X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Для надежной эксплуатации современного или старого котельного агрегата, необходимо соблюдение дополнительного требования – обеспечение водного режима. Более жесткие требования к качеству питательной воды для современных жаротрубных котлов объясняются большими удельными тепловыми потоками в жаровой трубе и поворотной камере по сравнению со старыми конструкциями жаротрубных котлов и современных водотрубных котлов. Несоблюдение водного режима ведет к образованию накипи, уменьшению проходного сечения трубопроводов, тем самым увеличивая затраты на топливо и на электроэнергию, необходимую для приводов насосов [1].

В настоящее время используются следующие основные виды водоподготовки:

- стандартные методы химической обработки воды с использованием катионитных фильтров и механических песчаных фильтров;

- методы мембранной очистки (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос);

- комплексонатная подготовка воды с использованием различных химических реагентов (комплексонатов), связывающих соли жесткости, железа, кремния, а также растворенный кислород и углекислоту;

- электромагнитная импульсная обработка воды различных типов для предотвращения образования и удаления накипи на поверхностях нагрева котла;

- ультразвуковая очистка поверхностей нагрева от накипи.

Особенный интерес представляют схемы безреагентной подготовки подпиточной воды, основанные на мембранной технологии. При использовании обратноосмотической мембраны кроме умягчения воды осуществляется практически полное обессоливание воды. Для паровых котлов это особенно актуально, так как при этом можно отказаться от непрерывной и периодической продувки, что на 5 % увеличивает экономичность котла и на столько же снижает расход подпиточной воды. Недостатком мембранной технологии является высокая стоимость мембран. Стоимость одной мембраны производительностью 1 т/ч находится на уровне 5 тыс. долларов США. Исходя из этого, данный способ очистки воды целесообразно использовать только для паровых котлов крупных промышленных котельных. Окупаемость такой установки при замене существующей двухступенчатой схемы Na-катионирования составляет примерно 1,5 года. Для водогрейных котельных окупаемость обратноосмотических установок находится на уровне 5 лет [2].

Гидроволновой метод имеет главное отличие, которое заключается в отказе от традиционных способов нагрева жидкости и использование вместо них механических и частотных воздействий (термодинамических циклов). При использовании данного метода в теплообменных систем не образуются отложения в виде накипи, так как при прохождении жидкого потока через гидродинамический теплогенератор возникает эффект «плохо обтекаемого тела». В результате в жидкости образуются пустоты, вакуум которых способствует процессу парообразования. Процесс идет при температуре гораздо ниже 100 °C, например, при 30 °C, за счет этого экономится значительное количество энергии. Дополнительное высокочастотное воздействие вызывает эффективную термоокислительную реакцию, которая приводит к разрушению молекул загрязняющих веществ, в том числе сложных органических соединений и тяжелых металлов. Посредством контактных теплообменных процессов идет интенсивное парообразование с последующей конденсацией. В результате образуются чистая дистиллированная вода и влажный иловый осадок, имеющий по российской классификации IV класс опасности. При этом исходные сточные воды могли иметь I — II классы опасности, то есть токсичность отходов существенно снижается, и из жидкой фазы они переходят в твердые шламы [3].

В результате применения обратного осмоса объем очищенной воды составляет лишь 35–40 % от исходного количества стоков, остальное — концентрированный жидкий высокоактивный «рассол». Гидроволновой же метод позволяет превратить почти всю имеющуюся в стоках воду в дистиллят и вновь использовать в производстве. При этом энергоэффективность нового метода — вне всякой конкуренции: например, на очистку кубометра сточных вод нефтеперерабатывающего завода потребуется лишь около 3 кВт•час.

Кроме того, обратный осмос требует постоянного внимания квалифицированных специалистов, так как, если очищаемый поток неоднороден, то наблюдаются отказы в работе оборудования. Гидроволновой метод позволяет избежать этого.

Кроме того, установки, использующие гидроволновой метод, могут использоваться в автономных модульных системах жизнеобеспечения, для опреснения и очистки воды от различных химикатов и тяжелых металлов в водопроводно-канализационном хозяйстве, для уничтожения полихлорбифенилов и пестицидов. Они станут идеальным решением для очистки промышленных стоков и удаления нежелательных примесей из сырой нефти и жидкого топлива в нефтегазоперерабатывающей промышленности, для очистки различных емкостей и трубопроводов, для обезвреживания токсичных веществ и жидких радиоактивных отходов, утилизации отработанных ГСМ. В том числе, с их помощью можно готовить модифицированную водотопливную эмульсию, которая может использоваться как топливо для автономных электрогенераторов очистных установок, мини-ТЭЦ контейнерного типа.

Таким образом, к основным преимуществам гидроволнового метода очистки жидких сред относятся следующие положения.

Жидкая среда нагревается и испаряется не через теплообменную поверхность, а за счет высокочастотного механического воздействия на жидкость.

Все тепло конденсации пара может быть использовано для нагрева и испарения исходной жидкой среды.

В результате высокочастотных воздействий происходит разложение органических молекул на безвредные простые компоненты.

Технология на основе гидроволнового метода не требует других видов водоподготовки.

Возможно сочетание гидроволнового метода с использованием нанотехнологий, в частности, экологически нейтральных наноматериалов на углеродной основе.

Имеется возможность осуществления звукохимических реакций, при которых соосаждение элементов и их изотопов из очищаемого потока может стать более эффективным.

Процесс отличается малым энергопотреблением.

Опасные отходы при использовании метода не образуются.

Создаваемое на основе данного метода оборудование отличается надежностью, долговечностью и простотой эксплуатации. Кроме того, контейнерное исполнение установок позволяет избежать значительных капитальных затрат и эксплуатировать оборудование «прямо с колес».

Области эффективного применения технологий на основе гидроволнового метода — очистка сточных вод любой степени загрязнения;

удаление из сточных вод органических веществ, вызывающих «цветение» водных объектов; очистка промышленных стоков и подземных вод, загрязненных мышьяком и другими токсичными веществами; очистка ливневых стоков, инфильтрата полигонов и свалок отходов для защиты от загрязнения водоемов, рек и морей; очистка и опреснение морской воды, обезжелезивание, обессоливание природных вод различной степени загрязнения; очистка подземных и поверхностных источников водоснабжения от высокомолекулярных химических загрязнителей (метилтредбутилового эфира, стойких органических загрязнителей, полиароматических углеводородов и т. д.); обезвреживание несжимаемых, стойких органических загрязнителей, химических реактивов и отравляющих веществ; очистка промстоков в процессе нефтегазопереработки, а также очистка сырой нефти и нефтепродуктов от серы и других нежелательных примесей; удаление нефтешламов и остатков различных химических веществ в танках, цистернах, емкостях, трубопроводах; очистка токсичных промстоков в текстильной и кожевенной промышленности; очистка воды от высокосолевых жидких радиоактивных отходов; создание модифицированных водотопливных эмульсий; утилизация отработанных горюче-смазочных материалов путем создания стойких водотопливных эмульсий и последующего высокотемпературного их сжигания с одновременным получением энергии; создание высокоэффективного оборудования для производства биотоплива, например этанола, из отходов лесозаготовки и деревообработки, для очистки стоков ЦБК; создание экономичного вспомогательного оборудования для агропромышленного сектора.

Список использованных источников

1. Кичигин, В. И. Моделирование процессов очистки воды / В.И. Кичигин. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2013. - 232 c.

2. Маннанова, Г.В. Методы Очистки Промышленных Сточных Вод / Г.В. Маннанова. – Москва: СИНТЕГ, 2015. - 539 c.

3. Афанасьев В.С. Инновационные технологии в очистки «Гидроволновой метод», Вестник «Юнидо в России»,24 июля 2008.

Код для цитирования: Скопировать