В процессе работы котельного оборудования в котлах и теплообменной аппаратуре образуются отложения накипи, которые приводят к значительному перерасходу топлива, снижению КПД, сокращению межремонтных сроков и увеличению затрат на обслуживание и ремонт. Так, при наличии накипи толщиной всего 1 мм котёл перерасходует в среднем 2-3 % топлива.

Кроме того, ежегодно по окончании сезона выполняется трудоёмкая очистка котлов и теплообменной аппаратуры от накипи.

Очистка обычно осуществляется кислотным или механическими способами. Оба способа отличаются дороговизной, высокой трудоёмкостью и, кроме того, имеется опасность повреждения металла поверхностей нагрева.

Характеристика накипи

Накипь по своему техническому составу преимущественно встречается:

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности стали, из которой изготовлены теплообменники. Коэффициент теплопроводности для типичных накипи отложений составляет:

- накипь, загрязненная маслом - 0,1 ккал/м ч С

- силикатная накипь - 0,02...0,07 ккал/м ч С

- гипсовая накипь - 0,2...2,0 ккал/м ч С

карбонат кальция (аморфный) - 0,2... ккал/м ч С

карбонат кальция (кристаличный) - 0,5... ккал/м ч С

Магнитострикция и очистка накипи

Сущность магнито-стрикционного метода очистки внутренних поверхностей нагрева от накипи заключается в следующем. Постоянный ток источника питания с помощью коммутирующего элемента преобразуется в импульсивный ток и поступает на электромагнит. В результате воздействия на очищаемую поверхность переменного магнитного поля происходит её намагничивание до индукции насыщения. При уменьшении величины магнитного поля до остаточной индукции за счет разницы величины индукции насыщения и остаточной индукции, возникает магнито-стрикционный эффект, т.е. периодическое расширение и сжатие поверхности.

В ферромагнитном материале возникают продольные колебания в пределах упругой деформации. Поскольку отложения на поверхностях не обладают магнитными свойствами, то на очищаемой поверхности между ферромагнитным материалом и отложениями возникает деформация сдвига, вызывающая их отслоение.

Магнитострикционные колебания, воздействуя на поверхность нагрева, создают знакопеременные механические усилия в металлических стенках в пределах упругой деформации, под влиянием которых прочность связи внутри накипи, а также между накипью и металлом нарушается, и образуются трещины. Вода под действием капилярных сил быстро проникает через трещины - капиляры к поверхности нагрева, где она мгновенно испаряется, вызывая вспучивание и отслаивание накипи. Содержащиеся в воде газовые пузырьки, также попадая в трещины между накипью и металлом, начинают колебаться с высокой частотой, ослабляя сцепление накипи с металлом. Отслоившиеся мелкие частицы накипи скапливаются в нижней части котла и удаляются периодической продувкой. Кроме удаления накипи, магнитострикционные колебания увеличивают теплопередачу греющей поверхности за счет микропотоков, образуемых упругими колебаниями стенок труб и воды в них, и повышения скорости потока воды из-за снижения гидродинамического сопротивления труб с колеблющимися стенками. Под действием магнито-стрикции улучшается отвод пузырьков пара от поверхности нагрева и дегазация воды вследствие лучшего перемешивания пристенного слоя жидкости, что также способствует увеличению теплопередачи. Явление снижения гидродинамического сопротивления особенно эффективно проявляется в узких микронных щелях естественных дефектов внутренних поверхностей труб, где в обычных условиях (без воздействия магнитным полем) в котлах сохраняется кислород воздуха, а при воздействии магнито-стрикции он легко выходит из этих щелей. В результате этого исключается один из механизмов кислородной каррозии труб. Кроме этого, длительное (14-30 суток) воздействие импульсивного переменного магнитного поля на обладающую дефектами в виде микротрещин внутреннюю поверхность труб, производит деформацию наиболее податливых участков поверхности вблизи микротрещин.

Благодаря этим деформациям происходит наклеп краев трещин, в результате чего трещины оказываются закрытыми и не подверженными проникновению в них кислорода как при работе так и при сливе воды из котлов. В связи с этим внутренняя поверхность труб становится гладкой, что приводит к уменьшению коррозии.

Получаемый таким образом эффект коррозийной защиты в какой-то степени заменяется пассирование внутренней поверхности труб.

Применение переменного магнитного поля также производит реакцию Fe₂Oз ---> Fe₃О₄.

Расчет обоснование

Исходные данные для расчета :

Теплотворная способность мазута Qн.р.= 9260 ккал/кг

Цена мазута - 6000 руб/тонна

Толщина накипи - 1,5 мм, что соответствует перерасходу топлива - 3,5 %

Расход мазута на один котел - Р.

Продолжительность работы котла- 30 суток

Экономическое обоснование целесообразности магнито-стрикционной очистки котлов:

ДКВР-2,5

Расчетный расход мазута кг/час - 265

кг/сутки - 265 x 24 = 6.360

кг/месяц - 6.360 х 30 = 19.800

Перерасход мазута при толщине накипи 1,5 м по данным ВТИ им. Дзержинского (г. Москва) соответствует 3,5% или около 10 кг топлива в час

П= Цм х Р х - х 24 х 30х10

П= 6.000 х 24 х 30х 10 =43.200

П= 43.200р. т. е. За месяц по мазуту перерасход средств составляет 43 тысяч 200 рубля или 6.678 кг мазута

ДВКР-4

Расчетный расход мазута кг/час - 420

кг/сутки- 10.080

кг/месяц- 302.400

П=6.000 х 15 х 24 х 30=63.50р. или 10.584 кг мазута

ДКВР-10

Расход мазута кг/час- 1.045

кг/сутки-25.080

кг/месяц- 302.400

П= 3.000 х 1045 х - х 24 х 30 ≈ 158.00 руб. или 26.334 кг мазута

ДКВР-20

Расход мазута ≈ кг/г - 1.650

кг/сутки - 39600

кг/месяц - 1188000

П= 3.000 х 1045 х - х 24 х 30 = 249.480 р. или 41.580 кг мазута.

Аналогично можно рассчитать перерасход топлива и для других типов котлов.

При существующих расценках за отчистку внутренних поверхностей нагрева - окупаемость меньше одного месяца.

Условия очистки

Оборудование устанавливается и снимается довольно легко. Потребляемая мощность одного комплекта не более 70 Вт.

Для проведения очистки котел должен находиться в работе в режиме близком к номинальному.

Продолжительность очистки одного котла- 21-35 суток непрерывной работы в зависимости от солевого состава накипи. После этого открывают люки и осыпавшуюся или оставшуюся накипь смывают из барабанов и труб экранов водой под давлением 5-7 атм, т.к. накипь, перейдя из твердой фазы в жидкое состояние легко удаляктся струей воды.

При очистке накипи, обязательно создавать циркуляцию (поток) воды в котле путем периодической продувки через 1...2 часа или другим путем, это способствует улучшению процесса накипеудаления и постепенному удалению жидкой фазы накипи из котла.