочего элемента – мембраны. Её размер варьируется в диапазоне от 2 до 100 мкм. Современные модели снабжены специальным блоком автоматики. Это способствует максимальному уровню удобства при осуществлении управления над прибором. Данные установки способствуют эффективному предотвращению формирования накипи в трубопроводных отопительных системах и котлах.

Мембрану можно рассмотреть как селективно-проницаемый барьер между двумя гомогенными фазами, причем термин «селективный» может относиться как к мембранам, так и к мембранным процессам. Наиболее конкретным является следующее определение: мембрана – это фаза или группа фаз, которые разделяют две различные фазы, отличающиеся физически и/или химически от фаз мембраны; при этом мембрана обладает свойствами, позволяющими ей под действием приложенного силового поля управлять процессами массопереноса между разделяемыми фазами [2, с.208].

К безреагентным методам умягчения жёсткой воды относятся методы, основанные на интенсивном воздействии электромагнитных полей, волн или ультразвука. В процессе этого, новые вещества не создаются ввиду того, что все процессы основываются на физической основе. Безреагентные устройства (магнитные, ультразвуковые и электромагнитные установки) получили широкое распространение в тепловых системах квартир и частных домов.

Ультрафиолетовые обеззараживатели способны быстро очистить воду от различных разновидностей болезнетворных бактерий и солей тяжелых металлов. Также могут применяться ртутные бактерицидные лампы. Они могут работать в условиях низкого давления. Отличаются высоким КПД и продолжительными эксплуатационными сроками.

Химводоподготовка позволяет значительно увеличить время эффективной эксплуатации котлов, трубопроводов и теплообменников, снизить расходы на ремонт и обслуживание. Применение современного высокоэффективного и энергосберегающего оборудования – это путь, позволяющий снизить эксплуатационные затраты на проведение процесса и обеспечить экологическую безопасность производства. При этом достигается качество воды, пригодное как для возврата на технологические нужды, так и на слив в водоем культурно-бытового назначения с обеспечением норм ПДК.

Список литературы:

1. А.С. Копылов, В.М. Лавыгин, В.Ф. Очков. Водоподготовка в энергетике [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов / М.: Издательский дом  МЭИ, 2016.
2. Карелин Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. - М.: Стройиздат, 1988. - 208 с.
3. Об утверждении Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов // Постановление Госгортехнадзора РФ от 11 июня 2003 г. № 88.