9.6. Магнитная противонакипная обработка добавочной воды
Основные закономерности метода магнитной водоподготовки. Изменения свойств воды, наблюдаемые в результате ее прохождения через узкий зазор между полюсами постоянного магнита (или электромагнита), позволяют рассматривать омагничивание воды как способ ее обработки. Исследованиями многих авторов, а также промышленной практикой доказано, что магнитное поле оказывает влияние на кинетические процессы кристаллизации накипеобразователей.
Противонакипный эффект магнитной обработки обусловлен появлением в воде, прошедшей магнитное поле, многочисленных субмикроскопических и коллоидных образований, которые могут служить зародышевыми кристаллами карбоната кальция, выделяющегося при нагревании воды. Присутствие в жидкости огромного количества таких центров кристаллизации приводит к выделению карбоната кальция в объеме жидкости, а также вызывает замедление роста кристаллов, что обусловливает их высокую дисперсность. Перенесение кристаллизации основного накипеобразователя в толщу нагреваемой воды способствует предотвращению отложений на теплопередающих поверхностях оборудования. Образованию накипи вторичного происхождения препятствует высокая степень дисперсности частиц выделяющегося карбоната кальция. Система вода – карбонат кальция получается устойчивой на стадии микрокристаллов, не оседающих из потока движущейся жидкости.
Однако применение противонакипной магнитной обработки воды в настоящее время требует предварительных экспериментов для выбора оптимальных условий омагничивания воды данного состава. Такое положение вызвано прежде всего тем, что механизм действия электромагнитных полей на растворы различного состава не изучен и какие-либо количественные закономерности не найдены. Не выяснен также механизм образования зародышей кристаллов в воде после магнитной обработки.
Изложенная точка зрения на магнитную обработку природных вод вытекает из ряда экспериментальных исследований МЭИ и является в настоящее время пока единственной попыткой наиболее полного объяснения влияния магнитного поля на воду исходя из предположения, что в обрабатываемой воде присутствуют ферромагнитные окислы железа, определяющие результативность магнитной обработки как противонакипного способа водоподготовки.
Практическое применение магнитной обработки в теплосетях с непосредственным водоразбором. Практикой эксплуатации действующих промышленных магнитных установок выявлено, что магнитная обработка как способ противонакипной защиты водогрейного оборудования теплофикационных систем с непосредственным водоразбором эффективна при использовании природных вод общей минерализованностью не выше 500 мг/дм3, карбонатной и общей жесткостью до 4 ммоль/дм3.
Рис. 9.13. Схема магнитной обработки добавочной воды с предварительной коагуляцией и осветлением:
1 – насос для подачи исходной воды; 2 – смеситель; 3 – насос-дозатор коагулянта; 4 – воздухо- и грязеотделитель; 5 – контактные осветлители КО-2; 6 – бак осветлённой воды; 7 – насос для подачи осветлённой воды; 8 – электромагнитные аппараты ВТИ; 9, 10 – подогреватели I и II ступеней; 11 – деаэратор; 12 – подпиточный насос; I – исходная вода; II – раствор коагулянта; III – подпиточная вода
Магнитная обработка является одной из стадий в общей технологической схеме подготовки подпиточной воды; выбор остальных стадий очистки производится с учетом качества исходной воды. Если она поступает из открытого водоема, схема подготовки подпиточной воды включает коагуляцию и осветление с последующей магнитной обработкой и термической деаэрацией. Такая схема водоподготовки осуществлена, например, на Саратовской ГРЭС (рис. 9.13).
Необходимость в предварительной очистке обусловлена требованием доведения исходной воды до качества, соответствующего СанПиН 2.1.4.559-96 «Вода питьевая» по таким показателям, как цветность и мутность, без чего вода не может быть направлена потребителям. Согласно данным Института санитарии и гигиены им. Эрисмана, для хозяйственно-бытовых целей допускается вода, обработанная магнитным полем напряженностью до 16∙104 А/м. Если исходной служит водопроводная вода, то схема подготовки подпиточной воды значительно упрощается и включает только магнитные аппараты и термический деаэратор. Упрощенная схема (рис. 9.14) длительное время эксплуатировалась на Астраханской ТЭЦ.
Рис. 9.14. Схема магнитной обработки добавочной воды без предварительной очистки:
1 – электромагнитные аппараты ВТИ; 2, 3 – подогреватели I и II ступеней; 4 – деаэратор; 5 – подпиточные насосы; 6 – бак запаса деаэрированной воды; I – исходная вода; II – подпиточная вода
Объективно эффективность применения любой схемы водоподготовки, в том числе и схем, включающих магнитную обработку, оценивается отсутствием накипи на рабочих поверхностях всех видов оборудования и трубопроводов теплосети. Присутствие карбоната кальция в нагретой воде в виде тонкодисперсной взвеси требует внимательной и умело организованной эксплуатации вспомогательного оборудования.
Поверхность нагрева теплообменников, подогревающих воду перед деаэратором до 90 °С (поз. 9 и 10 на рис. 9.13, поз. 2 и 3 на рис. 9.14), будет чистой, если их трубки не будут корродировать. В этих подогревателях трубки должны выполняться из металлов, устойчивых против кислородно-углекислотной коррозии, усиливающейся присутствием в исходной воде хлоридов и сульфатов. Если на поверхности латунных трубок подогревателя появляется шероховатость вследствие обесцинкования, то на них оседает взвесь карбоната кальция; с течением времени образуются бугорки, постепенно соединяющиеся в единый слой накипи.
В схемах с магнитными аппаратами целесообразно использовать термические деаэраторы атмосферного, типа, оборудованные барботажным устройством ЦКТИ. В них исключается зарастание спекшимся карбонатным шламом нижней поверхности последней деаэраторной тарелки, обращенной к потоку пара. Основная часть пара в деаэраторе этого типа поступает в барботажное устройство, находящееся в водяном объеме деаэратора, где прикипания карбонатной взвеси обычно не наблюдается. Некоторое количество укрупнившихся частиц, успевающих осесть на стенках бака за время пребывания в нем воды, не мешает нормальной работе деаэратора. Крупные частицы, осевшие на дно в барботажной камере и баке, необходимо периодически удалять путем продувки нижних точек деаэраторного бака.
Длительные эксплуатационные наблюдения показывают, что качество подпиточной воды после термического деаэратора в схемах с омагничиванием отвечает нормам, а именно: свободная углекислота отсутствует, содержание кислорода укладывается в пределы 10–20 мкг/дм3, а мутность составляет 1,5–2,5 мг/дм3. Концентрация взвеси, состоящей из карбоната кальция и окислов железа (при учете частиц размером более 1 мкм), не превышает 2–3 мг/дм3. Эти данные получены на промышленных установках, показатели исходной воды которых по минерализованности не превышают указанного выше предела. Многочисленные анализы подпиточной и сетевой воды на содержание взвеси дают значения одного порядка, что подтверждает отсутствие оседания взвеси из движущейся воды в теплообменниках, магистральных трубопроводах и в разводящей абонентской сети. Данные осмотров оборудования и теплосети согласуются с этими наблюдениями.
В теплофикационных установках с большим разбором горячей воды имеются запасные баки деаэрированной подпиточной воды для покрытия пиковых нагрузок. В случае пребывания воды в запасном баке в течение 12–24 ч следует ожидать укрупнения и выделения некоторого количества карбонатной взвеси на стенках бака. Равномерно покрывая поверхность бака, она защищает его от кислородной коррозии. Трудностей в эксплуатации подобное покрытие не создает, а при дренировании бака легко удаляется механически путем несильного постукивания.
Эффективность той или иной комбинированной схемы водоподготовки зависит от степени налаженности каждой стадии очистки в отдельности. Магнитная обработка не может исправить или ликвидировать огрехи неналаженного режима, работы предварительной очистки. Имевшиеся на водоочистке Саратовской ГРЭС нарушения режима предварительной очистки, особенно в паводковый период, приводили к образованию отложений на тарелках деаэратора. После устранения нарушений в работе предварительной очистки была обеспечена безнакипная работа всего водогрейного оборудования.
Для противонакипной магнитной обработки воды применяются электромагнитные аппараты (ЭМА) конструкции СКВ ВТИ, изготовляемые Чебоксарским электромеханическим заводом «Энергозапчасть». Они удобны тем, что имеют широкий диапазон магнитной напряженности в рабочем зазоре, легко настраиваются на воду любого качества и надежны в эксплуатации.
В настоящее время выпускаются аппараты производительностью 15, 25 и 50 т/ч.
Электромагнитный аппарат (рис. 9.15) состоит из цилиндрического корпуса 1 (наружный магнитопровод) и сердечника 2 (внутренний магнитопровод), на который надеты намагничивающие катушки 3. Они помещены в кожух 4 из немагнитного металла, который заполнен трансформаторным маслом для охлаждения и изоляции. Корпус и кожух образуют рабочий кольцевой зазор 5, по которому проходит обрабатываемая вода. Стрелки указывают направление магнитных силовых линий. Катушки аппарата питаются через выпрямитель постоянным током. Концы обмотки катушек выведены на зажимы 8 и закрыты крышкой 7.
Кроме аппаратов конструкции СКБ ВТИ завод «Энергозапчасть» освоил выпуск аппаратов АМО-25-У4 производительностью 25 т/ч.
Через магнитные аппараты должен проходить весь поток воды, добавляемой в сеть и покрывающей расходы на горячее водоснабжение и потери в сети. В случае надобности можно устанавливать несколько параллельно работающих групп аппаратов, включая в каждую группу не более четырех аппаратов. При пуске аппарата экспериментально определяется его рабочая кривая, характеризующая зависимость напряженности магнитного поля в рабочем зазоре от силы тока в обмотке. Затем осуществляется с использованием кристаллооптического метода контроля предварительная настройка аппарата на обработку воды данного качества.
Магнитная обработка при подготовке воды для тепловых сетей с непосредственным водоразбором хорошо зарекомендовала себя на установках, в которых в качестве основных нагревателей используются скоростные сетевые подогреватели. В теплофикационных схемах с водогрейными котлами применение магнитной обработки, вероятно, будет менее надежным. В связи с переходом на использование мазута в качестве топлива для этих котлов в конвективных и экранных трубах водогрейных котлов зафиксировано явление «поверхностного кипения», что исключает возможность применения метода магнитной обработки.
Рис. 9.15. Электромагнитный аппарат для противонакипной обработки воды, разработанный СКБ ВТИ:
1 – корпус; 2 – сердечник (внутренний магнитопровод); 3 – намагничивающая катушка; 4 – кожух; 5 – рабочий зазор; 6 – сетка; 7 – крышка; 8 – зажимы; I – вход воды; II – выход воды