Накипь. Водогрейные котлы. Магнитные технологии

В настоящее время в частном секторе, на многих небольших промышленных предприятиях и в других организациях и объектах ЖКХ (офисы, почтовые отделения, станции РЖД, многоквартирные дома и т.п.) с целью экономии затрат и издержек наблюдается отсутствие водоподготовки (ионообменные фильтры, системы обратного осмоса и др.) при установке новых или эксплуатации уже действующих водогрейных и паровых котлов систем отопления. При этом в систему отопления заливается обычная водопроводная вода. Однако, наличие в воде солей жесткости приводит к тому, что на внутренних поверхностях котлов образуются отложения, которые снижают теплопередачу и, в конечном итоге, приводят к перерасходу энергоносителей (газ, жидкое топливо и т.п.).

Для того чтобы оценить экономическую целесообразность необходимости проведения периодических профилактических чисток от накипи рассмотрим пример.

Исходные данные:
- площадь отапливаемых помещений коттеджа – 350 м;
- мощность водогрейного низкотемпературного газового водогрейного котла серии VITOGAS 100-F – 35 кВт [1];
- площадь (S) теплообменных поверхностей котла – 2,46 м;
- диаметр труб пoдающей и обратной магистрали – 1,5 ” (DN = 40);
- количество воды в системе отопления (вода для заполнения) – 0,7 м;;
- количество подпиточной воды – 0,05 м;/год;
- жесткость (ЖСа) кальциевая – 2,9 мг-экв/дм;
- жесткость (ЖMg) магниевая – 1,4 мг-экв/дм.

Отметим, что данные по жесткости воды приняты на основании реального химического анализа воды.

Если принять, что в виде накипи в котле откладываются 90 % солей кальция и магния, а взвешенные частицы выпадают в осадок, то количество (К) накипи в г из 1 м; питательной воды можно определить по известной формуле [2]:   

К = 0,9 (50 * ЖСа + 29 * ЖMg) = 0,9 (50 * 2,9 + 29 * 1,4) = 167 г.

Для заданных объемов воды 0,7 и 0,05 м; количество накипи составит соответственно 116,9 и 8,35 г.

Принимая плотность кальция равную 1,54 г/см3, а магния 1,739 г/см3 определим плотность (П) накипи для заданного химического состава воды: П = 1,54 * 2,9/(2,9+1,4) + 1,739 * 1,4/(2,9+1,4) = 1,605 г/см3.

Толщина (Т) накипи для заданной площади теплообменной поверхности котла:
для объема воды 0,7 м;: Т = К / П / S / 100 = 116,9/1,605/2,46/100 = 0,296 см или 2,96 мм;
для объема воды 0,05 м;: Т = 8,35/1,605/2,46/100 = 0,0212 см или 0,212 мм.

На рис.1 показана зависимость потерь тепловой энергии или перерасхода топлива от толщины слоя накипи (по данным фирмы "Lifescience Products LTD", Великобритания) [3]. Путем интерполяции и экстраполяции легко определяется величина потерь тепловой энергии для величины 2,96 мм – 25 %; для величины 0,212 мм – 2,97 %.


Рис.1 - Зависимость потерь тепловой энергии или перерасхода топлива (%) от толщины слоя накипи

Таким образом для рассматриваемого случая практически сразу после запуска нового котла потери тепловой энергии (а значит ее перерасход и соответственно стоимость оплаты за энергоноситель) составят 25 %. К концу первого года эксплуатации эта величина достигнет 28 % и, далее, в каждом году перерасход топлива будет увеличиваться на 3 %. В конце, например, пятого года эксплуатации эта величина достигнет 40 %. То есть собственник данного коттеджа будет платить больше на 25 % уже практически с момента пуска нового котла и далее со все увеличенным ежегодным процентом.

Одним из признанных технических решений, позволяющим исключить образование накипи в течении всего периода эксплуатации котлов и отказаться от периодических профилактических чисток котлов (ППЧК), является применение магнитных технологий: обработка воды электромагнитным полем. В [4] представлен анализ некоторых широко распространенных устройств электромагнитной обработки воды (УЭМОВ).

Представляет интерес оценить экономические показатели вариантов (проектов) с использованием некоторых УЭМОВ в системе отопления коттеджа с упомянутым ранее котлом VITOGAS 100-F:
- электронного преобразователя солей жёсткости «Термит Т-60» (Россия) (стоимость 27750 руб, потребляемая мощность 2 Вт) [5];
- магнитного преобразователя воды «МПВ MWS» (Россия) (стоимость 24990 руб) [6];
- ферритового противонакипного устройства «Phasis» (Германия) (стоимость 33800 руб, потребляемая мощность 1,2 Вт) [7].

При этом предполагается установка одного УЭМОВ на обратной магистрали между циркуляционным насосом и котлом.

Исходные данные для расчета и результаты расчётов для всех рассматриваемых вариантов представлены ниже, а на рис.2 показаны графики самоокупаемости этих проектов.   

Исходные данные:

- количество УЭМОВ, шт – 1;
- горизонт планирования, лет – 8;
- количество суток в работе за год в плановом периоде*, сут. – 214;
- расход газа в котле, м3/час – 3,39;
- стоимость газа с НДС*, руб/м3 - 5,54;
- экономия газа в 1-ый год, % - 25;
- экономия газа начиная со 2-ого года, % - 3;
- коэффициент загрузки котла, о.е. - 0,7;
- стоимость прибора Термит с НДС, тыс.руб - 27,75;
- стоимость прибора Phasis с НДС, тыс.руб - 33,8;
- стоимость устройства МПВ MWS с НДС, тыс.руб - 24,99;
- мощность, потребляемая прибором Термит, Вт – 2;
- мощность, потребляемая прибором Phasis, Вт - 1,2;
- мощность, потребляемая устройством МПВ MWS, Вт – 0;
- тариф на электроэнергию с НДС*, руб/кВтч - 5,38;
- коэффициент инфляции тарифов на электроэнергию и газ, % - 4;
- ставка дисконтирования, % - 9.
* Данные для Московской области

Результаты расчета экономических показателей:

Для проекта с УЭМОВ с прибором «Термит»:

- NPV (чистый дисконтированный доход), тыс.руб - 89;
- IRR (внутренняя норма доходности), % - 200;
- DPP (дисконтированный срок окупаемости), год - 1,59.

Для проекта с УЭМОВ с устройством «МПВ MWS»:

- NPV (чистый дисконтированный доход), тыс.руб - 89,6;
- IRR (внутренняя норма доходности), % - 262;
- DPP (дисконтированный срок окупаемости), год - 1,47.

Для проекта с УЭМОВ с прибором «Phasis»:

- NPV (чистый дисконтированный доход), тыс.руб - 87,8;
- IRR (внутренняя норма доходности), % - 134;
- DPP (дисконтированный срок окупаемости), год - 1,84.


Рис. 2 – График самоокупаемости проектов ("Термит" – синий, "МПВ MWS" – красный, "Phasis" – зелёный)

Выводы:

1 При пуске новых водогрейных котлов при отсутствии соответствующей водоподготовки жесткой воды целесообразно в течение некоторого периода времени, например, одной недели, использовать приборы ультразвуковой очистки (например, российские импульсные установки И1(2) или белорусские ультразвуковые импульсаторы ЭИ серии 102 и др.) [4]. Это позволит исключить образование накипи в котлах систем отопления на момент их заполнения водой и пуска котла в эксплуатацию.

2 Рекомендуется периодическая профилактическая чистка котлов. Экономическая целесообразность ежегодной ППЧК может быть определена исходя из химического состава воды и типа водогрейных котлов.

3 С целью исключения образования накипи в течении всего периода эксплуатации котлов и отказа от ППЧК с применением, например, ультразвуковых импульсных установок или химической очистки, рекомендуется использование безреагентных малоэнергетических методов водоподготовки с использованием УЭМОВ [8].

4 Для рассматриваемых проектов: установка УЭМОВ в системе отопления коттеджа с водогрейным котлом на газе, расчёт показал на:

- положительное значение NPV = 87,8 - 89,6 тыс.руб (NPV > 0 указывает на тот факт, что проект принесёт прибыль);
- высокие значение внутренней нормы доходности (диапазон значений IRR: от 134 до 262 %) свидетельствует о том, что IRR выше любых средних ставок по инвестиционным проектам и вкладам);
- быструю окупаемость проекта [дисконтированный срок окупаемости DPP УЭМОВ составляет менее 2 лет (от 1,47 до 1,84 года)].

Список использованных источников

1 VITOGAS 100;F. Низкотемпературный газовый водогрейный котел 29 ; 60 кВт. Технический паспорт. 12 с.

2 Миненко В.И. Магнитная обработка водно-дисперсных систем. Киев: Технiка, 1970. - 167 с.

3 Банников В.В. Электромагнитная обработка воды Прибор «Термит» // Сайт компании «Экосервис Технохим-М» [Электронный ресурс]. URL: http://termit.etch.ru/publ.php?p=1

4 Сысоев В.В. «О безреагентной обработке воды для защиты от накипи и коррозии» // Сайт «Портал Энерго. Эффективное энергосбережение» [Электронный ресурс]. URL:
5 Электронный преобразователь солей жесткости «Термит». Принцип работы. //  Сайт компании «Экосервис Технохим-М» [Электронный ресурс]. URL: http://termit.etch.ru/termit.php?p=2
 
6 Каталог устройств MПВ MWS. Промышленная серия // Сайт «Magnetic Water Systems» [Электронный ресурс]. URL: https://mwsys.ru/katalog/promyshlennaya-seriya/

7 Сборник результатов сравнительных испытаний, исследований независимых организаций, практик применения ФНПУ в России и за рубежом // Компания ООО «Гидрофлоу». 2019. – 48 с.

8 Постановление Правительства РФ от 14 октября 1993 г. N 1058 "О развитии научно-производственной деятельности в области магнитологии и создании магнитотронов» // Сайт Налоговый Кодекс Российской Федерации [Электронный ресурс]. URL: