СПОСОБ ПРОТИВОНАКИПНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДОГРЕЙНЫХ И ПАРОВЫХ КОТЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR ANTI-SCALE TREATMENT OF HOT WATER AND STEAM BOILERS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретения относятся к безреагентной обработке водных систем и могут быть использованы в теплоэнергетике для предотвращения образования накипи на поверхностях паровых и водогрейных котлов.
В08В 7/02, В08В 3/10, F28G 7/00.
Известен способ защиты и очистки внутренних поверхностей водоподогревателей, паровых, водогрейных котлов от накипи, включающее воздействие на ферромагнитную поверхность парового и/или водогрейного, и/или теплообменного оборудования эффекта магнитострикции и одновременно на питающий трубопровод оборудования для магнитной обработки воды электромагнитным импульсным полем путем воздействия пачками импульсов с частотой 0,1-10 Гц (Патент RU № 2167728 С1. Способ защиты и очистки поверхности ферромагнитных материалов от отложений. МПК:  - Опубл. 27.05.2001).
Известен способ безреагентной обработки водных систем с целью разрушения и удаления накипи в паровых и водогрейных котлах, который заключается в комплексном воздействии на систему магнитного и акустического полей, при этом на воду, движущуюся в трубе, воздействуют импульсным локальным магнитным полем, вращающимся на 360° в плоскостях, параллельной и перпендикулярной вектору направления движения воды, а в водной среде и стенке и накипи возбуждают акустические волны, в водной среде - инфразвуковой частоты, в стенке водной системы и накипи - звуковой.
F28G 7/00, В08В 7/02, В08В 3/12.
Известно устройство для осуществления способа, содержащее магнитоакустический излучатель с системой управления, образованный магнитопроводом и установленными на расстоянии друг от друга основной намагничивающей катушкой, компенсирующей катушкой с соосно расположенными сердечниками, а также торообразной катушкой сдвига магнитного поля намотанной на кольцевой сердечник, расположенный вокруг основной части магнитопровода между основной намагничивающей и компенсирующей катушками. При этом сердечники основной намагничивающей и компенсирующей катушек выполнены с возможностью контакта с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой воды, а магнитопровод магнитоакустического излучателя образован основной частью магнитопровода и сердечниками основной намагничивающей и компенсирующей катушек, обеспечивающими контакт магнитопровода с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой водной магнитопровода с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой водной системы (Патент RU № 2312290 С2. Способ магнитоакустической обработки водных систем и устройство для его реализации. МПК:  - Опубл. 10.12.2007).
C23F 14/00.
Известен способ предотвращения образования накипи нагревательных труб водогрейных и паровых котлов, выполненных из железосодержащего сплава и находящихся в контакте с пароводяной средой, из которой способна образовываться накипь, включающий приложение к указанной металлической поверхности токоотводящего электрического потенциала в диапазоне от 61 В до 150 В для нейтрализации электростатической составляющей силы адгезии между указанной металлической поверхностью и коллоидными частицами и ионами, образующими накипь (Патент RU № 2503747 С2. Способ предотвращения образования накипи нагревательных труб водогрейных и паровых котлов. МПК:  - Опубл. 10.01.2014).
C02F 1/48, C02F 103/02.
Известна установка для противонакипной обработки водных систем, содержащая магистральный трубопровод водной системы и байпасный трубопровод с устройством для магнитной обработки, снабжена баком-резонатором коридорного типа и генератором несинусоидальных электромагнитных колебаний, установленным на баке-резонаторе (Патент RU № 2185335 С1. Установка для противонакипной обработки водных систем. МПК:  - Опубл. 20.07.2002). Данная установка принята за прототип.
Общим недостатком известных технических решений является сравнительно низкая эффективность противонакипной обработки внутренней поверхности нагревательных труб водогрейных и паровых котлов, требующая значительных энергозатрат.
Технической задачей изобретения является повышение качества противонакипной обработки внутренней поверхности нагревательных труб водогрейных и паровых котлов и снижение энергозатрат путём периодических и кратковременных воздействий на поверхность котлов виброударными и дополнительными ультразвуковыми колебаниями.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является увеличение срока эксплуатации водогрейных и паровых котлов и снижение энергозатрат путём повышения качества противонакипной обработки теплообменников.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов, заключающийся в воздействии на водную систему акустического полей, согласно предложенному техническому решению, на стенку котла периодически и кратковременно воздействуют виброударами силами твёрдого тела, вызывающими звуковые колебания, а на теплообменники - дополнительными ультразвуковыми колебаниями, создающими с ударными силами резонансную вибрацию системы нагрева воды, приводящие к коагуляции растворённых в воде веществ в виде взвеси, удаляемой движением воды в процессе конвективного теплообмена, и разрушению накипи на поверхностях теплообменников с выпадением в котёл.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов, содержащем проточный котёл с теплообменником лабиринтного типа и датчиком контроля чистоты воды, и пульт управления, согласно предложенному техническому решению, на стенке котла между лабиринтными теплообменниками установлен виброударный молоток и, по меньшей мере, на одном теплообменнике установлен ультразвуковой генератор, а датчик контроля чистоты воды расположен за теплообменниками по ходу течения воды в котле.
Приведённый заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемых способа противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов и устройства для его осуществления, отсутствуют. Следовательно, заявляемые технические решения соответствуют условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемых технических решений, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определённого заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемых технических решений преобразования на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемые технические решения соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявляемый способ противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов и устройство для его осуществления могут быть использованы (воспроизведены) в теплоэнергетике при подготовке пара или нагреве воды для отопительных систем. Следовательно, заявляемые технические решения соответствуют условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг. 1 показан общий вид водогрейного котла в продольном разрезе, на фиг. 2 - то же, в поперечном разрезе.
Сущность способа противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов заключается в том, что на поверхность котла периодически и кратковременно воздействуют виброударами твёрдого тела, вызывающими звуковые колебания, а на теплообменники - дополнительными ультразвуковыми колебаниями, создающими с виброударами резонансную вибрацию системы нагрева воды, приводящие к коагуляции растворённых в воде веществ в виде взвеси, удаляемой движением воды в процессе конвективного теплообмена, и разрушению накипи на поверхностях теплообменников с выпадением в котёл.
Устройство для противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов содержит проточный котёл 1, по меньшей мере, с одним лабиринтным теплообменником 2 и датчиком 3 контроля чистоты воды, расположенным за теплообменником 2 по ходу течения воды в котле 1. (Фиг. 1). На стенке котла между лабиринтными теплообменниками 2 установлен виброударный молоток 4. По меньшей мере, на одном теплообменнике 2 установлен ультразвуковой генератор 5. Устройство содержит пульт 6 управления и питания, связанный с виброударным молотком 4, ультразвуковым генератором 5 и датчиком 3 контроля чистоты воды. (Фиг. 2).
Заявляемый способ противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов осуществляют следующим образом.
Одновременно с воздействием на водную систему акустического полей, на стенку котла периодически и кратковременно воздействуют виброударами твёрдого тела, вызывающими звуковые колебания, а на теплообменники – дополнительными ультразвуковыми колебаниями, создающими с ударными силами резонансную вибрацию системы нагрева воды, приводящие к коагуляции растворённых в воде веществ в виде взвеси, удаляемой движением воды в процессе конвективного теплообмена, и разрушению накипи на поверхностях теплообменников с выпадением в котёл.
Заявляемое устройство для осуществления способа противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов работает следующим образом.
Установленный на стенке проточного котла 1 за лабиринтным теплообменником 2 по ходу течения воды в котле 1 датчик 3 контроля чистоты воды контролирует состояние выходной воды и передаёт её параметры на пульт 6 управления и питания. Периодически, по мере загрязнения воды, датчик 3 передаёт сигнал на пульт 6 на включение электропитания виброударному молотку 4 и генератору 5 ультразвуковых колебаний для противонакипной обработки системы нагрева воды. При этом кратковременно на 10-12 с боёк виброударного молотка 4 с частотой ударов 50-500 Гц о поверхность стенки котла 1 вызывает звуковые колебания, а генератор 5 - ультразвуковые колебания с частотой 22 000 Гц, одновременно создают резонансную вибрацию водной системе, приводящие к разрушению накипи на поверхностях теплообменников 2 и коагуляции растворённых в воде веществ, которые взвесью удаляются движением воды в процессе конвективного теплообмена с выпадением в котёл 1.
Оценка эффективности способа противонакипной обработки проводилась на одновременно работающих двух идентичных паровых котлах ДЕ-25-24, расположенных в одной котельной и параллельно подключенных к одной и той же линии выдачи пара. Один из котлов был оборудован устройством противонакипной обработки, другой эксплуатировался в штатной комплектации. Для оценки эффективности способа противонакипной обработки оба котла проработали три месяца с одинокой тепловой нагрузкой. На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод об эффективности использования заявляемых способа и устройства в водогрейных и паровых котлах, увеличивающие срок эксплуатации водогрейных и паровых котлов путём предотвращения отложений накипи на внутренние поверхности теплообменных труб.
Предлагаемые способ и устройство для противонакипной обработки водогрейных и паровых котлов позволяют обеспечить заданный температурный режим нагрева и уменьшить расход топлива, существенно повышая коэффициент теплопередачи и эффективность работы котлов.
Оценка эффективности способа ультразвукового удаления отложений накипи с внутренних стенок теплообменных труб проводилась экспериментами. В качестве объектов исследований служили два идентичных паровых котла ДЕ-25-24, расположенных в одной котельной и подключенных к одной и той же системе водоснабжения. Один из котлов был оборудован антинакипным устройством, другой эксплуатировался в штатной комплектации. В ходе экспериментов тепловая нагрузка на обоих котлах поддерживалась на одном уровне. Для оценки эффективности способа ультразвукового удаления отложений накипи с внутренних стенок теплообменных труб в нижний коллектор радиационных труб обоих котлов вмонтировались лёгкосъёмные тест-пластины, изготовленные из того же металла, что и коллектор. Предварительно, тест-пластины взвешивались на электронных весах ВЛТ-150-П «Сартогосм», которые составили: для первого котла - 320,43 г, для второго котла - 328, 63 г. Оба котла проработали три месяца с одинокой тепловой нагрузкой (котлы к линии выдачи пара подключены параллельно). По истечении испытательного срока тест-пластины из коллекторов были извлечены и после сушки в естественных условиях повторно взвешивались на весах. Определялась разница в весе тест-пластины как для первого, так и для второго котлов. Полученные значения сравнивались между собой. Определено, что масса твердых отложений на тест-пластине первого котла, оборудованного антинакипным устройством, на 10 - 13 граммов меньше, чем на тест-пластине второго котла. На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод об эффективности заявляемого способа.