ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ
Найманова Асіят Аубекірівна
УДК 628.16
ОБРОБКА ВОДИ ДЛЯ ЗНИЖЕННЯ
УТВОРЕННЯ НАКИПУ У СИСТЕМАХ ОПАЛЕННЯ
05.23.04 - Водопостачання, каналізація
Автореферат
дисертації на здобуття вченого ступеня
кандидата технічних наук
Харків - 1999
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано на кафедрі “Міське будівництво та господарство” Донбаської державної академії будівництва і архітектури Міністерства освіти України.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Дрозд Геннадій Якович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор кафедри “Водопостачання, каналізація і гідравліка” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури Пантелят Гаррі Семенович
кандидат технічних наук, заступник директора “УкркомунНДІпрогрес”, директор НТВК “Екощит” (м.Харків), Китаєв Арон Львович.
Провідна установа: Донецький державний технічний університет (м.Донецьк )
Захист дисертації відбудеться “17” лютого 2000 року об 11.00 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти України ( 310002, м.Харків, вул. Сумська, 40 ).
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури ( 310002, м.Харків, вул. Сумська, 40 ).
Автореферат розісланий “11” січня 2000 року.
Вчений секретар
спеціалізованої Вченої ради М.І.Колотило
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.
Актуальність роботи. Ефективність роботи систем водяного опалення здебільшого визначає кількість накипу на внутрішній поверхні водогрійного обладнання. Ці відкладення знижують коефіцієнт теплопередачі і призводять до перевитрачання палива.
Нестача власних паливно-енергетичних ресурсів в Україні висуває задачу боротьби з утворенням накипу у перші ряди. Реагентні методи, що широко застосовуються для цього, потребують використання багатокоштовних реагентів, їх налагодженого постачання, кваліфікованого обслуговуючого персоналу. До того ж вони збільшують витрати води на власні потреби котельної та супроводжуються утворенням значної кількості брудних стоків, що скидають у водойму.
Враховуючи обмеженість запасів прісної води, вчені все більше уваги приділяють методам запобігання утворення накипу, що виключають використання реагентів і не утворюють стоків, - магнітної, ультразвукової, електричної обробки води. Проте недостатня вивченість механізму дії, технологічних параметрів, ефективності і економічної доцільності перешкоджають їх широкому розповсюдженню.
Одним з найбільш перспективних безреагентних методів боротьби з утворенням накипу, на наш погляд, є обробка води постійним електричним струмом.
Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Робота виконувалась в рамках державної теми К-1-1-97 “ Підвищення надійності систем міського господарства ”.
Мета і завдання роботи. Інтенсифікація та наукове обгрунтування технології запобігання утворенню щільних сольових відкладень на теплопередаючих поверхнях водогрійних котлів за допомогою електрообробки води.
Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі :
·
аналіз сучасних уявлень про утворення накипу і вживання електрообробки для його зниження; зясування механізму дії електрообробки на процеси утворення накипу у водогрійному обладнанні; оцінка впливу факторів якості, кількості, температури води та параметрів електрообробки на ефективність протинакипної дії електричного струму;
· розробка математичної моделі, яка повинна адекватно описувати взаємозвязок між утворенням накипу, параметрами якості води й електрообробки;
· отримання залежності раціональних для пригнічення утворення накипу параметрів електрообробки від показників якості води;
· техніко-економічне обгрунтування застосування протинакипної електрообробки води для систем водяного опалення.
Наукова новизна отриманих результатів:
·
зясовано взаємозвязок між параметрами якості і кількості води, характеристиками електрообробки і інтенсивністю утворення накипу на поверхнях нагріву у системах опалення;
· доведено, що протинакипний ефект електрообробки води у системах опалення обумовлений коагуляційним механізмом дії струму на накипутворівні частинки ;
· знайдено емпіричну математичну залежність, яка з достатньою точністю відповідає результатам дослідів по зниженню утворення накипу у системах опалення.
Практичне значення отриманих результатів:
·
встановлено, що обробка постійним електричним струмом циркулюючої у системах опалення води дозволяє запобігти утворенню накипу у водогрійних котлах;
· випробування протинакипної електрообробки води в умовах діючих котельних дало ефект близький до 100%;
· отримано формулу для розрахунку раціональних параметрів обробки води постійним електричним струмом при пригніченні утворення накипу;
· застосування електрообробки води у водогрійних котельних дозволяє а) виключити Na-катіонітне помякшення додаткової води із скиданням стоків у водойми; б) зменшити експлуатаційні витрати.
Апробація роботи. Основний зміст роботи доповідався на міжнародній науково-технічній конференції “Екологія промислових регіонів” (м. Горлівка, 1999р.), Академічних читаннях ДДАБА (м. Макіївка, 1998р.), науковій конференції аспірантів та студентів ДДАБА (м. Макіївка, 1998р.), науково-технічній конференції у ХДТУБА (м. Харків, 1999р.).
Публікації. Основні положення роботи викладено у 6 статтях.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, пяти розділів, загальних висновків, списку літератури (104 найменування). Робота вміщує 108 сторінок основного тексту, 28 рисунків, 12 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дослідження, наведені положення наукової новизни та практичної цінності отриманих результатів.
У першому розділі розглядаються причини утворення накипу у водогрійному обладнанні та шляхи боротьби з ним. Описано реакції, що відбуваються у воді під час ії нагрівання та призводять до утворення нерозчинних сполук. Види накипу розрізняють за хімічним складом і фізичною структурою, які визначають ступінь завданої шкоди. Найбільш розповсюдженим є карбонатний накип, який відкладається на внутрішній поверхні водогрійного обладнання та знижує коефіцієнт тепловіддачі і за два роки настільки забруднює котлові трубки, що немає можливості повернути їх до робочого стану.
Для запобігання вказаних явищ водно-хімічний режим теплових мереж жорстко контролюється. Значний внесок в удосконалення водно-хімічного режиму зробили вчені та фахівці : Н.П.Лапотишкіна, М.Ф.Шапров, Л.С.Стерман, Г.П.Сутоцький, Г.С.Пантелят, С.Б.Нікіша.
Стисло розглядаються існуючі реагентні та безреагентні методи боротьби з утворенням накипу, їх переваги, недоліки і межі застосування. Відзначено, що безреагентні методи (обробка води електрикою, магнітним полем, ультразвуком) мають перевагу, оскільки вимагають менших витрат та не утворюють стоків. Найбільш песпективним з них є метод електричної обробки води.
Другий розділ являє собою огляд та аналіз сучасних вітчизняних та закордонних досліджень щодо впливу електрообробки на процеси утворення накипу та існуючих винаходів у цій галузі. Електрообробку можна здійснювати постійним або мінливим струмом при різній напрузі поля, можна використовувати розчинні або нерозчинні електроди різної форми, регулювати частоту і форму імпульсного струму, а також його щільність. Існують два шляхи дії електрообробки на процеси утворення накипу:
·
за рахунок дії продуктів електродних реакцій, де можливі фазово-дисперсні перетворення через електрокоагуляцію та електродеструкцію елементів твердої фази;
· за рахунок силової дії поля, до якого відносяться процеси електростатичної коагуляції та електрофорезу.
Більшість робіт присвячено вивченню способів, які грунтуються на дії продуктів електродних реакцій на процеси утворення накипу та протинакипного устаткування і апаратів, що базуються на цьому принципі (Фархадов А.А., Gauthier M., Рогов В.М., J.Arnaud, Бейгельдруд Г.М., Centineo P., Камилєєв С.Х., Найманов А.Я., Straub Jurgen., Leroy P., Roy C. McMahon., Заблоцький В.И., Гнусин Н.П.).
Менша кількість робіт присвячена вивченню способів зниження утворення накипу за рахунок силової дії електричного поля (Естрела-Льопис В.Р., Ульберг З.Р., Скимбов А.А., Щеглов Ю.А., Eldon A. Means., Sonn H., Morand P.A.).
Недоліком більшості робіт є відсутність конкретних параметрів та даних про ефективність способів та апаратів, а також обгрунтування механізму їх дії.
Третій розділ присвячений лабораторним дослідженням та аналізу одержаних результатів.
На основі літературних даних зроблено припущення, що головну роль у протинакипній дії електрообробки відіграють процеси у прикатодному просторі - коагуляція і збільшення часток, що утворюють накип.
Дослідження проведено на двох лабораторних моделях системи опалення із такими параметрами роботи : продуктивність - 55 і 43 л/добу, температура води на вході та виході з котла - 50-70 і 80-91 оС, відповідно. Нагрівання води здійснювали за допомогою електричного нагрівального елемента, напруження нагрівальної спіралі якого дорівнювало 75 і 60V на першій і другій установках, відповідно. Електрообробку здійснювали в електродній камері, що складалась з двох плескатих електродів, розташованих на відстані 5см один від одного і з площею поверхні по 1см2 на одній установці та по 0,5см2 - на другій. Це дозволило змінювати гідравлічне навантаження та дозу електрики. Катод виготовлено зі сталі, анод - з графіту. Кількість накипу визначали зважуванням нагрівальних елементів до та після досліду. Величину додаткової води змінювали у межах 0,63 - 10%, силу струму - 0,1 - 1,0 мА. Усього проведено 52 досліди тривалістю - 3 - 4 доби.
Для оцінки утворення накипу застосовували такі параметри :
·
обємна інтенсивність утворення накипу - відповідає кількості накипу, що опадає на теплообмінну поверхню з 1м3 додаткової води під час всього опиту:
g1 = G / Wдод , г/м3 ;
де: G - маса накипу на теплообмінній поверхні, г;
Wдод - обєм додаткової води в установці, включаючи заповнення системи, м3;
·
обємна швидкість утворення накипу - відповідає кількості накипу, що опадає на теплообмінну поверхню з 1м3 додаткової води за добу :
g2 = G / ( Wдод ) = g1 / , г/(м3доб) ,
де: g1 - обємна інтенсивність утворення накипу, г/м3;
- тривалість досліду, діб.
·
поверхнево-обмна інтенсивність утворення накипу - показує кількість накипу, що опадає з 1м3 додаткової води на 1м2 поверхні теплообмінника під час всього опиту:
g3 = G / ( Wдод F ) = g1 / F , г/(м2м3) ,
де: F - площа поверхні теплообмінника, м2.
·
швидкість утворення накипу на поверхні теплообмінника - характеризує кількість накипу, що опадає на 1м2 поверхні теплообмінника за добу :
g4 = G / ( F ) , г/(м2доб) ;
·
поверхнево-обємна швидкість утворення накипу - показує кількість накипу, що опадає за 1 добу на 1м2 поверхні теплообмінника з 1м3 води :
g5 = G / ( Wдод F ) = g4 / Wдод , г/(м2м3доб).
Дослідним шляхом виявлено, що з усіх параметрів електрообробки найбільш впливає на процеси утворення накипу доза електрики де, що являє собою питому витрату струму на одиницю обєму додаткової води. Вона також залежить від співвідношення щільності струму та гідравлічного навантаження :
де = I е / Wдод = i Fел / qдод = i / qFдод , Aгод/м3 ,
де : I - сила струму електрообробки, А;
е - тривалість електрообробки, год;
Wдод - обєм додаткової води, що надходить у циркуляційну систему за час
е, м3;
Wдод = qдод
qдод - витрата додаткової води, м3/год;
i - щільність струму на електродах, А/м2.
qFдод - гідравлічне навантаження на електроди, м3/м2год,
qFдод = qдод / Fел ;
Fел - площа електродів, м2.
Звязок між швидкістю утворення накипу g4 та дозою електрики (рис.1) описується рівнянням :
g4 = ( 0,061 + 0,002дэ1,788 )-1 , г/(м2доб) , (1)
при коефіцієнті кореляції r = 0,619 (дозу електрики дэ слід підставляти в А-год/м3). Зовнішньо вона схожа на типову коагуляційну криву. Це свідчить про коагуляцію мікрокристалів солей, які утворюють накип під дією іонів ОН-, що виділяються на катоді, і зменшенні внаслідок цього їх адгезійної здатності. Таким чином, частинки накипу не прикріплюються до теплообмінної поверхні і швидкість утворення накипу на ній зменшується.
Збільшення кількості додаткової води wдод призводить до збільшення поверхневої швидкості утворення накипу g4 (рис.2). Залежність зображується у вигляді :
g4 = 3,31wдод0,64 , г/(м2доб) (2)
при коефіцієнті кореляції r = 0,860 (кількість додаткової води wдод слід підставляти в %). Під час чергового підживлення у циркулюючу воду надходять нові порції солей, що утворюють накип і концентрація яких, таким чином, постійно зростає. При збільшенні щільності струму на електродах кут нахилу кривої зменшується. Ця залежність відповідає щільності струму 10 А/м2.
Рис.1. Залежність швидкості утворення Рис.2. Вплив обєму додаткової води
накипу від дози електрики. на швидкість утворення накипу.
Збільшення температури води Т викликає активізацію реакцій термохімічного розпаду бікарбонатів, що призводить до збільшення ступеня пересичення її карбонатом кальцію і посилення процесів утворення накипу:
g5 = ( 0,02 - 0,004lnT )-1 , г/(м3м2доб) (3 )
при коефіцієнті кореляції r = 0,653 (температуру води Т слід підставляти в оС). Як функцію відгуку використовано обємно-поверхневу швидкість утворення накипу g5 через те, що вона виключає вплив кількості підживлення.
Вплив на утворення накипу параметрів якості води визначали за миттєвим надлишком карбонату кальцію [х], який є комплексною величиною, що включає у себе дані щодо кількості іонів Са2+, НСО-3, рН, концентрації солей, температури води (рис.3):
g2 = 13,87 ( 1 - е-18388[х] ) , г/(м3доб) (4)
при коефіцієнті кореляції r = 0,470 (миттєвий надлишок карбонату кальцію [х] слід підстівляти в моль/л). Спочатку спостерігаємо стрімке зростання утворення накипу, яке при досягненні [х] = (0,5 - 1,2)10-4 моль/л сповільнюється, а потім зупиняється. Певно, на цьому порозі розчин досягає такого стану пересичення карбонатом кальцію, коли подальше зростання концентрації викликає їх довільне виділення з обєму води і осідання у вигляді шламу.
Значний інтерес для практичних цілей становить залежність дози електрики дезах, що потребується для зниження швидкості утворення накипу до
регламентованої нормами водно-хімічного режиму величини 3,33-4,44 г/м2доб, від миттєвого надлишку карбонату кальцію. За даними дослідів вона має вигляд (рис.4) :
дезах = 16,63 / (25836,1е-143700[х] + 1) , А-год/м3 (5)
при коефіцієнті кореляції r = 0,687 (миттєвий надлишок карбонату кальцію [x] слід підставляти в моль/л). Спочатку спостерігаємо майже лінійну залежність, але при [х] (0,9 - 1,0)10-4 моль/л відбувається стабілізація дози електрики на рівні 16,5А-год/м3. Як було розглянуто вище, приблизно на цьому ж рівні припинилось зростання утворення накипу, отже закономірним є те, що зникає потреба у збільшенні захисної дози електрики.
Спостереження за зміною показників якості води свідчать про те, що електрообробка на них суттєво не впливає, що свідчить про незначне електрохімічне помякшення. Дійсно, розрахунки за законом Фарадея виявили, що зниження накипутворення за рахунок електрохімічного помякшення можливе лише на 2,5%. Таким чином підтверджується припущення про коагуляційний механізм дії електрообробки.
Результати лабораторних експериментів було оброблено за методом множинної регресії Брандона, що дозволило вивести рівняння взаємозвязку між швидкістю утворення накипу та параметрами якості води і струму (миттєвим надлишком СаСО3 [x], моль/л; дозою електрики де, А-год/м3; температурою води Т, оС):
g2 = 8,073107[х]0,346е(-0,117де - 4161,9/Т) , г/(м3доб). (6)
Оцінку адекватності рівняння здійснено за F-критерієм. Емпіричне значення F склало Fрозр = 2,6, табличне Fтаб = 1,3, що є підтвердженням адекватності рівняння.
У четвертому розділі наведено результати промислових випробувань, а також зроблено перевірку для зясування питання про те, чи можна застосовувати закономірності, які були отримані у лабораторних умовах, до реальних систем опалення.
Промислові випробування протинакипної електрообробки води проведено у котельній Макіївського районного управлінння “Укрпромводчермет”, що мала такі параметри роботи : продуктивність - 42 м3/год, тиск - 0,24МПа, температура води на вході у котел - 51оС, на виході - 65оС, кількість додаткової води 1,5 - 0,6%. За формулою (5), яку отримано при обробці результатів лабораторних досліджень, було розраховано захисну дозу електрики для існуючих показників якості води, а також визначено розрахункову величину струму. За цими параметрами був спроектований та виготовлений промисловий протинакипний апарат ПНА-500 (рис.5: 1 - сталевий катод, 2 - корпус, 3 - графітовий анод, 4 - гумова прокладка, 5 - вхідний патрубок, 6 - перфорована перегородка, 7 - патрубок для випускання газу, 8 - патрубок для викидання шламу) з діаметром 500мм, заввишки 2100мм і площею графітових анодів та сталевих катодів - по 1м2. Постійний струм подавали від катодної станції КСС-600. Споживна потужність апарату не перевищувала 0,2 кВт. Дослідження проведено у межах одного сезону опалення, під час якого щоденно добирались проби циркуляційної та додаткової води для хімічного аналізу (табл.1), а також фіксувались дані електрообробки. Обслуговування апарат не потребує, необхідно було тільки щомісячно обчищувати електроди від відкладень. Після кожного обчищення проводили хімічніаналізи знятого з електродів шламу. Дані цих аналізів наведено у таблиці 2. Розрахунковим методом було визначено кількість СаСО3, що виділився з додаткової води за весь опалювальний сезон. Вона склала 47,4кг, із яких 15,4кг (32,5%) опало на електроди, а решта - на дно апарату або у місця з повільною течією. Несвоєчасне обчищення від накипу ( тривалість між обчищеннями склала 4 місяці) спричинило блокування електродів від потоку води, залишаючи вільним лише простір між дальніми катодами
та корпусом апарату. Це позначилось на вологості відкладень, яка збільшилась в два в два рази, внаслідок чого вдвічі зменшився вихід сухого продукту, а отже і затриманого карбонату кальцію. Зіставлення показників якості циркулюючої води, що піддавалась електрообробці, з необробленою дало дуже незначні відмінності у з наченнях, що можна віднести до сезонних
Таблиця 1. Середньомісячні показники якості циркуляційної та
додаткової води при електрообробці. |
В о д а у т е п л о в і й м е р е ж і
Пері- | температура води, оС | Що | Жо | Са2+ | IL = | S =
од | прямої tпр | зворот-ньої, tоб | tа | рН | мг-екв/л | рН-рНs | Що-Щs
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10
жовтень | 60,20 | 50,20 | 20,0 | 7,95 | 4,25 | 5,24 | 3,54
листопад | 59,30 | 50,30 | 23,8 | 7,45 | 3,68 | 4,38 | 2,71 | - 0,10 | 0,82
грудень | 61,70 | 51,10 | 22,5 | 7,52 | 3,80 | 4,26 | 3,00 | - 0,26 | 0,96
січень | 69,40 | 52,50 | 23,4 | 7,02 | 4,12 | 4,97 | 3,40 | - 0,37 | 0,98
лютий | 67,90 | 56,00 | 22,2 | 8,12 | 4,17 | 5,42 | 3,74 | - 0,19 | 0,99
березень | 60,80 | 51,20 | 21,0 | 8,62 | 3,90 | 5,60 | 4,00 | - 0,15 | 1,00
квітень | 59,00 | 49,00 | 20,2 | 3,58 | 5,00 | 3,40 | 1,08
Д о д а т к о в а в о д а | Щ = | Ж = | Са2+=
ta , oC | рН | Що | Жо | Са2+ | IL= | S = | Щдод - | Ждод - | Са2+д -
мг-екв/л | рН-рНs | Що-Щs | Щсет | Жсет | Са2+сет
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10
16,5 | 8,22 | 5,50 | 6,30 | 4,70 | 1,27 | 1,08 | 1,22
18,7 | 8,38 | 4,66 | 6,55 | 4,67 | + 0,51 | 0,89 | 0,99 | 2,16 | 1,95
18,0 | 7,99 | 4,97 | 6,98 | 5,10 | - 0,02 | 0,96 | 1,17 | 2,50 | 2,09
19,0 | 7,82 | 5,27 | 7,26 | 5,30 | - 0,17 | 1,07 | 1,15 | 2,30 | 1,90
19,5 | 8,18 | 5,45 | 7,54 | 5,60 | - 0,15 | 1,01 | 1,28 | 2,18 | 1,90
21,0 | 4,40 | 6,90 | 4,90 | - 0,18 | 0,98 | 0,50 | 1,30 | 0,92
20,0 | 4,30 | 6,17 | 4,70 | 1,01 | 0,75 | 1,65 | 1,30
Примітка. ta - температура води в момент анализу; IL - індекс насичення
Ланжельє; S - показник стабільності.
коливань хімічного складу води. Оцінка стабільності за індексом насичення Ланжельє, величина якого під час усього експеріменту була відємною, вказує на агресивний стан води, тобто електрообробка знімає ії пересичення карбонатом кальцію.
Таблиця 2. Характеристика відкладень на катоді протинакипного апарата.
Дата відбору проби | Струк-тура | Кон-сис-тенція | Колір | Маса сухого кг | Воло-гість, % | Mg2+, % | Fe2+,3+, % | Ca2+, % | CaCO3 %
05.12
1996 | шару-вата | вапняне тісто | світло-корич | 12,41 | 31,13 | 6,10 | 2,52 | 32,00 | 80,01
15.04
1997 | шару-вата | вапняне тісто | бурий | 6,80 | 62,16 | 6,10 | 3,44 | 32,00 | 81,47
Якщо припустити, що відбувається електрохімічне помякшення, то за розрахунками ефективність цього процесу має бути не більше 20%. Але розкриття котла після закінчення опалювального сезону виявило, що трубки практично вільні від накипу і протинакипний ефект наближається до100%. Це свідчить про те, що зниження інтенсивності процесів утворення накипу відбувається через коагуляція накипутворівних частинок, а не через електрохімічне помякшення води.
Аналогічні випробування проведено у котельній с. Семигіря (м.Новоросійськ) з продуктивністю - 100 м3/год, з температурним режимом 70 - 95оС, підживленням 0,5 - 8%, із двома робочими котлами типу КВ-Г-1,1-95. Дозу електрики визначено за рівнянням (5). Розрахункова сила струму склала 21А, споживна потужність обох апаратів - не більше 0,5 кВт. Для електрообробки застосовано два протинакипних апарати, конструкція яких аналогічна розглянутій вище. Спостереження протягом сезону опалення також показали протинакипний ефект, близький до 100%.
В обох котельних апарати працюють й зараз - вже третій сезон опалення - і показують стійкий високий протинакипний і економічний ефект.
У пятому розділі висвітлено техніко-економічну оцінку протинакипної електрообробки води. Наведено порівняльну характеристику собівартості протинакипної обробки 1м3 води для типової котельної,яка має продуктивність - 100м3/год та обєм додаткової води - 5% для найбільш поширених методів. Вона склала (за цінами 1984р.) : Nа-катіонітне помякшення - 1,08 коп/м3, обробка комплексоном ОЕДФК - 0,88 коп/м3, електрообробка - 0,1 коп/м3. Як можна пересвідчитись, вартість обробки води електричним струмом у 10 разів економічніше ніж помякшення води на Nа-катіонітних фільтрах і майже в 9 разів дешевше обробки комплексоном ОЕДФК(оксіетилидендіфосфонова кислота). Ще одним плюсом на користь електрообробки є простота будови і експлуатації, оскільки не потребується утримання реагентного господарства і обслуговуючого персоналу, а також відсутні шкідливі стоки, що забруднюють навколишнє середовище.
ОСНОВНІ ВИСНОВКИ
1.
На основі аналізу сучасного стану розвитку методів зниження утворення накипу у системах опалення показано, що найбільш перспективним є застосування обробки води постійним електричним струмом. Також показано, що широке практичне вживання електрообробки стримується відсутністю залежностей для розрахунку технологічних та конструктивних параметрів електрообробки і звязку їх з показниками якості води та ефективністю протинакипної дії.
1.
Встановлено, що швидкість утворення накипу на поверхні, яка передає тепло зменшується, при збільшенні відношення щільності струму до гідравлічного навантаження, яка являє собою питому витрату струму на одиницю обєму води (дозу електрики, А-г/м3). Встановлено, що залежність швидкості утворення накипу від дози електрики має вид типової коагуляційної кривої. Підтверджено припущення, що протинакипний ефект обумовлений коагляційною дією електрообробки на частинки, які утворюють накип.
1.
Знайдено залежність інтенсивності процесів утворення накипу на поверхнях, які передають тепло, від кількості додаткової води та температури циркулюючої води. Встановлено, що швидкість утвореня накипу, практично, лінійно зростає при збільшенні підживлення, а зростання її через підвищення температури описується логарифмічною функцією.
1.
Вивчено вплив показників якості води на інтенсивність утворення накипу. Основний вплив має комплексний параметр якості води - миттєвий надлишок карбонату кальцію, який залежить від кількості у воді іонів Са2+, лужності, мінералізації, рН, температури. Зростання швидкості утворення накипу при збільшенні миттєвого надлишку СаСО3 запропоновано відображати експоненціальною залежністю.
1.
Шляхом чисельної обробки експериментальних даних виведено емпіричну узагальнюючу залежність швидкості утворення накипу від дози електрики, миттєвого надлишку СаСО3 і температури води.
1.
Запропоновано емпіричне рівняння для визначення захисної дози електрики, яка забезпечить зниження утворення накипу до нормативно припустимих меж.
1.
Розроблено технологічне рішення установки протинакипної електрообробки води у промислових умовах у вигляді пластинчастого електролізера із використанням графітових анодів та сталевих катодів.
1.
Промислові випробування на двох котельних під час сезону опалення підтвердили високу ефективність протинакипної електрообробки води, яка за дотриманням розрахункових параметрів близька до 100%. Встановлено можливість вживання у промислових системах опалення закономірностей, отриманих у лабораторних дослідженнях. Підтверджено простоту реалізації та експлуатації електрообробки і відсутність стоків. Відзначено, що до недоліків слід віднести необхідність періодичної очистки електродів від відкладень.
1.
Техніко-економічна оцінка електрообробки води постійним струмом показала, що її собівартість на порядок нижче, ніж при натрійкатіонітному помякшенні та обробці води комплексоном ОЕДФК.
Основні результати роботи відображені у публікаціях :
1.
Найманова А.А. Влияние электрообработки на показатели качества воды в системах отопления// Вестник ДГАСА, вып. 96-3(4). -Макеевка, 1996 -с.129-131.
1.
Найманова А.А. Лабораторный стенд для испытаний противонакипной электрообработки воды// Вестник ДГАСА, вып. 98-2(10). -Макеевка, 1998.- с.56-57.
1.
Найманова А.А. Промышленные испытания противонакипной электрообработки воды в системах отопления// Вестник ДГАСА, вып. 98-2(10).- Макеевка, 1998. -с. 57-59.
1.
Найманова А.А. Вплив температури та обєму додаткової води на процеси утворення накипу при електрообробці// Вестник ДГАСА, вып. 99-3(17). -Макеевка, 1999. -с.68-69.
1.
Найманова А.А. Влияние различных факторов на эффективность противонакипной электрообработки воды. -Труды междунар. научно-техн. конфер. “Экология пром. регионов”, Горловка, 30-31 марта 1999г. -Донецк: ООО “Лебедь”, 1999. -с. 163-165.
1.
Найманов А.Я., Найманова А.А. Влияние электрообработки на показатели качества воды в системах отопления. //Химия и технология воды. -1999. -21, №2. -с. 218-225.
АНОТАЦІЯ
Найманова А.А. Обробка води для зниження утворення накипу в системах опалення.- Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - Водопостачання та каналізація, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2000р.
Дисертацію присвячено дослідженню впливу електрохімічної обробки води постійним струмом на утворення накипу в системі опалення. Здійснено аналіз ступеня дії різних параметрів води та струму на процес утворення накипу.
Встановлено, що найбільший вплив на процеси утворення накипу має доза електрики. Знайдено тип звязку швидкості утворення накипу з миттєвим надлишком карбонату кальцію. Визначено, що збільшення обєму підживлення системи та температури води спричиняє збільшення кількості накипу. Наведено результати досліджень щодо зміни показників якості циркулюючої води під час експерименту. Отримано емпіричне рівняння, що адекватно описує взаємозвязок швидкості утворення накипу з миттєвим надлишком карбонату кальцію, дозою електрики та температурою води. Також визначено та перевірено у промислових умовах формулу розрахунку оптимальної для знижування утворення накипу дози електрики, в залежності від миттєвого надлишку карбонату кальцію. Надано техніко-економічну оцінку протинакипної електрообробки води, яка доводить її доцільність.
Ключові слова: утворення накипу, система опалення, теплообмінна поверхня, постійний струм, електродна система, доза електрики, миттєвий надлишок карбонату кальцію, протинакипний апарат.
АННОТАЦИЯ
Найманова А.А. Обработка воды для снижения накипеобразования в системах отопления.- Рукопись.
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04. - Водоснабжение и канализация.- Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2000г.
Диссертация посвящена решению актуальной задачи снижения накипеобразования в системах отопления. Исследовано влияние обработки воды постоянным электрическим током на процессы накипеобразования. Произведен анализ степени воздействия параметров воды (температуры t, количества подпитки Wподп, мгновенного избытка карбоната кальция [x]) и тока (плотности тока на электродах і, гидравлической нагрузки на электроды qF , дозы электричества дэ) на скорость накипеобразования.
Установлено, что наибольшее влияние на скорость накипеобразования оказывает доза электричества - удельный расход тока на единицу объёма подпиточной воды, А-ч/м3. Связь между этими факторами имеет вид типичной коагуляционной кривой, что подтверждает первоначальное предположение о коагуляционном механизме действия электрического тока на частицы накипи. Увеличение плотности тока снижает накипеобразование, хотя эта связь выражена довольно слабо. Влияния гидравлической нагрузки на электроды в исследованных пределах qF = 23-36 м3/м2ч на накипеобразование не отмечено.
Увеличение количества подпитки усиливает процессы накипеобразования, причём степень влияния подпитки определяет плотность тока на электродах - чем выше плотность тока, тем меньше степень влияния. Найдено выражение, связывающее увеличение скорости накипеобразования с ростом температуры воды за счёт активизации процессов термохимического распада бикарбонатов.
Скорость накипеобразования увеличивается пропорционально увеличению мгновенного избытка карбоната кальция до достижения последним значения (7-10)10-5 моль/л, после чего рост накипеобразования практически прекращается. Учитывая это, выведено выражение для определения дозы электричества, необходимой для снижения скорости накипеобразования до величины, регламентируемой нормами водно-химического режима, в зависимости от мгновенного избытка карбоната кальция.
Сравнение результатов исследований при электрообработке и без неё показало, что изменение параметров качества воды, таких как щёлочность общая, жёсткость общая, содержание ионов кальция и рН, незначительно.
По методу множественной регрессии Брандона выведено эмпирическое уравнение, адекватно (по критерию Фишера) описывающее взаимосвязь скорости накипеобразования с мгновенным избытком карбоната кальция, дозой электричества и температурой воды.
Промышленные испытания проводили в течение одного отопительного сезона на двух котельных производительностью 42 и 100 м3/ч и температурным режимом 51-65оС и 70-90оС, соответственно. Вскрытие котлов показало, что противонакипной эффект близок к 100%. Таким образом, доказано, что закономерности, полученные в лабораторных условиях применимы к условиям реальных котельных.
Проведенная технико-экономическая оценка электрообработки доказала её экономическую целесообразность и преимущества перед другими методами борьбы с накипеобразованием. Электрообработка в 11 раз дешевле Nа-катионитного умягчения подпиточной воды и почти в 9 раз дешевле обработки воды комплексоном ОЭДФК (сравнение в ценах 1984г.).
Ключевые слова: накипеобразование, система отопления, теплообменная поверхность, постоянный ток, электродная система, доза электричества, мгновенный избыток карбоната кальция, противонакипной аппарат.
ABSTRACT
Naimanova A.A. Water treatment for scale-formation decrease in heating systems.- Manuscript.
The dissertation for Candidate of Sciences degree Speciality 05.23.04. - Water Supply and Sewerage, Kharkov State Technical University of Civil Engineering and Architecture, Kharkov, 2000.
The dissertation is devoted to the investigation of the influence of water treatment by means of direct current on scale-formation in the heating systems. The analysis of the degree of influence of water parameters and electric treatment on scale-formation process has been carried out. It has been determined that the scale-formation process is mostly influenced by the dose of electricity. The type of dependence between scale-formation speed and the momentary excess of calcium carbonate has been found. The temperature increase leads to the increase of scale-formation. The empirical equation connecting scale-formation speed, dose of electricity, momentary excess of calcium carbonate, and water temperature has been determined. The formula for calculation the dose of electricity depending upon momentary excess of calcium carbonate is offered. Technical and economical estimation of anti-scaling electrical water treatment is given.
Key words: scale-formation, heating system, heat exchanger, direct current, electrode system, electrical dose, momentary excess of calcium carbonate.
