Введение к работе
Актуальность работы.
Водогрейное оборудование в системах теплоснабжения работает под давлением более 0,07 МПа и нагревает воду до температуры 90-130 С. Объекты, на которых используется такое оборудование, относятся к категории опасных производственных объектов. Водогрейное оборудование используется на предприятиях химической отрасли для обеспечения их низкопотенциальной тепловой энергией.
Анализ причин аварий при эксплуатации водогрейного оборудования в системах теплоснабжения показал, что одной из основных причин возникновения аварийных ситуаций является отложение накипи на стенках этого оборудования. Ликвидация аварий требует больших материальных и трудовых затрат. В результате аварий предприятия химической отрасли могут остаться без тепла и горячей воды на длительный срок. Особенно остра проблема накипеобразования для Сибири, поскольку вода из большинства природных источников, используемая для подпитки тепловых сетей, имеет высокую склонность к образованию накипи.
Для защиты водогрейного оборудования от накипи воду перед использованием подвергают водоподготовке, с целью снижения ее накипеобразующей способности. За счет снижения накипеобразования методами водоподготовки повышается безопасность и эффективность работы водогрейного оборудования.
Но в свою очередь установки водоподготовки реагентными методами и методом ионного обмена в процессе работы образуют свои сточные воды, в которых содержатся хлориды кальция, магния, натрия и другие загрязняющие вещества в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые. Эти сточные воды, попадая в водоемы, наносят им большой ущерб.
В последнее время постоянно повышаются требования контролирующих органов к качеству сбросных вод, все чаще возникают проблемы при согласовании сброса не только загрязненных, но и нормативно-чистых стоков, постоянно растут штрафы за превышение лимитов. Поэтому проявляется все больший интерес к безреагентным методам обработки воды, которые не связаны с применением химических реагентов, исключают загрязнение водоемов, являются экологически безопасными и позволяют защитить водогрейное оборудование от накипи.
В связи с этим становится актуальным разработка безреагентной технологии и совершенствование оборудования обработки воды для повышения эффективности и безопасности работы водогрейного оборудования.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ лаборатории «Процессов щщпара ов очистки воды
РОС НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛМОТЬКЛ
СіНі'-Уу?* у. (V 09 Ч№' яхЦп
переработки и утилизации отходов» Кузбасского государственного технического университета.
Цель работы - повышение безопасности и эффективности работы водогрейного оборудования в системах теплоснабжения.
Основная идея работы заключается в повышении безопасности и эффективности работы водогрейного оборудования в системах теплоснабжения за счет увеличения противонакипного эффекта обработки воды безреагентными методами.
Задачи исследований:
исследовать влияние безреагентных методов (электрическое, магнитное и ультразвуковое поля) обработки- воды на процесс накипеобразования в теплообменном оборудовании систем теплоснабжения;
- определить условия обработки воды, при которых достигается
наибольшая защита водогрейного оборудования от накипи;
разработать способ увеличения противонакипного эффекта обработки воды физическими полями для повышения безопасности и эффективности работы водогрейного оборудования в системах теплоснабжения предприятий химической отрасли;
сделать математическое описание процесса накипеобразования при обработке воды физическими полями на основе факторного эксперимента;
усовершенствовать конструкцию аппарата антинакипной обработки воды физическим методом.
Методы исследования: анализ литературных и патентных источников, рентгенографическое и дериватографическое исследование состава накипи, гравиметрический метод, математическое планирование экспериментов:
Научные положения, защищаемые автором:
при обработке воды физическими полями наилучшая защита от накипи водогрейного оборудования в системах теплоснабжения достигается воздействием электрического поля;
противонакипный эффект увеличивается при совместной обработке воды несколькими физическими полями. Наибольший противонакипный эффект достигается при комплексном воздействии ультразвукового и электрического полей;
разработанная технология обработки воды физическими полями в следующей последовательности: ультразвуковое поле - магнитное поле -электрическое поле снижает накипеобразование и повышает безопасность и эффективность работы водогрейного оборудования;
- уравнение, полученное методом математического планирования
экспериментов, позволяет определить противонакипный эффект обработки
воды физическими полями в заданных интервалах варьирования факторов,
влияющих на противонакипный эффект;
- эффективность работы аппарата стабилизационной обработки воды
электрическим полем повышается при использовании системы
гидравлической очистки катодов и заделке проводов в графитовые аноды с помощью смеси из графитового порошка и эпоксидной смолы. Достоверность научных положений подтверждается:
использованием стандартных методов и поверенных приборов контроля при проведении лабораторных исследований;
соответствием теоретических результатов и экспериментальных данных;
согласованностью результатов лабораторных и производственных исследований;
- положительными результатами эксплуатации установок антинакипной
обработки воды электрическим полем на ряде предприятий Кемеровской
области.
Научная новизна работы заключается в следующем:
получены данные о влиянии природы, интенсивности физических полей и режима обработки воды на процесс накипеобразования;
определены параметры физических полей, при которых достигается наилучшая защита водогрейного оборудования от накипи. Установлено, что наибольшую защиту водогрейного оборудования от накипи обеспечивает обработка воды электрическим полем. Противонакипный эффект в этом случае составляет 70,8 %;
установлено, что совместная обработка воды несколькими физическими полями повышает противонакипный эффект. При комплексной обработке воды наибольший противонакипный эффект дает совместное воздействие ультразвукового и электрического полей и составляет 87,1 %. Наивысшая эффективность процесса снижения накипеобразования достигается при обработке воды физическими полями в следующей последовательности: ультразвуковое поле - магнитное поле - электрическое поле и составляет 89,7 %;
- получено уравнение, позволяющее определить противонакипный
эффект обработки воды рекомендуемыми способами обработки.
Личный вклад автора заключается в:
- получении данных о кинетике накипеобразования при обработке воды
магнитным, ультразвуковым и электрическим полями, выявлении наиболее
эффективного способа для защиты водогрейного оборудования от накипи;
- определении оптимальных условий обработки воды физическими
полями, обеспечивающих наибольшую защиту водогрейного оборудования
от накипи;
- установлении закономерностей развития процесса накипеобразования
при совместной обработке воды несколькими физическими полями.
Выявлении метода совместной обработки воды несколькими физическими
полями, при котором достигается наибольшая безопасность и эффективность
работы водогрейного оборудования в системах теплоснабжения;
- получении уравнения, позволяющего определить противонакипный
эффект обработки воды физическими полями;
- разработке рекомендаций по конструктивному и технологическому
оформлению установки антинакипной обработки воды электрическим полем.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
определены условия эффективной работы оборудования обработки воды безреагентными методами в открытых и замкнутых системах теплоснабжения;
разработаны новые способы заделки проводов в графитовые аноды установок по обработке воды электрическим полем, которые позволяют применять их при давлениях до 0,88 МПа;
разработана система гидравлической очистки катодов установок по обработке воды электрическим полем от накипи;
внедрение установок антинакипной обработки воды электрическим полем на предприятиях Кемеровской области позволило:
повысить безопасность водогрейного оборудования; увеличить его теплопроизводительность на 25 %;
снизить расход топлива на 6 %, срок службы котлов увеличился в 1,5-2 раза; сократить сброс вредных сточных вод в водоемы;
- ряду предприятий даны рекомендации по применению совместной
обработки воды несколькими физическими полями для повышения
безопасности и эффективности работы водогрейного оборудования в
системах теплоснабжения.
Реализация работы в промышленности.
Установки стабилизационной обработки воды электрическим полем внедрены на ряде предприятий Кемеровской области: котельной п.Арлюк Юргинского района, котельной №29 г.Полысаево, котельной МУП ПО ЖКХ г.Гурьевск, котельной №14 г.Ленинск-Кузнецкий, котельной п.Яя Яйского района, котельной №3 п.Тайжина, котельной ЦШК п.Яшкино Яшкинского района, котельной ПТУ пЛшкино Яшкинского района (имеются акты внедрения установок на этих объектах). Установлены оптимальные параметры работы этих установок.
Эти установки выполнены и установлены с учетом разработанных рекомендаций по конструктивному и технологическому оформлению.
Апробация работы. Результаты работы прошли апробацию на VIII Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (Кемерово, 2001); XL Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2002); апрельских научных конференциях Кузбасского государственного технического университета (Кемерово, 2002, 2003); Всероссийской научно-практической конференции «Химическое загрязнение среды обитания и проблемы экологической реабилитации нарушенных экосистем» (Пенза 2003); XVI Международной научно-технической конференции «Реактив-2003» (Уфа, 2003); Второй областной научной конференции «Молодые ученые Кузбассу» (Кемерово, 2003); Третьей
Республиканской школе-конференции «Молодежь и пути России к устойчивому развитию» (Красноярск, 2003).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6, статей и тезисы 6 докладов.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 139 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (153 наименований) и приложения; содержит 41 рисунок и 55 таблиц.
