» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Июль, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №4 2017

Автор: Хусаинова Чулпан Камилевна, Инженер
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Подготовка воды для котельных частных домов

Статья просмотрена: 186 раз

УДК 631.316

ПОДГОТОВКА ВОДЫ ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ ЧАСТНЫХ ДОМОВ

Хусаинова Ч.К.

инженер, ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ

г.Уфа

 

Аннотация. В статье приводится обоснование необходимости подготовки питательной воды в котельных с целью снижения солесодержния. Предложена оригинальная конструкция мобильной системы водоподготовки производительностью 100 литров в час. Особенность устройства- в нем использованы как традиционные способы умягчения и очистки воды, так и инновационного на основе силицированного кальцита.

Ключевые слова: водный режим, деаэрация, декарбонизация, коагуляция, сетевая вода, отопление, водогрейный котел, пар водяной,  десорбция, конденсация, гидролиз, коагулянт.

 

Каждый  загородный дом, любое сооружение, имеющее автономную систему  отопления,  обычно использует жидкий теплоноситель. Самым распространёнными и дешевым теплоносителем является вода. Её подготовка- необходимый атрибут любой котельной. Даже котельной частного дома, о чем мало кто задумывается.

 Основная задача системы подготовки котельной воды заключается в предотвращении образования минеральных отложений на внутренних поверхностях теплообменников, водогрейных котлов, трубопроводов тепловых станций [1]. Подобные отложения могут привести к значительным потерям мощности водогрейных котлов, а в редких случаях эти отложения способны полностью заблокировать работу котельной в виду образования очаговой коррозии или закупоривания внутренней конструкции водонагревательного оборудования.

Для сравнения в таблице 1  приведены данные исследований воды из различных  питьевых источников.

Таблица 1. Жесткость родниковой воды в мл-экв./л

Вода

Жесткость, ммоль/л

Район Башкорстана и местонахождение

Характеристики воды

1

Вода «Красный ключ»

2,2

Мягкая

Нуримановский район, северо-восток Республики

Вода питьевая из подземных источников

4

Вода «Кургазак»

5,0

Средней жесткости

Салаватский район, северо-восток Республики

Вода минеральная природная, разливается на источнике

5

Вода «Красноусоль-ская»

14,75

Очень жесткая

Гафурийский район, западные склоны южного Урала

Лечебно-столовая, разливается на источнике

7

Вода  из родника

«Яппаровский»

19,75

Очень жесткая

Иглинский район, центральная часть Республики

Вода питьевая из подземных источников

8

Вода из колодца в с. Нагаево РБ

24,87

Очень жесткая

Уфимский район,

центральная часть Республики

Грунтовые воды

 

Как видно воду естественной очистки можно добыть из подземных источников, только её стоимость будет соизмерима со стоимостью незамерзающего химического теплоносителя. Один из вариантов предлагаемых нами- подготовка воды.

Самым традиционным и основным методам водоподготовки считается ионообменный. При нем очистка воды происходит через ионообменный смоляной картридж. Внутри картриджа содержится натрий, который плохо держится в смоле и готов к замене. Когда соли жесткости контактируют со смолой происходит замена ионов кальция и магния. Вода получается мягкой. После того, как картридж полностью вымывается его нужно менять или восстанавливать. В быту картридж меняют, в промышленности восстанавливают с помощью сильно насыщенного соляного раствора- большим количеством натрия удается выбить соли жесткости из картриджа. Периодичность восстановления зависит от глубины слоя и емкости смолы, то есть сколько она может принять натрия, скорости потока, объёмов воды, которую следует очистить [4].

Если стоит задача сделать более глубокую очистку воды, то в этом случае могут применять такой основной метод водоподготовки, как фосфатирование. При этом методе обработки воды, она должна быть предварительно подогрета на высоких температурах. Это связано с плохой растворимостью фосфора в воде.

При термохимическом методе используют как химикаты, так и высокую температуру. В этом случае не обойтись без больших расходы на нагрев и на химикаты. К минусам этой группы также относят большие расходы на утилизацию и замену. Соль сама по себе дешевая, но для промышленности она используется в больших количествах, и из-за этого суммы за восстановление набегают вполне приличные.

Следующий основной метод водоподготовки – сорбция [4]. Его задача устранить цвет  воды  (мутность) и  вкус (кислотность, щелочность и т .д.). Основой является фильтрующий материал-  активированный уголь или иногда кварцевый песок. Уголь устраняет остатки хлора, растворенные газы и органику. Пористая структура материала [5] помогает принять больше примесей на малой площади фильтрующего материала. Единственный недостаток – слеживание. То есть со временем уголь нужно либо менять, либо перемешивать или встряхивать.

Следующий основной метод водоподготовки – ультразвуковое умягчение воды. Главный его плюс – возможность разорвать клетки. Так, что это отличный антибактериальный фильтр. Он работает и с химическими соединениями. К минусам подобной установки относят сложности в установке, магистральный фильтр для умягчения воды в большинстве случаев нужно приваривать к поверхностям.

Нами предлагается принципиально новая схема подготовки воды, который можно использовать для заправки водой систем отопления коттеджей (рисунок 1).

 

Рисунок 1. Схема модернизированной мобильной системы

водоподготовки: 1- коллектор; 2- наклонные пластины; 3- кальцит; 4-отстой

Очистка предлагаемым устройством включает в себя три основных этапа.

Первый этап -очистка от растворенных газов. Здесь исходная вода через форсунки распыляется в верхней части установки 1, это делается для увеличения площади контакта пара и воды, чтобы улучшить процесс десорбции, при котором происходит переход растворенных газов из жидкости в находящийся с ней в контакте пар. Навстречу струям воды, с парогенератора, идет пар, который в контакте с водой, забирает растворенные газы. Далее отработанный пар, через верхний клапан установки, поступает в газоотводчик и конденсатоотводчик, которые работают совместно. Там, пар очищается от растворенных газов и затем конденсируется. Получившаяся очищенная вода снова поступает в парогенератор.

Второй этап очистки от солей жесткости: после первого этапа очистки, вода плавно струится по наклонным пластинам 2, это делается для того чтобы уменьшить гидроудар потока воды.

Рисунок 2. Модель экспериментальной установки: 1-кабель питания; 2- пластина графитовая;  3- пластина  алюминиевая; 5-  сосуд; 6- кальцит силицированный; 7- патрубок слива готовой воды

На третьем этапе вода проходит фильтрование через зернистый материал 3 - силицированный кальцит, который находится между двумя перфорированными пластинами [6]. Верхняя пластина состоит из алюминия, нижняя из графита. К этим пластинам также подведены электроды, создающие разность потенциалов на пластинах. В следствии подачи напряжения создается электрическое поле, направленное снизу вверх. Процесс умягчения воды осуществляется за счет того что вода проходя через верхнюю алюминиевую пластину, которая имеет отрицательный потенциал, а графитовая положительный потенциал, растворяет алюминий, который гидролизуется и образуется коагулянт Al(OH)3. Этот коагулянт, осевший на зернах силицированного кальцита, и поле направленное против течения жидкости, способствуют образованию нерастворимых солей Ca и Mg, и их дальнейшему осаждению на зернистой загрузке [6].

Для проверки степени очистки воды от солей жесткости предлагаемым  методом электрокоагуляции, нами была изготовлена модель экспериментальной установки (рисунок 2). Она представляет собой емкость 5, с открытым верхом, имеющую у основания сливной патрубок 7. Внутренняя часть установки состоит из последовательно уложенных слоями, снизу-вверх, основания (для сбора шлама), высотой 50 мм, графитовой пластины, толщиной 3,5 мм, с подведенным к нему контактом, слой зернистого материала из силицированного кальцита, высотой 75 мм, и алюминиевой пластинки, толщиной 0,2 мм, с вплетенными в него алюминиевыми проводами диаметром 2,5 мм и подведенным контактом. Общая высота установки 190 мм, диаметр 128 мм.

После очистки вода поступает в нижний отсек установки где собирается и откачивается насосом. При этом шлам и отстой собирается в шламосборнике 4 (по рисунку 1), который удаляется с периодичность один раз через каждые 100 литров подготовленной воды.

Для проведения экспериментов была взята исходная вода жесткостью  24,8 ммоль/л из водопроводной системы жилого дома в посёлке Нагаево Уфимского района РБ. К контактам был приложен постоянный ток, напряжением 36 В и силой тока 6  А.

Результаты эксперимента при массовом расходе 1,2 л/ мин показали, что жесткость уменьшилась до 0,4 ммоль/л.  Это более чем достаточно для котловой воды. Предварительные расчеты показали, что стоимость установки производительностью 100 литров в час составит 6000 рублей. Срок окупаемости составляет 3 года без учета выхода из строя теплотрасс из за отсутствии системы деаэрации и 6 месяцев при использовании устройства с деаэрационной колонкой.

 



Список литературы:

  1. Инсафуддинов, С.З. Автономная система энергообеспечения. [Текст] / Гайсин Э.М., Сафин Ф.Р.// Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование Материалы Международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XVII специализированной выставки. 2013. С. 19-2
  2. Инсафуддинов С.З. Повышение эффективности фильтрации теплоносителя в системе отопления жилого дома с конденсационным котлом [текст] / С.З. Инсафуддинов, И.М. Гимранова // Актуальные проблемы энергообеспечения предприятий материалы международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XIV Российского энергетического форума . 2014. С. 59-63.
  3. Инсафуддинов, С. З. Повышение эффективности эксплуатации системы отопления производственного здания с использованием пофасадного регулирования температуры [Текст] / С.З. Инсафуддинов, А.А., Ишбулатов, Ф.Р. Сафин // Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование. Материалы II международной научно-практической конференции в рамках XVIII специализированной выставки «Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование» . 2014. С. 31-34
  4. Инсафуддинов С.З. Повышение эффективности фильтрации теплоносителя в системе отопления жилого дома с конденсационным котлом [текст] / С.З. Инсафуддинов, И.М. Гимранова // Актуальные проблемы энергообеспечения предприятий материалы международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XIV Российского энергетического форума . 2014. С. 59-63.
  5. Инсафуддинов С.З. Модернизация фильтра тонкой очистки топлива. [текст] / С.З. Инсафуддинов, А.В, Ребров// Студент и аграрная наука Материалы III Всероссийской студенческой конференции. 2009. С. 124-126.
  6. Галиуллин, Р.Р. Устройство для измерения неравномерности подачи топлива [текст] / Р.Р. Галиуллин., Р.М. Баширов, С.З. Инсафуддинов. Патент на изобретение RUS 2301910 06.06.2005
  7. Баширов, Р.М. Устройство для измерения неравномерности подачи топлива [текст] / Р.М. Баширов, С.З. Инсафуддинов, М.Д. Гафуров. Патент на изобретение RUS 2245453 21.07.2003
  8. Инсафуддинов, С.З. Повышение экономичности работы тракторных дизелей путем отключения подачи топлива [текст] / С.З. Инсафуддинов Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. № 7. С. 23-25.
  9. Миннигалеев, А.М. Совершенствование послеремонтного диагностирования тракторных дизелей [текст] / А.М. Миннигалеев, Д.Д., Харисов, С.З. Инсафуддинов. Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2013. № 4. С. 23-24.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: