3.3. Очистка стенок теплообменной поверхности от отложений в котлах малой производительности с помощью СО2
Сравнение внутренних поверхностей тепловых сетей модульных котельных и централизованного теплоснабжения показывает, что из-за не качественной водоподготовки на стенках тепловых сетей децентрализованного теплоснабжения наблюдаются отложения большей толщины.
Следует отметить, что отложения, как минимум, двухслойные: на стенках наблюдаются плотные отложения толщиной порядка 1-2 мм, а сверху над ними - отложения рыхлые, толщиной 3-4 мм.Они обусловлены выпадением солей жесткости из воды при повышении ее температуры.
Для удаления отложений в котлах централизованного теплоснабжения (типа КВ-ГМ-50;100, ПТВМ-ЗОМ; 50) в настоящее время применяется сернокислотная промывка трубных поверхностей. К ее недостаткам следует отнести то, что при растворении отложений разрушается одновременно и металл стенок.
В последнее время находит применение углекислотная очистка поверхностей нагрева паровых энергетических котлов в результате продувки труб смесью водяного пара и СО2.
Особенностью котлов модульных котельных (см.гл.1-2) является то, что поверхности нагрева в них отличаются от трубных. Кроме того, этот метод не пригоден для водогрейных котельных, так как в них отсутствует пар.
Поэтому в настоящей работе предлагается модифицированный метод углекислотной продувки. Достаточно эффективна очистка и раствором соляной кислоты. С этой целью углекислота или концентрированная соляная кислота растворяются в сетевой воде при температуре 95°С и давлении порядка 0,3 МПа, и смесь циркулирует по контурам котла и тепловым сетям. При этом углекислота может быть в твердом состоянии или в виде баллонного газа /35/.
На рис.3,4. представлена схема такой очистки для котлов малой тепло- прооизводительности.
Очистка осуществляется следующим образом. Через штуцер 8 подается в трубу Вентури сетевая вода от работающего котла, а в горловину ее насосом 5 подается соляная кислота или раствор углекислоты.
Сухая углекислота может помещаться непосредственно в бак 2. Раствор циркулирует по линии рециркуляции 9 и через трубу Вентури до достижения рН=4,5-5,5. После этого раствор кислоты подается насосом в котел через патрубок и трубопровод с сетевой водой, которая по линии 7 возвращается в бак 2. Так как по мере очистки рН увеличивается, то необходимо контролировать раствор кислот экспресс- методом (лакмусовой бумажкой) и поддерживать его на нужном уровне, подпитывая трубу Ветури свежим раствором из емкости 4.Проверка метода очистка в соответствии со схемой рис.3.4 проводилась на котле "Хопер-ЮОЭ" раздельно соляной кислотой, углекислотой и комбинировано смесью перечисленных растворов.
При заполнении поверхностей нагрева котлов раствором выключаются насосы и раствор находится в статике 28-30 мин. После статической очистки включаются насосы и раствор в течение 40-50 мин циркулирует по контурам котла.
После очистки раствор сливается в бак, а через поверхности нагрева прокачивается по автономному подводящему контуру (на рис.3.4 не показан) раствор соды для нейтрализации остатков раствора слабых кислот. Промывочная щелочная вода удаляется в дренаж.
Рассмотренный метод очистки пригоден и для очистки от отложений коротких тепловых сетей децентрализованного теплоснабжения.
Эффективность очистки определялась весовым способом. Так как по мере очистки рН увеличивается, то необходимо контролировать концентрацию растворов кислот экспресс - методом (например, лакмусовой бумажкой), поддерживая ее на нужном уровне, подпитывая трубу Вентури свежим раствором
Рис.3.4. Схема очистки поверхностей нагрева водогрейных котлов модульных котельных; 1 - котел; 2 - бак; 3 - труба Вентури; 4 - емкость с соляной кислотой или баллон с углекислотой; 5 - циркуляционный (кислотный) насос; 6 - дыхательный клапан; 7 — запорная (регулирующая) арматура; 8 — линия подачи сетевой воды от работающего котла; 9 - линия рециркуляции из емкости 4.
Проверка метода очистка в соответствии со схемой рис.3.4 проводилась на котле "Хопер-ЮОЭ" раздельно соляной кислотой, углекислотой и комбинировано смесью перечисленных растворов.
После заполнения поверхностей нагрева котлов раствором выключаются насосы и раствор находится в статике 28 - 30 мин, после чего включаются насосы и раствор в течение 40-50 мин циркулирует по контурам котла. По окончании очистки раствор сливается в бак.Заключительной операцией химической очистки поверхностей нагрева является пассивация, то есть создание режима, в результате которого исключается протекание анодных процессов. Это делается с целью предотвращения атмосферной коррозии, которая может протекать в период между окончанием очистки и началом пускового режима котла. В литературе/20/ описаны два метода пассивации. По первому методу через внутренние циркуляционные контуры котла прокачивают жидкую смесь 1% -го раствора нитрита натрия с добавкой аммиака до рН=10 или алюминия при температуре 40-50°С. По второму методу прокачивают 0,05% раствор гидразина с добавкой аммиака до рН=10 при температуре 120-150°С.
В результате пассивации на очищенных поверхностях нагрева образуется тонкий слой оксидов металлов, препятствующий коррозии. Оксидная пленка создается и в результате обработки поверхности раствором трилона Б. Пассивация не должна быть длительной, так как может возникнуть интенсивная стояночная коррозия очищенных поверхностей.
Описанные методы пассивации применяются для парогенераторов. Для водогрейных котлов малой теплопроизводительности систем децентрализованного теплоснабжения достаточно обработать после кислотной промывки поверхности нагрева содовыми растворами. Для этого через поверхности нагрева прокачивается по автономному подводящему контуру (на рис.3.4 не показан)
раствор соды для нейтрализации остатков раствора слабых кислот. Промывочная щелочная вода удаляется в дренаж.
Рассмотренный метод промывки углекислотой или слабой соляной кислотой пригоден и для очистки от отложений коротких тепловых сетей системы децентрализованного теплоснабжения.
Эффективность очистки определялась весовым способом на контрольном образце и по толщине оставшегося отложения на стенках.
С этой целью на контрольном образце определялась толщина отложений до и после очистки. Результаты испытаний обрабатывались по выше изложенной методике для определения погрешности измерений. При весовом способе на фиксированной поверхности соскабливались отложения до очистки. После очистки то же самое делалось на другом контрольном образце при той же фиксированной длине.Опыты показали, что эффективность очистки раздельно углекислотой или соляной кислотой составила:
для рыхлых отложений в котлах - 85-89%;
для плотных отложений - 75 - 82%.
При комбинированном методе очистки котлов или тепловых сетей смесью углекислоты и соляной кислоты эффективность очистки выше на 4-6%.
Произведем оценку влияния слоя отложений на поверхностях нагрева котлов модульных котельных на их теплопроизводительность. В основу оценки положим уравнения теплового баланса и теплопередачи /25/:
где обозначены индексы: г - греющая среда (уходящие газы), в - сетевая вода; Н- площадь поверхностей нагрева котла; (р - коэффициент сохранения теплоты; к — коэффициент теплопередачи:
Одновременно с прямым балансом оценим теплопотери и по обратному балансу. В соответствии с данными гл.2 примем теплопотери от химического
недожога равными С[з =0,5-1%, механического недожога - С[4 =0. Расчеты
показывают, что в результате отложений КПД брутто снижается до 89,9%.
Оценим тепловосприятие котла на основе экспериментальных данных по
уравнениям (3.13). Тепловосприятие по воде составляет QB =100 кВт при G=3,6 т/ч, 7j —Т^=25°С и отсутствии отложений. При наличии отложений в 4мм,
T~T2=20SC И при G-3,6 т/ч тепловосприятие котла составляет QB =86 кВт
при прочих равных условиях. Таким образом, тепловосприятие по воде из-за наличия отложений в 6 мм при работе котла в течение 2-х лет снизилось на 22%. При прочих равных условиях наличие отложений способствует повышению температуры уходящих газов, а значит, увеличивает тедлопотери с уходящими газами и уменьшает КПД брутто.
При наличии отложений температура уходящих газов за котлом увеличивается со 140 °С до 165°С.
Недовыработка теплоты за счет отложений составляет 18 кВт, поэтому перерасход топлива по прямому балансу равен 1,65 м3/ч при толщине отложений в
л
6 мм и при часовом расходе 18 м /ч, то есть около 1%.
Таким образом, можно рекомендовать для снижения термического сопротивления через каждые 2 года промывку поверхностей нагрева котлов.