Я. М. Щелоков, доцент кафедры «Энергосбережение» УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург

В течение десятилетий нормативная техническая документация для энергетических установок создавалась с активным участием нескольких ведомств – Минстрой (Госстрой) СССР, Минэнерго СССР, отраслевые министерства и ведомства.

В результате, в действующих в настоящее время нормативных документах есть ряд противоречий, сохраняются рекомендации и требования, которые не выдержали проверку временем, и в то же время ряд достаточно проверенных технологических решений не находит отражения в нормативной документации.

Попытаемся это показать на примере существующих систем централизованного теплоснабжения, в плане выбора способа обработки воды и режимов эксплуатации водоподготовительного оборудования.

Согласно [1, 2], выбор способа обработки воды для питания котлов должен проводиться специализированной проектной организацией. А если исходить из рекомендаций СНиП [3], то способы обработки воды для централизованного горячего водоснабжения могут быть различными, в том числе и те, которые исключают необходимость предварительного умягчения воды (магнитная, силикатная обработка и др.).

Одновременно теми же Правилами [1, 2] не оговариваются конкретные схемы докотловой или какой-то иной обработки воды, но четко определяются требования к качеству как питательной воды для паровых котлов, так и сетьевой и подпиточной воды водогрейных котлов. Показатели качества воды при этом устанавливаются в основном в зависимости от типа системы теплоснабжения (открытая, закрытая), температуры сетьевой воды, значения рН и др.

Анализ этих требований к качеству воды показывает, что в большинстве вариантов выполнения систем теплоснабжения, режимов их работы существующие нормы качества подпиточной воды сложились, исходя из возможностей установок докотловой обработки воды, в которых используется ионообменная технология умягчения воды. На протяжении десятков лет здесь используется Nа-катионирование и реже Н-катионирование.

В результате сложилась ситуация, когда на крупных системах теплоснабжения устанавливались масштабные фильтровальные залы, громоздкое оборудование с ручным приводом, на котором до сих пор используются дорогостоящие ионообменные смолы и в нарушение действующих нормативов зачастую не имеющие гигиенического сертификата. А на мелких (локальных) системах теплоснабжения реализовать такую схему докотловой обработки воды было практически невозможно ввиду следующих ее недостатков [4]:

• громоздкое оборудование;
• большие капитальные и эксплуатационные затраты;
• большое потребление соли и воды;
• значительный объем сточных вод, что несовместимо с существующими экологическими требованиями;
• необходим квалифицированный персонал и постоянный лабораторный контроль;
• коррозионная активность воды после ионообменных фильтров возрастает и необходима обязательная термическая деаэрация;
• из-за высокой коррозионной активности солевых растворов приходится часто производить ремонт водоподготовительного оборудования;
• необходимо проведение периодических отмывок (кислотных и др.) оборудования и котлов от отложений, что разрушает не только накипь (отложения), но частично и сами поверхности труб и оборудования.

Проще было, например, в соответствии с [3] воду для установок горячего водоснабжения с расходом менее 50 т/ч не деаэрировать, да и не обрабатывать, а ремонтировать или регулярно заменять на новое теплосиловое оборудование, для чего на соответствующем уровне подтвердить дополнительные фонды и лимиты. Учитывая низкие цены на топливо вплоть до середины 1990-х г., подобный режим эксплуатации систем теплоснабжения был даже экономически оправдан.

По ряду причин в стране не была создана и до сих пор отсутствует, несмотря на резкий рост цен на первичное топливо и оборудование, необходимая технологическая культура и дисциплина. В данном случае речь идет об обеспечении требуемого водного режима котлов и систем теплоснабжения. В подтверждение данного вывода процитируем Правила [2, 5], обязательные для предприятий и организаций в системе ЖКХ РФ и др.: "Эксплуатация паровых и водогрейных котлов без устройств для докотловой или внутрикотловой обработки воды запрещается".

На практике в промышленных котельных нередко не ведется водно-химический режим [6], а в коммунальных отопительных котельных в соответствии с этим требованием необходима остановка, пожалуй, не менее чем 75 % котельных [6].

Каковы же результаты эксплуатации систем теплоснабжения при сложившихся схемах докотловой обработки воды и/или при их полном отсутствии?

В Свердловской области особенно развиты крупные системы теплоснабжения с открытым водоразбором. Большинство из них остается в ведении региональной энергосистемы, сейчас АО "Свердловэнерго". Все эти системы теплоснабжения имеют необходимое (ионообменное) водно-химическое оборудование, с использованием схем Nа-катионирования и др. Уровень эксплуатации этих систем обработки воды отвечал всем требованиям правил технической эксплуатации.

Тем не менее, в энергосистеме до перехода на стабилизационную (антинакипную) обработку подпиточной воды, по данным "Свердловэнерго", ежегодно расходовалось свыше 1000 т серной кислоты, 3000 т поваренной соли, 100 т катионита. В водоемы сбрасывалось 900 тыс. м3 солевых регенерационных стоков. И при этом, несмотря на сложную и весьма затратную технологию водоприготовления, не удавалось решить проблему образования отложений на теплообменном оборудовании. В течение отопительного сезона подогреватели подвергались механической чистке, которая была малоэффективной, так как отложения имели плотную структуру и состояли в основном из ионов накипеобразователей.

Но другой и принципиальной особенностью ионного обмена и одновременно главной причиной снижения эффективности работы водогрейных котлов является то, что при его применении на химводоочистках должны строго выдерживаться их пропускная способность по подпиточной воде, своевременно и качественно выполняться все технологические операции. С другой стороны, у системы отопления и ГВС любого типа регулярно или периодически требуются изменения расхода подпиточной воды в широком диапазоне – нередко в десятки раз, то есть эти два технологических процесса – ионный обмен и система водяного теплоснабжения, тем более открытого типа – практически несовместимы. И все попытки их объединить неизбежно связаны с необходимостью хотя бы периодического питания систем отопления и ГВС сырой водой со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Иначе говоря, этот метод водоподготовки является пассивным по отношению к уже имеющейся накипи, т. е. любые "проскоки" солей жесткости и перерывы в работе ионообменных фильтров (подпитка напрямую) приводят к увеличению отложений и потере тепловой мощности (перерасходу топлива).

Там, где какая-либо обработка воды отсутствует, образуются те или иные отложения от нескольких до десятков миллиметров в год.

Интенсивность их образования зависит от многих факторов, но в среднем составляет не менее 3-5 мм в год.

Толщина накипи (отложений) напрямую определяет рост потерь топлива и мощности котлов [7]. В соответствии с этими данными отложения толщиной в 1 мм повышают расход условного топлива до 8 %. Представляют интерес сравнительные данные по теплопроводности различных материалов [8], в %: 

Отложения: 

Изоляционные материалы:
 

Теплопроводность отложений в основном в 40–70 раз ниже, чем у стали. Например, в Свердловской области ежегодно в котельных сжигается около 9–10 млн. тонн условного топлива (у. т).

Учитывая масштабы работы котлов без какой-либо обработки воды, потери топлива за счет образования отложений составляют не менее 20 %, или 2 млн. тонн у. т. в год.

В масштабах России потери топлива и мощности котлов из-за отложений достигают не менее 60 млн. тонн у. т. в год плюс увеличение объемов работ по ремонтам и обслуживанию.

Можно констатировать, что в нашей стране отсутствует необходимая технологическая культура и дисциплина обеспечения требуемого водного режима котлов и систем теплоснабжения.

Более того, существующая нормативная база вынуждает к преимущественному использованию в любых системах теплоснабжения ионообменных установок, которые практически несовместимы по своим технологическим режимам (в первую очередь, по соответствию возможных расходов воды на подпитку – пропускной способности данных ВПУ).

Литература

1. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Утв. Госгортехнадзором России 28.05.93 г., с изменениями. М.: НПО ОБТ, 1993, 189 с.
2. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 Мпа (0,7 кгс/см2), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 338 К (115 оС). Утв.Минстроем России 28.08.92, с изменениями. М.: Минстрой России, 1992, 68 с.
3. СНиП 2.04.07-86* Тепловые сети. М.: Минстрой России, 1994, 48 с.
4. Дикарев М.А. Реагентная (комплексонатная) водоподготовка – проблемы и решения. Новости теплоснабжения, сентябрь 2000, с. 24–26.
5. Правила технической эксплуатации коммунальных отопительных котельных. Утв. Минстроем России 11.11.92. М.: Минстрой РФ, 1992, 87 с.
6. Раскошный В.И., Пахутов А.А. О подготовке промышленных предприятий и муниципальных образований Свердловской области к работе в отопительном сезоне 2000–2001 гг. Вестник энергосбережения, 2000, № 3–4, с.50–53.
7. Удаление накипи химическими регеантами нового поколения/ А.Е. Кузмак, А.В. Кожеуров, И.Д. Александрова, Н.Ф. Лобанов, С.М. Грунин. Энергетическая эффективность, 1999, № 25, с.20–22.
8. Principles of industrial Water Treatment. Ashland Chemikal Co.,USA, 1994, 393 р.

Полную версию статьи Вы можете найти в журнале "Новости теплоснабжения", 2002, № 9, с. 47-48