Замена метода очистки воды NA-катирования на метод обратного осмоса для котельных

На протяжении многих лет широко распространенной технологией подготовки воды для питания паровых котлов является двухступенчатое Na-катионирование (ионный обмен). Обратный осмос - относительно новый метод подготовки воды, позволяющий не только снизить ее жесткость, но и понизить общую минерализацию, в последние годы составил серьезную конкуренцию ионному обмену. Все большее число котельных переходит на обратноосмотические установки.

При определении экономической эффективности замены Na-катионирования обратным осмосом очень важно помимо учета затрат на эксплуатацию установок различных типов оценить эффективность работы котлов на воде, прошедшей различные системы фильтрации:

- вода, прошедшая систему Na-катионирования имеет примерно тот же уровень минерализации, что исходная

- обратный осмос позволяет не только умягчить воду, но и снизить ее общую минерализацию до значений 10-100 мг/л

При низких минерализациях питательной воды, котел работает в режиме, при котором потери на его продувку минимальны, а следовательно минимизированы и затраты топлива для выработки требуемых объемов пара.

Главным доводом в пользу обратного осмоса является уменьшение в 5-10 раз объемов продувок котла при его работе на деминерализованной воде.

Эффект от применения установок обратного осмоса особенно ощутим при минерализации исходной воды более 1000 мг/л.

Установка обратного осмоса включается в схему ХВО 2-мя способами – в качестве замены 1-й или 2-й ступени Na-катионирования:

- в первом случае обратный осмос отсекает основную часть примесей воды. Ввиду этого большая часть эксплуатационных затрат ХВО ложится на установку обратного осмоса.

- во втором варианте установка обратного осмоса заменяет 2-ю ступень Na-катионирования. Учитывая то, что в установку обратного осмоса поступает умягченная вода после 1-й ступени, увеличивается срок эксплуатации сменных элементов системы обратного осмоса.

Успешный пример внедрения установки обратного осмоса.

В апреле 2007 года установка обратного осмоса «ЭКО-400» Q=20 м3/час была включена в схему подготовки воды для питания паровых котлов в качестве 2-й ступени умягчения и обессоливания воды на металлургическом предприятии ОАО «Алкоа Металлург Рус», г. Белая Калитва.

Ниже рассмотрен проведенный до реконструкции и подтвержденный на практике расчет экономической эффективности применения установки обратного осмоса.

Описание существующей схемы обработки воды и планируемой

Существующая до реконструкции схема обработки воды включала в себя последовательную обработку воды на механических фильтрах и двухступенчатое натрий-катионирование. Таким образом, жесткость обработанной воды находилась в пределах 0,015-0,02 мг-экв/л, а остальные показатели оставались неизменны. При этом расчетное солесодержание обработанной воды было на уровне 1600 мг/л.

Внедренная схема обработки воды включила в себя помимо существующего механического фильтра и первой ступени натрий-катионирования, установку обратного осмоса. В качестве исходной воды на установку обратного осмоса подавалась вода после установки умягчения первой ступени. Расчетное солесодержание после установки обратного осмоса составило 50 мг/л, расчетная щелочность обработанной воды составила 0,15 мг-экв/л.

Расчетное значение Ку* - коэффициент упаривания системы до реконструкции составлял 2.

* - упаривание рассчитывалось при организации продувки по показателю щелочности не более 10 мг-экв/л и при щелочности подпиточной умягченной воды 4,0-5,2 мг-экв/л.

Величина продувки (потери воды при продувке) при данном Ку составили 20 %, то есть 20 % воды терялось при продувке каждого котла:

* для двух котлов ДЕ 25/14: (25 т/час × 2) × 20 % = 10 т/час;

* для двух котлов ТС 20/16: (20 т/час × 2) × 20 % = 8 т/час.

Потери тепла при данном Ку и при соответствующих значениях энтальпии составляли:

* для двух котлов ДЕ 25/14: (25 т/час × 2) × 20 % × 197,3 ккал/кг = 10 т/час × 197,3 ккал/кг = 1,97 Гкал/час;

* для двух котлов ТС 20/16: (20 т/час × 2) × 20 % × 204,0 ккал/кг = 8 т/час × 204,0 ккал/кг = 1,63 Гкал/час.

Суммарные потери тепла в системе до ее реконструкции составляли: 1,97 + 1,63 = 3,6 Гкал/час (при условии непрерывной годовой работы = 8760 часов/год).

Отдельно хотелось бы отметить, что величина продувки, равная 20 % - это превышение норм эксплуатации паровых котлов в 4 раза. В соответствии со СНиП II-35-76 «Строительные нормы и правила» (в ред. Изменения №1, утв. Постановлением Госстроя СССр от 08.09.77 г. № 140; Постановления Госстроя РФ от 11.09.97г. №18-52) эта величина не должна превышать 2…5 % (см. разделы 10.20 – 10.22).

Экономический эффект от внедрения установки обратного осмоса.

Расчетное солесодержание воды после установки обратного осмоса составило 50 мг/л, расчетная щелочность обработанной воды составила 0,15…0,2 мг-экв/л, жесткость обработанной воды мене 0,015 мг-экв/л.

Расчетное значение Ку* - коэффициент упаривания составил 50.

* - упаривание рассчитывалось при организации продувки по показателю щелочности не более 10 мг-экв/л и при щелочности подпиточной воды 0,15-0,2 мг-экв/л.

Величина продувки (потери воды при продувке) при данном Ку составляет 2 %, то есть 2 % воды теряется при продувке каждого котла:

* для двух котлов ДЕ 25/14: (25 т/час × 2) × 2 % = 1 т/час;

* для двух котлов ТС 20/16: (20 т/час × 2) × 20 % = 0,8 т/час.

Потери тепла при данном Ку и при соответствующих значениях энтальпии составили:

* для двух котлов ДЕ 25/14: (25 т/час × 2) × 2 % × 197,3 ккал/кг = 1 т/час × 197,3 ккал/кг = 0,2 Гкал/час;

* для двух котлов ТС 20/16: (20 т/час × 2) × 2 % × 204,0 ккал/кг = 0,8 т/час × 204,0 ккал/кг = 0,12 Гкал/час.

Суммарные потери тепла составили: 0,2 + 0,12 = 0,32 Гкал/час (при условии непрерывной годовой работы = 8760 часов/год).

Отдельно хотелось бы отметить, что величина продувки, равная 2 %, полностью удовлетворяет нормам эксплуатации паровых котлов. В соответствии со СНиП II-35-76 «Строительные нормы и правила» (в ред. Изменения № 1, утв. Постановлением Госстроя СССр от 08.09.77 г. № 140; Постановления Госстроя РФ от 11.09.97 г. №18-52) эта величина не должна превышать 2…5 % (см. разделы 10.20 – 10.22).

Потери тепла при работе паровой котельной до реконструкции составляли 3,6 Гкал/час или 31536 Гкал/год. Цена 1 Гкал на тот момент составляла 419 руб. Таким образом, годовые потери составляли 13 213 584 рубля.

Потери тепла после внедрения данного проекта составили: 0,32 Гкал/час или 2803 Гкал/год. При цена 1 Гкал на тот момент 419 руб, годовые потери составили 174 540 рублей.

Экономический эффект от внедрения установки обратного осмоса составил: 12 039 044 рубля.

Расчет был приведен для работы 4-х котлов. Так как при сегодняшней загрузке производства в работе находятся постоянно два котла, то эффект от внедрения данного проекта составил 6 019 522 рублей/год.

При стоимости оборудования 3 772 650 руб. с учетом монтажа, срок окупаемости данного проекта составил 7-8 месяцев.