Аналіз ефективності роботи модернізованої водопідготовчої установки котельні підприємства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз ефективності роботи модернізованої водопідготовчої установки котельні підприємства

Вступ

На сьогодні водопідготовка і водоочищення для різних виробничих процесів стає дедалі актуальнішою для багатьох підприємств різних галузей промисловості. Це передусім пов'язано з тим, що теплові установки на них вичерпали свій ресурс і не відповідають сучасним експлуатаційним нормам і нормам енерго- ефективності. Цей факт головно проявляється в падінні або нестабільності температурних рівнів, а також у неможливості зношеного котельного устатковання забезпечувати розрахункові температурні режими за встановлених норм споживання палива. Відповідно перевитрата енергоносія веде до збільшення витрат підприємства, підвищення вартості його продукції і як наслідок - зниження конкурентоспроможності підприємства на ринку (Mysak, Тутойе^ & Zaiats, 2009).

Водопідготовка у промисловості - одне з найважливіших завдань в організації виробництва, оскільки вода є невід'ємною частиною багатьох виробничих процесів. Вихідна вода містить велику кількість домішок. Використання неочищеної води призводить не тільки до утворення у трубах накипу і корозії, а й до зносу устаткування, підвищення енерговитрат теплової мережі. Тому проблема створення ефективної, недорогої технології оброблення води є досить актуальною.

Одним із показників якості води, що регламентується нормативними документами під час використання для господарських або технічних потреб різних видів промисловості, є показник загальної жорсткості води (Manivasakam, 2011). Для доведення його до відповідних норм, залежно від якості вихідної води, застосовують реагентний, термічний, мембранний, іонообмінний методи пом'якшення, а також різні їх комбінації (Mysak, Тутойе^ & 2а^, 2009; Manivasakam, 2011; 2ароНкуі, 2005; Fedoseev, 2005).

Табл. 1. Основні технічні характеристики котла Vapoprex HVP 800

Табл. 2. Технічна характеристика установки хімічної деаерації ES6 Grьnbeck

Табл. 3. Показники якості води

Примітка: * - взято з (RD 24.032.01-91, 1991)

На сьогодні, як у теплоенергетиці, так і в інших галузях національного господарства для пом'якшення вихідних вод найширше застосовують метод іонного обміну. Пом'якшення води методом іонного обміну (очищення від солей жорсткості) - процес, унаслідок якого катіони магнію і кальцію, проходячи через фільтр, замінюються на іони натрію або водню. У ролі фільтра використовується іонообмінна смола, на поверхні якої і відбувається ця реакція. Після вироблення ресурсу смола потребує регенерації - в автоматичному режимі через пом'якшувач пропускається розчин солі. Іонообмінні фільтри для очищення води цим самим відновлюють свої властивості, і знову стають придатними до використання. Періодичність процесу розраховують виходячи з даних за обсягом іонообмінної смоли і якості води (Barochkin et аі., 2005).

Отже, проблема часткового чи повного вилучення іонів магнію і кальцію в процесі водопідготовки на цей момент вирішена неповністю. Хоча розроблено і використовують на практиці велику кількість технологій і конструкцій водопом'якшувальних установок, усі вони мають низку недоліків - або металомісткі та дорогі у будівництві, або ненадійні в роботі та складні в експлуатації. Недостатня ефективність роботи споруд, що застосовують для очищення води, зумовлює необхідність пошуку інших рішень.

Об'єкти та методи дослідження. Об'єкти досліджень. Котельня підприємства ТзОВ "Гофрон", розташована по вул. Лесі Українки № 70 у с. Малехів Жов- ківського р-ну, призначена для забезпечення технологічних потреб підприємства в парі, а також забезпечення потреб тепла на опалення виробничого корпусу. Приготування живильної води для котлів фірми Ferroli виду Vapoprex НУР 800 (табл. 1) здійснюється за допомогою водопідготовчої установки (ВПУ).

Методи дослідження. Для отримання наукових і практичних результатів використано фізико-хімічні методи аналізу якості води та іонообмінний метод її очищення (Кисйегук, Отеісйик & Нотеііа, 2010, 2012). Для оцінки експериментальних результатів застосовано математичні методи опрацювання даних, методи планового експерименту й засобів математичної статистики.

Мета дослідження полягає у визначенні впливу модернізованої водопідготовчої установки на енергоефек- тивність роботи котельні підприємства ТзОВ "Г офрон".

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

• виконати фізико-хімічний аналіз вихідної води та води після стадії очищення;

• розробити заходи із вдосконалення водопідготовчої установки на виробництві;

• експериментально визначити параметри процесу повторного використання відпрацьованих розчинів №Сі; встановити вплив його використання на тривалість пом'якшення води;

• провести економічну оцінку запропонованої водопідготовчої установки.

Для деаерації води, яка подається на котел, і підживлення водогрійної частини котельні на трубопроводі живильної води парового котла Уароргех НУР 800 встановлено установку хімічної деаерації типу ES6 Grunbeck (табл. 2). На підприємстві ТзОВ "Гофрон" використовують воду з наявної мережі внутрішнього водопроводу низької якості (табл. 3).

Результати дослідження та обговорення отриманих результатів. Отримання якісного теплоносія, надійна робота устаткування та трубопроводів залежить насамперед від ефективності системи водопідготовки. До проведення модернізації ВПУ котельні підприємства ТзОВ "Гофрон", використовували класичну схему водопідготовки, яка включала пом'якшення води і заснована на традиційних фільтрах оброблення води вітчизняного виробництва з ручним керуванням. Механічна фільтрація і часткове знезалізнення води в них здійснювалися на піску, а для пом'якшення води в них часто застосовувався сульфовуголь.

Під час експлуатації цієї схеми були такі недоліки:

• високий відсоток продувки котлів (до 15 %);

• зношення наявного устатковання;

• значні витрати реагентів (вапно, кухонна сіль);

• утворення великого обсягу вапняних шламів і засолених стоків;

• ручне управління технологічними процесами.

Отже, на основі аналізу роботи діючої водопідготов- чої установки, було зроблено висновок про необхід-ність її вдосконалення шляхом встановлення нової ус- альні особливості підприємства, хімічний аналіз води і тановки пом'якшення води з високоефективними сучас- техніко-економічні міркування було підібрано ВПУ SF - ними завантаженнями й автоматичною регенерацією.10А (RD 10-179-98, 1998) (табл. 4).

У табл. 3 наведено показники якості водопровідної та пом'якшеної води після ВПУ. З огляду на індивіду-

Табл. 4. Технічна характеристика установки 8Р-10Л

ВПУ SF-ШA виконана за схемою двоступеневого натрій-катіонування - це один з найпопулярніших способів пом'якшення води на більшості підприємств. Він базується на властивості іонообмінних матеріалів змінювати іони різних елементів, що не залишають накип на нагрітих поверхнях (теплообмінниках, жаротрубних котлах, важких екранах опалювального устатковання), на іони магнію і кальцію. Сам процес описується такими реакціями (Mysak, Тутойе^ & Zaiats, 2009; 2а- роккуі, 2005):

2№[К] + Са (НСОз)2 ^ Са[К]₂ + 2NaHCOз,

2Na[K] + Mg (НСОз)2 ^ Mg[K]2 + 2NaHCOз,

2Na[K] + СаСІ2 ^ Са[К]₂ + 2Naa,

2Na[K] + Mga2 ^ Mg[K]2 + 2Naa,

2№[К] + CaSO4 ^ Са[К]2 + Na2SO4,

2Na[K] + MgSO4 ^ Mg[K]2 + Na2SO4,

2Na[K] + CaSiOз ^ Са[К]2 + Na2SiOз,

2Na[K] + MgSiOз ^ Mg[K]2 + Na2SiOз, де [К] - не розчинна матриця катіоніта.

Установка безперервної дії SF-ШA призначена для пом'якшення води на об'єктах з 24-годинним циклом виробництва, а також там, де перерва в подачі пом'якшеної води не допускається за умовами експлуатації і вимогами технологічних регламентів. Установка серії SF-ШA складається з двох натрій-катіонітних фільтрів із загальним блоком управління і солерозчинним баком для приготування сольового розчину. У будь-який момент часу один з двох катіонітних фільтрів установки знаходиться в режимі пом'якшення води, інший - у режимі регенерації або очікування.

Як фільтрувальний матеріал в установці SF-ШA використовували катіонообмінні смоли, що мають високу місткість за солями жорсткості. Періодичну регенерацію смоли (відновлення її ємності) здійснювали шляхом пропуску розчину хлориду натрію (№С1) через смолу. У процесі регенерації відбуваються такі реакції:

Са[К]2 + 2№С1 ^ 2№[К] + СаС1₂,

Mg[K]2 + 2NaQ ^ 2Na[K] + Mga2.

NaQ застосовували для регенерації завдяки її доступності, а також внаслідок утворення добре розчинних солей СаС1₂ і Mga₂, які легко видаляються з регенераційним розчином і відмивною водою.

Під час регенерації виконували такі операції:

1. Розпушували катіоніт водопровідною водою, що має на меті розпушити ущільнені шари катіоніту і видалити принесені зважені речовини. Тривалість розпушування становить приблизно 20-30 хв;

2. Регенерували 5-8 % розчином солі - процес відновлення заміщених іонів №+ на іони Са²+ і Mg²⁺. Час пропуску регенераційного розчину залежить від робочої місткості фільтра, концентрації сольового розчину, необхідного ступеня пом'якшення і змінюється від 25 до 40 хв;

3. Відмивали катіоніт від продуктів регенерації водопровідною водою. Питомі витрати відмивної води 5-6 м³ на 1 м³ катіоніту. Відмивання закінчується в разі зниження жорсткості відмитої води до 0,1 ммоль/дм³.

У цій роботі вважали доцільним експериментально визначити мінімально допустиму концентрацію №С1 у відпрацьованому розчині і співвідношення часу подачі відпрацьованого і свіжого розчинів, за яких тривалість пом'якшення води не зменшується. Результати експериментальних досліджень показано на рисунку.

Рисунок. Вплив використання відпрацьованого регенераційного розчину на тривалість пом'якшення води за різних співвідношень часу подачі відпрацьованого і свіжого розчинів у відсотках від часу регенерації: 1) 30/70; 2) 35/65; 3) 40/60; 4) 50/50; 5) 55/45; 6) 60/40

Як видно з рисунка, тривалість пом'якшення води не зменшується, якщо концентрація відпрацьованого регенераційного розчину (ВРР) не нижча 3,5 % і час подачі відпрацьованого розчину становить не більше 50 % від загальної тривалості регенерації.

Отже, для фільтрів першого ступеня відбір ВРР на повторне використання починали після досягнення максимальних концентрацій солей жорсткості, при цьому середня концентрація №С1 в ВРР повинна бути не нижче 3,5 %. Щодо фільтрів другого ступеня, то тут було вирішено починати відбір ВРР на повторне використання у момент досягнення концентрації №С1 не нижче 3,5 % і продовжувати відбір до моменту падіння концентрації нижче 3,5 %, тому що жорсткість ВРР після фільтрів другого ступеня низька і значення параметра D (відношення середньої концентрації солі в еквівалентній формі до середньої жорсткості відпрацьованого регенераційного розчину) завжди високе.

Витрату солі №С1 (^_№сі) на одну регенерацію розраховували за такою формулою:

Ркасі = S*a*h_k*ep_NJ1000, кг,(1)

де: S - площа фільтра, м²; h_k - висота шару катіоніту, м; Єр№ - робоча обмінна ємність катіонітового фільтра в разі натрій-катіонування, г-екв/м³; а - питома витрата солі на 1 г-екв робочої обмінної ємності катіоніту, г/г- екв.

За результатами розрахунку, питома витрата солі №С1 для двоступеневої натрій-катіонітної установки SF-ШA становить: на фільтри I ступеня а = 135 г/г-екв, для II ступеня а = 350 г/г-екв. Технологічні показники №-катіонітних фільтрів Na-катіонітних фільтрів наведено в табл. 5.

Табл. 5. Технологічні показники

Робота ВПУ котельні підприємства ТзОВ "Гофрон" полягає у досягненні глибшого пом'якшення води завдяки двоступеневій обробці. У цьому випадку у фільтрах І ступеня вода піддається пом'якшенню до залишкової жорсткості 0,1-0,2 мг-екв/дм³. Потім на фільтрах ІІ ступеня жорсткість заздалегідь пом'якшеної води знижується до 0,01 мг-екв/дм³. Фільтри ІІ ступеня створюють свого роду бар'єр, що перешкоджає проскакуванню іонів, що видаляються, при випадкових відхиленнях в роботі фільтрів І ступеня. За їх наявності спрощується експлуатація установки, оскільки катіонітові фільтри першого ступеня відключаються на регенерацію не за проскакуванням іонів Са²⁺ і Mg²⁺, що вимагає ретельного контролю жорсткості води після цих фільтрів, а за кількістю води, пропущеної через них. З огляду на те, що фільтри другого ступеня несуть невелике навантаження на зниження жорсткості води, термін їх роботи до регенерації досягає 150-200 год. Відомо, що при пропуску регенераційного розчину (№С1) зверху вниз у процесі регенерації повний обмін №+ на Са²+ і Mg²+, що містяться в катіоніті, відбувається у верхніх шарах завантаження фільтру. При пропусканні розчину №С1 зверху вниз в ньому зростає концентрація катіонів Са²+ і Mg²+, що витісняються з катіонітів і знижується концентрація катіонів№+(DSaNPiN №136/1940-97, 1997).

Після пом'якшення жорсткої води проводять термічну деаерацію води для видалення кисню і вуглекислого газу. Після деаерації очищена вода подається на котел. На основі експлуатаційних даних, виконано розрахунки деяких техніко-економічних показників (табл. 6).

Табл. 6. Техніко-економічні показники котельні підприємства ТзОВ "Гофрон" після модернізації ВПУ

Отже, впровадження ВПУ SF-10A у котельні підприємства ТзОВ "Гофрон" дало змогу:

• отримати високий рівень пом'якшеної води;

• повторно використовувати ВРР, оскільки при цьому зменшується витрата реагенту для регенерації фільтрів першого ступеня на 30-50 %, а також знижуються витрати води на власні потреби;

• економити технічну кухонну сіль на 31 %. Окрім економії солі, повторне використання ВРР призвело до зниження скидання хлоридів до навколишнього середовища;

• підвищити якість пари, що використовується в турбоустановці для виробництва електроенергії;

• зменшити витрати на ремонт і обслуговування устаткован- ня в 10 разів;

• значно підвищити рівень автоматизації технологічних процесів і знизити ризик виникнення аварійних ситуацій, пов'язаних з "людським чинником";

• знизити собівартість вироблення 1 м³ води практично в 3 рази

Висновки

вода пом'якшувальний очищення котельня

1. Проведено фізико-хімічні дослідження водопровідної води та води після пом'якшувальної ВПУ. Після очищення води іоннообмінним методом жорсткість її становила 0,01 мгєзкв/л. Встановлено, що інші показники якості води відповідають вимогам.

Встановлено, що використання відпрацьованого розчину з концентрацією NaCl не нижче 3,5 % протягом 3050 % часу регенерації не призводить до зменшення тривалості пом'якшення води. Експериментально визначено основні параметри відбору і повторного використання відпрацьованого регенераційного розчину.

2. Вдосконалено ВПУ котельні підприємства ТзОВ "Гофрон" шляхом встановлення установки безперервної дії SF-10A.

3. Проаналізовано ефективність роботи ВПУ SF-10A та розраховано техніко-економічні показники котельні підприємства ТзОВ "Гофрон" після модернізації ВПУ. ККД до модернізації ВПУ підприємства становило 82 %, а після модернізації - 91 %.

Отже, проведення модернізації ВПУ котельні підприємства ТзОВ "Гофрон" дало змогу збільшити надійність роботи котлів та устатковання, підвищити якість пари, що використовується в турбоустановці для виробництва електроенергії.

Перелік використаних джерел

1 Barochkin, E. V., Oparin, M. Iu., Ilichev, A. A., & Larin, A. B. (2005). Opyt raboty avtomatizirovannoi ustanovki ionoobmennogo umiagcheniia prirodnoi vody. Teploenergetika, 10, 18-23. [In Russian].

2 DSaNPiN №136/1940-97. (1997). Voda pytna. Hihiienichni vymohy do yakosti vody tsentralizovanoho hospodarsko-pytnoho vodopos- tachannia. Kyiv: MOZ, 16 p. [In Ukrainian].

3 Fedoseev, B. S. (2005). Sovremennoe sostoianie vodopodgotovi- telnykh ustanovok i vodno-khimicheskikh rezhimov TES. Teploenergetika, 52(7), 2-9. [In Russian].

4 Kucheryk, H. V., Omelchuk, Yu. A., & Homelia, M. D. (2010). Iono- obminne vyluchennia sulfativ ta khlorydiv z vody. Zbirnyk nau- kovykhpratsSNUYaEtaP, 3(35), 129-136. [In Ukrainian].

5 Kucheryk, H. V., Omelchuk, Yu. A., & Homelia, M. D. (2012). Vykorystannia elektrolizu dlia vyluchennia khlorydiv ta sulfativ z luzhnykh reheneratsiinykh rozchyniv. Ecological safety, 1(13), 6873. [In Ukrainian].

6 Manivasakam, N. (2011). Practical Boiler Water Treatment Handbook. India: Chemical Publishing Company, 557 p.

7 Mysak, Y. S., Tymofieiev, I. L., & Zaiats, M. F. (2009). Vodopidho- tovka, vodno-khimichnyi rezhym ta konservatsiia teploener- hetychnoho ustatkuvannia elektrostantsii. Lviv: NVF "Ukrainsk tekhnolohii", 183 p. [In Ukrainian].

8 RD 10-179-98. (1998). Metodicheskie ukazaniia po razrabotke instruktcii i rezhimnykh kart po ekspluatatcii ustanovok dokotlovoi obrabotki vody i po vedeniiu vodno-khimicheskogo rezhima pa- rovykh i vodogreinykh kotlov. [In Russian].

9 RD 24.032.01-91. (1991). Metodicheskie ukazaniia. Normy kachestva pitatelnoi vody i para, organizatciia vodno-khimicheskogo rezhima i khimicheskogo kontrolia parovykh statcionarnykh kotlov-utilizato- rov i energotekhnologicheskikh kotlov. [In Russian].

10 Zapolskyi, A. K. (2005). Vodopostachannia, vodovidvedennia ta ya- kistvody. Kyiv: Higher school, 671 p. [In Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru