Контактные водонагреватели

Концепция автономного теплоснабжения промышленных предприятий не исключает использование в качестве теплоносителя горячей воды и предусматривает использование индивидуальных компактных водонагревателей для получения горячей воды, как для технологических целей, так и для отопления производственных площадей. Такие водонагреватели должны быть лишены недостатков, присущих водогрейным котлам, используемых в традиционных централизованных системах отопления и горячего водоснабжения. К таким основным недостаткам относятся:

— низкий КПД системы;

— громоздкость и большие эксплуатационные затраты;

— наличие большого перепада температур между нагреваемой водой и участвующими в теплообмене продуктами сгорания сжигаемого топлива, генерируемые установленными на котлах горелочными устройствами, что требует обязательной водоподготовки.

Способ нагрева воды путем прямого контакта продуктов сгорания с нагреваемой водой известен давно и широко использовался в теплообменной технике.

Контактные водонагреватели обладают отличительными преимуществами:

— высокий КПД до 97%;

— малая металлоемкость, повышенная надежность, простота конструкции;

— экологическая чистота;

— возможность нагрева воды без ее умягчения;

— взрывобезопасность в эксплуатации.

К недостаткам контактного способа нагрева, послужившим основанием для ограничения его применения, относятся:

-образование вредных соединений в процессе прямого контакта продуктов горения с нагреваемой водой;

— возможность нагрева воды не более 85 °С.

Цель разработки состояла в том, чтобы при создании автономных водонагревателей для отопления и бытовых нужд максимально использовать преимущества контактного способа нагрева и свести к минимуму его недостатки.

Конструкция контактного нагревателя должна удовлетворять следующим требованиям. Во-первых, максимально используя преимущества контактного способа нагрева, локализовать возможные образующиеся вредные вещества в пределах конструкции водонагревателя. Во-вторых, исключить прямой контакт нагреваемой воды, подаваемой потребителю, с продуктами горения. В третьих, конструкция водонагревателя должна иметь минимально возможные размеры, легко совмещаться в единый технологический агрегат с теплопотребителем. На рис. 1 представлена схема водоподогревателя ВК. Водонагреватель представляет собой агрегат моноблочной конструкции, основанием которого является бак оборотной воды 1, разделенный на две секции. В нижней секции установлены многоходовые теплообменники 10. В верхней секции установлен скруббер 2 для контактного нагрева оборотной воды, состоящий из керамической насадки — колец Рашига и коллектора орошения 8. В насадку вставлен горелочный туннель 7, к которому пристыкована блочная горелка ГГБК 5 необходимой тепловой мощности. На перегородку 11 установлен теплообменник догрева 12 с защитным коробом 13. На верхней стенке бака установлен предохранительный взрывклапан 9, дымосос 20, на выходном патрубке которого смонтирован влагоотделитель 3. С торца бака установлены насосы: рабочий 16 и резервный 17. Бак, насосы, приборы КИПиА монтируются на общей раме.
Оборотная вода из бака насосом 16 подается под давлением в коллектор орошения 8, из которого через разбрызгивающие устройства равномерным потоком поступает на развитую поверхность насадки. Оборотная вода в противотоке с продуктами горения, проходя насадку, нагревается за счет прямого контакта с высокотемпературными продуктами горения. Из насадки вода стекает в теплообменник догрева 12, где догревается до температуры кипения. Нагретая в скруббере 2 и теплообменнике догрева 12 оборотная вода насосом подается в межтрубное пространство теплообменников 10, отдав тепло нагреваемой воде, проходящей внутри труб теплообменника 10, оборотная вода подается в коллекторы орошения для нагрева и цикл непрерывно повторяется. Конструкция контактного нагревателя позволяет отключать по одному теплообменнику для их очистки, при этом водонагреватель может продолжать работать в номинальном режиме.

Разработана схема теплового пункта, выполненного на базе контактных водонагревателей ВК. Основными узлами теплового пункта являются водонагреватель контактный ВК-500 тепловой мощностью 500 кВт, применяемый для нагрева воды, используемой в системе отопления, и водонагреватель ВК-1500 тепловой мощностью 1500 кВт, применяемый для нагрева воды, используемой в системе горячего водоснабжения. В состав теплового пункта входят также:

-теплообменник пластинчатый, применяемый для резервного теплоснабжения от водонагревателя ВК-1500;

— насосная группа;

— узел учета расхода сетевой воды с грязевиком и системой запорной арматуры;

— узел учета расхода потребляемого газа;

— узел учета расхода теплоносителя;

— система автоматики безопасности, контроля и регулирования;

— система соединяющих трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой.

Принцип действия теплового пункта состоит в следующем: сетевая вода подается в тепловой пункт и, пройдя через систему запорных органов, устройство механической очистки (грязевик) и узел учета расхода сетевой воды, разделяется на два потока и поступает на вход водонагревателей ВК-500 и ВК-1500.

Нагретая в водонагревателе ВК-500 вода, используемая в контуре отопления, через узел учета теплоносителя подается в систему отопления потребителям. Отдавшая тепло вода из системы отопления через устройство механической очистки водонагревателя возвращается в теплообменник ВК-500 для повторного нагрева до заданной температуры.

Нагретая в водонагревателе ВК-1500 вода, используемая в системе горячего водоснабжения, через узел учета теплоносителя подается в бак-накопитель для дальнейшей раздачи потребителям. Бак-накопитель аккумулирует нагретую воду в случае неполного разбора нагретой воды потребителями. При длительном нахождении нагретой воды в баке-накопителе и снижении ее температуры ниже допустимого

уровня, вода поступает через систему трубопроводов повторно в водонагреватель ВК-1500 для нагрева до необходимой температуры.

При аварийной остановке водонагревателя ВК-500 выработку теплоносителя на отопление выполняет водонагреватель ВК-1500.

В этом случае системой электромагнитных клапанов производится отсечка воды, подаваемой на подпитку водонагревателя ВК-500. Обратная вода, поступаемая из системы отопления, с помощью ручных запорных органов подается на пластинчатый теплообменник. Одновременно подаваемая в бак-накопитель горячая вода после водонагревателя ВК-1500 направляется оператором через теплообменник для подогрева обратной воды из системы отопления. Нагретая вода после теплообменника подается в систему отопления, выполняя функцию дежурного отопления.

Система автоматики обеспечивает выполнение следующих функций:

— дистанционное включение и выключение системы и перевод ее в рабочее состояние по заданной программе;

-регулирование теплопроизводительности;

— контроль параметров безопасности и защитное отключение водонагревателей при недопустимых отклонениях контролируемых параметров;

— звуковую и световую сигнализацию при недопустимых отклонениях контролируемых параметров.
РосТепло.RU

Очистка водоподогревателей систем горячего водоснабжения и отопления
Д.т.н. Д. И. Кучеренко, генеральный директор ООО «Кондивод» В. П. Фролов, генеральный директор ГУП «Мосгортепло»

ГУП «Мосгортепло» — крупнейшая теплоснабжающая организация Москвы, обеспечивает теплом и горячей водой более 70% столицы, более 22000 зданий и сооружений, около 5300 ЦТП.

Обследование ЦТП по всей Москве позволило получить объективные данные и показало, что в процессе эксплуатации водоподогревателей на поверхностях теплообмена с обеих сторон образуются отложения. В системах горячего водоснабжения со стороны нагреваемой воды образуются отложения, представленные двумя компонентами — карбонатом кальция и продуктами коррозии стали (наносные отложения продуктов коррозии трубопроводов). Со стороны теплоносителя отложения представлены исключительно наносными продуктами коррозии.

В системах отопления отложения на обеих поверхностях теплообмена представлены в основном наносными отложениями продуктов коррозии. Толщина отложений составляет обычно десятые доли мм, но встречаются случаи, когда слой отложений достигает 1 мм и более.

В результате образования отложений толщиной 0,7-1,0 мм коэффициент теплопередачи снижается на 42-56%, что приводит к соответствующему снижению эффективности систем горячего водоснабжения и повышению энергетических потерь, снижение общего коэффициента теплопередачи водоподогревателей за 1 год эксплуатации составляет 5-7%, за два года — до 30%, за три года — 50% и более. Кроме того, образование отложений в трубках водоподогревателей вызывает значительное повышение их гидравлического сопротивления, которое достигает 18-20 м.в.ст.

Для очистки водоподогревателей, как и других теплообменных аппаратов, нередко прибегают к механическим способам, что связано с трудоемкими работами по разборке этих аппаратов и индивидуальной очистке каждой трубки. Следует отметить, к тому же, что при характерных для водоподогревателей очень прочных отложениях карбоната кальция толщиной в десятые доли мм механические способы не обеспечивают эффективной очистки. Особенно это относится к пластинчатым водоподогревателям с рифлеными поверхностями теплообмена.

Известен целый ряд способов химической очистки теплообменных аппаратов с применением сильных минеральных и органических кислот, комплексонов и других соединений. Химические способы в основном обеспечивают достаточно эффективную очистку теплообменных аппаратов от солевых отложений, однако нередко имеют и свои существенные недостатки:

■ многие из них в той или иной мере вызывают повреждение конструкционных материалов теплообменных аппаратов, в результате чего после нескольких химических чисток их приходится менять;

■ отработанные технологические растворы необходимо нейтрализовать или обезвреживать до кондиций, разрешенных к сбросу в канализацию;

■ при осуществлении многих химических методов очистки, как отечественных, так и зарубежных, приходится оперировать с очень большими количествами реагентов — с десятками и даже с сотнями килограммов, что приводило к тому, что от применения этих способов в конце концов отказывались даже на тех предприятиях, где они применялись, в течение длительного периода времени. Головным институтом страны в области производственного водоснабжения — ВНИИВОДГЕО, а в последствии и созданной на его основе фирмой «КОНДИВОД» в течение многих лет проводились исследования различных методов очистки теплообменных аппаратов от отложений и обрастаний, в том числе и химических с применением отечественных и зарубежных реагентов. В результате этих работ разработана технология, при которой очистка теплообменных аппаратов от карбонатных отложений осуществляется посредством естественных процессов, обратных тем, которые происходят при их образовании. Реагенты являются экологически чистыми, допускаемыми для использования в системах питьевого водоснабжения. Расход реагентов незначителен.

Реагенты не вызывают повреждения конструкционных материалов теплообменных аппаратов, что чрезвычайно важно.

Отработана технология поэтапной очистки теплообменных аппаратов, которая дает возможность управлять процессами очистки и контролировать их по количеству отмываемых отложений, определяемых анализом воды, циркулирующей в замкнутом контуре. В процессе производственных исследований выявлены интересные специфические особенности данного метода очистки и характерные для него закономерности. Установлено, в частности, что жесткость воды, циркулирующей в замкнутом контуре, быстро возрастает в самом начале цикла, затем рост ее замедляется и, наконец, полностью прекращается — величина жесткости циркуляционной воды, равно как и щелочности, устанавливается на определенном уровне, зависящем от исходного загрязнения теплообменников карбонатными отложениями. По достижении указанного стабильного состояния цикл заканчивается, система промывается водопроводной водой и начинается новый цикл. Количество удаляемых отложений постепенно снижается, наконец, наступает такой момент, когда количество удаленных за цикл отложений не превышает 0,1-0,2 мг-экв/л, что свидетельствует о том, что очистка данной группы теплообменников заканчивается. Например, величины повышения жесткости раствора в отдельных циклах (мг-экв/л) группы теплообменников ЦТП № 0308/034: 1,1; 0,9; 0,4; 0,4; 0,2; 0,2.

Указанная технология применяется на ЦТП, находящихся в ведении ГУП «Мосгортепло» с 1996 г., к настоящему времени произведена очистка более 2000 ЦТП, в каждом из которых установлено от 10 до 20 секций водоподогревателей.

Таким образом, данная технология дает возможность достигать полной очистки теплообменных аппаратов от карбонатных отложений независимо от степени первоначальной загрязненности и расходовать на очистку каждой группы теплообменников только такое количество реагентов, которое необходимо и соответствует количеству образовавшихся карбонатных отложений.

Что же касается продуктов электрохимической коррозии, образующихся в местах контакта латунных трубок со стальной трубной доской, то для их удаления данным методом требуется достаточно большое время, которое не всегда может быть предоставлено.

Учитывая указанное выше снижение коэффициента теплопередачи и повышение гидравлического сопротивления водоподогревателей, обусловленное образованием отложений, работы по их очистке следует производить периодически не реже чем раз в два года.

Литература

1. Кучеренко Д. Н. Система для очистки трубок. – Бюллетень изобретений № 11, 1976.

2. Кучеренко Д. И. Методы очистки теплообменных аппаратовот отложений и обрастаний. — Труды института ВОДГЕО1977, выпуск 66.

3. Чистяков Н.Н., Грудзинский М.М. и др. Повышение эффективности работ систем горячего водоснабжения. -Москва: Стройиздат, 1988.

4. Кучеренко Д. И. Устройства для очистки теплообменных аппаратов. — Бюллетень изобретений № 14, 1983.