EA012633B1 - Способ электростабилизационной противонакипной подготовки воды, система и установка для его реализации - Google Patents

Abstract

Предложенное изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях и в котлоагрегатах промышленного и коммунального назначения, где тепло является носителем энергии при ее регенерации или при применении по прямому назначению. Изобретение направлено на ресурсное и энергетическое сохранение и экономию воды и может быть применено в технологиях и операционных системах водоподготовки при очищении водных систем и тепловых сетей от солевых отложений и стабилизации водных свойств многоразового использования в закрытых и открытых циклах водоснабжения. Регламент обработки постоянным током до 5-10 А/м, по напряжению 10-15 В, во время переполюсовки в пределах 3 ч и время обработки 10-15 мин. Особенностью является режим коаксиальности, компоновки и выбора материала анода и катода по системе анод-графит и кожух-катод-углеродистая сталь и др. Преимущество состоит в том, что электродиализ имеет прерывистый режим в зависимости от накипеобразующих и коррозионных свойств воды, которая используется в оборотных циклах водоподготовки в котельных тепло- и энергоагрегатов, а также применяется по технологическим и дегазационным свойствам. Критерии оценки стабилизации выбирают из условий достижения необходимых индексов качества, в том числе агрессивности стабилизации и метастабильности. Для уменьшения солеотложений на теплообменных поверхностях в потоке оборотной воды используется система из двух параллельно работающих электродиализных аппаратов с коаксиально размещенными электродами. Гидравлическая нагрузка приблизительно 50 м /ч∙мплощади катода, при этом потоки воды закручивают в

Description

Предложенное изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях и в котлоагрегатах промышленного и коммунального назначения, где тепло является носителем энергии при ее регенерации или при применении по прямому назначению.

Изобретение направлено на ресурсное и энергетическое сбережение и экономию воды и может быть применено в технологиях и операционных системах водоподготовки, при очищении водных систем и тепловых сетей от солевых отложений и стабилизации водных свойств многоразового использования в закрытых и открытых циклах водоснабжения.

Известен способ подготовки воды для тепловых сетей с помощью электрического и теплового полей. Такой способ противонакипной обработки воды позволяет уменьшить количество солей в воде с помощью катодной камеры диафрагменного электролизера (авт. св. СССР №1122617, С 02Р 1/46, опубл. 11.07.1984).

Недостатком этого способа является высокая энергоемкость, сложность и неопределенность модуляции объемного электрохимического потенциала при подкислении воды и, как следствие, довольно низкая эффективность технологического регламентирования при использовании его на больших расходах потоков воды и больших объемах водоподготовки. Довольно узкая область применения.

Известен также способ подготовки воды с противонакипной обработкой в анодной камере диафрагменного электролизера и ее нагрева до температуры 30-100°С (авт. св. СССР №1090664, С 02Р 1/46, опубл. 04.06.1984).

Недостатком этого способа является довольно сложное операционное регламентирование и контроль режимности. Таким образом, технологии с таким способом электролиза и нагрева воды также имеют узкую область применения.

Известен способ электрохимического умягчения воды методом электролиза в диафрагменном электролизере, с помощью разделения катионита и анионита, отстоя катионита перед смешиванием, а электролиз ведут при больших тратах электрической энергии до 9,3-10 Ач/м³ (авт. св. СССР №1538442, С 02Р 1/46, опубл. 04.03.1987).

Недостатком этого способа подготовки воды и реализующего этот способ электролизера яявляется также большая энергоемкость, которая суживает эффективное использование в технологиях водоподготовки ТЭС, ТЕЦ и других объектах теплоэнергетики, где нужны большие объемы подготовленной чистой воды в системах водозабора и тепловой регенерации.

Известен также способ противонакипной обработки воды и устройство, которое его реализует в напорных и безнапорных противонакипных электрических аппаратах с анодами, способными растворяться. (авт. св. СССР № 1555295, С 02Е 1/46, опубл. 07.04.1990).

Принципиальна здесь работа этих аппаратов на использовании коагулирующего свойства действующего электрического поля на накипьформирующие фракции, которые частично электрохимически умягчены. Аппарат имеет пластинчатые электроды (анод - графит, а катод - сталь). В прикатодной зоне и под действием гидроксильных ионов формируется увязка карбонатных и бикарбонатных ионов в нерастворенный (СаСО₃), которые откладываются (оседают) частично в электролизной зоне. В прианодной зоне выделенные ионы водорода (Н) приводят к распаду накипьформирующих частиц.

Недостаток и этого изобретения - узкая сфера применения и малая эффективность.

Наибольшее влияние на процессы накипьформирования в теплообменных системах при электролизе создает явление электрокоагуляции за счет непосредственного действия электрического (электромагнитного) поля, а также электролитическая (электродиализная) коагуляция, как следствие к вынужденной амбиполярной диффузии носителей зарядов и коагулянтов, как продуктов распада при действии электродных, объемных и межэлектродных процессов термогравитационного происхождения.

Общеизвестны способы и аппараты электролизного действия при противонакипной электрической обработке и тепловой деструкции воды и растворенных в ней солей природного и искусственного происхождения, а именно электрохимическое умягчение воды постоянным или импульсным полями;

катодные и анодные электрохимические способы и электролизеры;

объемные электролизы на постоянных и высокочастотных токах.

Все известные электролизные действия ускоряют кристаллизацию и коагуляцию. Выбор параметров электролизных систем может быть избирательным и конкретным к решению термодинамических и электрохимических задач противонакипного свойства и требует системного контроля за всеми регламентными действиями на практике.

Наиболее близким по сути противонакипной обработки воды и ее стабилизации является известный способ и установка системного действия, а именно - патент №2185335 ВИ от 31.06.2001 и патент №2191162 ВИ от 16.04.2001).

Эти объекты подходят по задачам и эффекту, которые обеспечивают метастабильность процесса электромагнитного диализа, так как такая деструкция формирует дробление шламов и их кристаллов до состояния мелкодисперсной фазы, уменьшает их химическую активность и агрессию в 3 раза и отвечает требованиям санитарных норм к безнакипной эксплуатации тепловых сетей энергетической и теплофикационной направленности.

- 1 012633

Однако и эти объекты не используют большие резервы гидромеханики и теплоэнергетики к максимальной стабилизации метастабильности (квазитермодинамичности и квазистационарности) и их соответствия. Такие резервы имеет микродиализ воды, например мелкое дроссельное дисперсное дробление в режиме вакуумакустической активации, когда действует механизм баллоэлектрической деструкции диффузии разнополярных зарядов с амбиполярным механизмом коагуляции, которые известны из научного открытия (диплом №124 МААНОИ «Явление вакуумакустической активации в жидкостных системах», автор д.ф.т.н. Пащенко В.Л., приоритет 12 октября 1998).

Близким по технологической и технической сути к изобретению, которое заявляется, есть способ и технология, которая выполняет электролиз (электродиализ) на постоянном токе стабилизационного свойства и имеет электролизный аппарат коаксиального типа, когда анод и катод работают в режиме реверса полярности, так называемой переполюсовки на заданный период и время анодно-катодного и катодно-анодного электродиализа (электролиза), режим которого определяется теоретически или экспериментально, когда в осадок выпадает максимальное количество электролизного продукта после электродиализной очистки воды, которая подается в тепловой агрегат (патент Франции №2443425, С 02В 5/00, опубл. 08.08.1980).

Однако данная технология и электролизный аппарат, ее реализующий, обеспечивают только максимальный эффект противонакипного действия, но не обеспечивают эффекта стабилизации, что в современных теплоэнергетических системах имеет чрезвычайно важное значение для обеспечения надлежащей метастабильности, а именно квазистационарности и квазитермодинамичности.

Механизм электростатического поля действует в основном на коллоидные частицы, так как они находятся в объемно подвешенном состоянии. Степень взаимного действия будет зависеть от электростатического заряда этих частиц, площади электродов и их контактной поверхности. Изменение заряда или реверс полярности электродов влияет на накипеформирующие частицы так, что они становятся «рыхлыми» по структуре, и легко выводятся в осадок, и вымываются при очистке бункера их накопления. Для усиления противонакипного эффекга очистки и предотвращения образования накипей и коррозии дополнительно формируют камеры с пересекающимися магнитными полями, при помощи индукционной катушки с колебательным контуром. И дополнительно подключают прерыватель короткого действия. Часто для усиления противонакипного эффекта формируют увеличение времени контакта воды с электродными поверхностями, то есть повышают путь циркуляции воды.

Очень серьезные эксплуатационные осложнения в системах оборотного водопотребления происходят и из-за формирования сгустков солевых отложений, в особенности на теплообменном оборудовании. Для устранения этой проблемы ведут подготовку добавочной воды или оборотную воду обрабатывают стабилизационными способами при помощи реагентных добавок, что связано с организацией реагентного хозяйства, с большими запасами реагентов и который требует квалификационного обслуживания, постоянного экспресс-контроля и аналитического учета. Наряду с такими методами, эту проблему решают и безреагентными способами, например электрохимической активацией водных систем, с помощью электрического поля и электрического тока. Рядом фирм используются электростатические действия или электролиз, на основе постоянного электрического тока, при помощи утопленных нерастворимых электродов. При этом используется водораздел «электрод-вода», с формированием переходов от электронной проводимости к ионной. При этом, процесс прохождения электрического тока через электролит сопровождается выделением на электродах продуктов электрохимических реакций. Метод умягчения воды и снижения солей базируется на пропускании постоянного электрического тока через электролизер, где в анодной камере накапливаются ионы водорода (+), а в катодной (ОН) (-). Часто дополнительно ведут электролиз с катионообменными мембранами, механическими фильтрами, в том числе натрийкатионитовыми фильтрами. Электролиз с целью умягчения воды нашел широкое применение. Для получения постоянного однополярного, непрерывного или импульсного тока чаще всего используют выпрямительные агрегаты серии ВАК и ВАКР, а также серии ТО, ТВ. Используют также и агрегаты циркуляции. Системы включают агрегаты обработки воды набором оцинкованных и графитовых пластин. Электролиз постоянным током ведут с помощью нерастворимых электродов из химически стойких материалов. Для катодов используют материалы с достаточной электропроводностью: алюминий, железо, нержавеющая сталь. Важно, что анодный материал не должен в условиях анодной поляризации, растворяться и пассивировать. Чаще всего пористые электродные процессы проходят не только на поверхности, а также и в порах материала, что приводит к химическому и механическому разрушению анодов. Используют также титановые аноды с покрытием рутением до 10 мкм. Для чистки электродов используют скорость потока воды, механическую и кислотную очистку, реверс полярности (изменение полярности), закручивание потоков воды в межэлектродных зазорах до 2 м/с, а другие до 10 м/с. Для депассивации электродов используют постоянный пульсирующий ток и воздушный барботаж межэлектродной зоны.

В основу изобретения поставлена задача создания комплексного способа электростабилизационной противонакипной обработки воды, который смог бы существенно стабилизировать противонакипный эффект и резко повысить метастабильность электродиализа в части квазистационарности и квазитермодинамичности режима периодического реверса полярности катодно-анодной и анодно-катодной перепо

- 2 012633 люсовки, с учетом накипеформирующих и коррозионных свойств воды при ее нагревании или охлаждении, с учетом термогравитационных показателей по соответствующим индексам агрессивности.

Поставленная задача решается тем, что способ электростабилизационной противонакипной подготовки воды заключается в том, что обрабатываемый поток воды подвергают аксиальному электродиализу стабилизационными электрическими токами, и отличается тем, что поток подают в первый электролизер, где его закручивают в межэлектродных щелях и направляют вниз, затем через соединение в зоне межэлектродных отверстий поток подают во второй электролизер, где его закручивают в межэлектродных щелях и направляют вверх, причем электродиализ ведут в режиме катодно-анодной и аноднокатодной переполюсовки, при этом время обработки составляет 1-15 ч, а время катодно-анодной обработки 10-15 мин.

Также поставленная задача решается за счет того, что электродиализ сопровождается микродиализом, который ведется в режиме дроссельного дисперсного дробления до мелкодисперсной фазы, а именно до противонакипного и противокоррозионного состояния, например до фракции 2,5-5 и 10-20мкм.

Также поставленная задача решается за счет того, что поток дросселируют перед подачей к первому электролизеру и на выходе из второго электролизера.

Также поставленная задача решается за счет того, что подготовку проводят в автоматическом режиме, который осуществляют с помощью обеспечения программными средствами блока управления способного производить оценку накипьобразующих и коррозионных свойств воды при ее дросселировании, нагреве или охлаждении по соответствующим индексам агрессивности, стабилизации и метастабильности.

Также поставленная задача решается за счет того, что система электростабилизационной противонакипной подготовки воды содержит коаксиальные электролизеры с отстойниками, блок электрического питания и контроля и подсистему подвода и отвода воды и отстоя, и за счет того, что электролизеры выполнены спаренными и установленными над отстойниками, а устройства для подвода и отвода воды связаны с коаксиальными электродными щелями электролизеров тангенциально и с возможностью сообщения потокам воды вращательно-поступательного движения - сверху вниз в первом по направлению движения реакторе электролизера и снизу вверх - во втором электролизере, при этом соединены электролизеры между собой в зоне межэлектродных отверстий, при этом система в области подсистемы подвода и отвода воды дополнительно обеспечена регулирующими дросселями, установленными на входе в первый коаксиальный электролизер и на входе в теплообменник системы.

Также поставленная задача решается с помощью установки электролизной стабилизационной и противонакипной подготовки воды для тепловых сетей, которая содержит электролизеры, изготовленные в виде центрального цилиндрического электрода-анода и охватывающего его аксиально периферического электрода-катода с созданием щелистых электролизных реакторов, входные и выходные водоводы с регулирующей подачу воды аппаратурой и бункеры для сбора электролизного осадка с реакторов при реверсе полярности на электродах, за счет того, что реакторы электролизеров соединены в зоне межэлектродных отверстий между собой попарно над бункерами, а водоводы электролизеров соединены тангенциально с щелевыми камерами реакторов и выполнены с возможностью формирования вращательнопоступательных нисходящих и восходящих потоков, соответственно в первом по ходу движения электролизере - нисходящий поток, и во втором - восходящий.

Также поставленная задача решается за счет того, что она снабжена регулированными заслонками с дросселями, установленными на водоводах, в основном на входе потока воды.

Также поставленная задача решается за счет того, что установка снабжена электронным блоком формирования высокочастотных импульсов пилообразного вида, для питания электродов и образования микроволнового фона в щелях электролизных реакторов, в том числе и при реверсе полярности.

Также поставленная задача решается за счет того, что электронный блок снабжен программой образования микроволнового акустического поля на фоне электролизных щелевых реакций электрохимического квазистационарного или квазитермодинамического происхождения как операторов активации жидкостной системы и формирования «магнитоэлектрической памяти» в воде, поступающей в тепловую сеть.

Для осуществления указанного способа в технологиях электростабилизационной подготовки воды в противонакипных аппаратах и операционных системах электростабилизационной обработки воды«8.Е.Р.»© разработанных корпорацией «ПромЭкономСервис» предусмотрены следующие существенные и преобладающие признаки операционной системы (свидетельство №15418, 18.01.2006 и патент Украины №77143 с конвекционным приоритетом 21.07.2006):

электролиз ведут с помощью синхронного фазового электролизера из двух спаренных электролизеров;

поток воды подают в электродиализный аппарат тангенциально относительно межэлектродного пространства, а поток закручивают сначала сверху книзу, а потом снизу вверх и ориентируют конусным нижним поддоном и(или) конусным верхним конусом крышки;

поток воды подвергают электролизу постоянным электрическим полем, выпрямленным от 50 Гц до 60 кГц и контролируют силу токов на аноде и катоде электронным способом, с отображением информа

- 3 012633 ции на дисплее, и программным управлением по реверсу полярности и стабилизации и их определению к квазистационарности и квазитермодинамичности, то есть метастабильности относительно действия факторов термогравитации (парциальности и внутренних гравитационных, электрических и тепловых объемных волн), тепловых и барроклинных положений относительно донной и надэлектродной частей реактора. При этом электролизеры электродиализного аппарата спарены по потокам воды как вверх, так и вниз, что формирует эффект электрощелевого и дисперсного электротермогидродиализа, когда ответственным за состояние коагуляции становится электрокапиллярный эффект электростабилизации;

поток воды подвергают электрозарядовому и электромагнитному макродиализу с помощью термоЭДС амбиполярных аномалий между центральной и периферийными коаксиальными поверхностями электродов, формирующих таким образом градиент усиления анодно-катодного и катодно-анодного режимов поляризации и метастабильности при реверсе деструкции;

реакторы электролизеров спарены в нижней придонной части, а потоки воды ориентированы в электрическом поле и действуют как синхронные физические (электрические, электромагнитные, магнитоэлектрические и квазитермодинамические) потоки и поля, в том числе градиентные (термо-ЭДС, термогравитационные), которые при взаимодействии суперпозируют как составляющие ориентированных топологических и калибровочных полей деструкции, в метастабильных состояниях и фазах электромикродиализа, а именно, формируют подготовку физически обработанной воды, способной к потреблению в тепловых системах и аппаратах, по отбору тепловой энергии с помощью пароводяных теплообменников;

реакторы электролизеров имеют электронную систему автоматического управления и контроля регламента - электродиализа, электролиза, термодеструкции, потокоподъемов и потокоспадов - в режимах коагуляции продуктов электролизной активации и деструкции по всем каналам коаксиальных щелей в межэлектродном пространстве, где формируются поверхностные и объемные волны и электрическое напряжение с периодами реверсных полярностей и переполюсовок;

электролиз ведут в режиме периодической катодно-анодной и анодно-катодной переполюсовки, а реверс полярностей при этом (а именно, время анодно-катодной обработки при проведении коаксиального электродиализа стабилизационными электрическими токами) превышает время катодно-анодной электротермической деструкции межэлектродного промежутка (щели) на порядок и больше, то есть 1-15 ч против 10-15 мин, и контролируется с учетом накипьформирующих и коррозийных свойств воды при ее нагревании или охлаждении, при регламентировании квазистационарного и квазитермодинамического режимов, а оценку ведут по соответствующим индексам агрессивности и стабилизации, при экспрессанализе и экспресс-коррекции режимов электромикродиализа и деструкции накипей при отправке их в осадок, как шлам.

А главное, что все эти действия ведут в режиме дроссельного микродиализа, когда воду диспергируют до мелкодисперсной фазы, которая приводит сформированную амбиполярную диффузию к метастабильному квазистационарному и квазитермодинамическому состоянию, именно который и обеспечивает стабилизацию, противонакипные и противокоррозионные свойства, с активацией действий и дерелаксацию реакций всей макросистемы.

Суть изобретения можно объяснить подробным описанием примера его осуществления со ссылкой на чертежи, где на фиг. 1 - схематически представлена технология и операционная система электростабилизационной подготовки воды в теплоэнергетических агрегатах «8.Е.Р.»©;

на фиг. 2 - приведен вариант коаксиальности и тангенциальности потоков воды в межэлектродных циклах и их аттракция в варианте спаренных электролизеров, а также при выполнении электродиализа с дроссельным микродиализом;

на фиг. 3 - режим переполюсовки (реверс полярностей);

на фиг. 4 - режим очищения бункеров;

на фиг. 5 - конструктивные особенности устройства электролизного блока и его параметры.

Технология реализации способа (фиг. 1) электростабилизационной противонакипной обработки воды включает блок 20 для питания и автоматического управления и контроля, реакторы 21 и 22 электролиза, электродиализа и микродиализа, отстойники 23 для шламов как продуктов очистки, пароводяной теплообменник 24, отводы 25 шламов в систему канализации и переработки, регулирующие дроссели 26 и 2, отводы для питьевой воды из водопровода Т1 и отвода воды горячего водообеспечения Т2.

Способ осуществляется таким образом. Вода из питьевого водопровода Т1 через дроссель 26 подается в первый реактор 21. Там вода подвергается дальнейшей электролизной и микродиализной обработке в коаксиальных щелях межэлектродных зазоров электрическим током, закручивается тангенциальными вводами потока воды, и с помощью конусного корпуса отстойника такой закрученный поток преобразуется в пульсирующее вертикальное термогравитационное состояние. Этим самым создаются условия для трибоэлектрического микродиализа совместно с поверхностностями анодов и катодными слоями, когда частицы и шламовые включения и отходы ускоряют в десятки раз в зону отстоя, там они оседают и отводятся каналами в канализацию или на переработку. Поток воды поступает из первого электролизного реактора 21 в подключенный к нему второй реактор 22. Там поток воды проходит аналогичный регламентный режим, который контролируется блоком 20. Потом очищенная таким способом вода подается в

- 4 012633 пароводяной теплообменник и не имеет накипьобразующих и коррозийных свойств, что позволяет эффективно использовать все тепло.

Модель дроссельной обработки воды с переводом ее в упругокапиллярную мелкодисперсную фазу базируется на квазитермодинамической концепции метастабильности такого состояния в периоды дерелаксации приобретенных свойств «магнитоэлектрической памяти» при действии электрических и магнитных полей. Такое состояние межэлектродных квазитермодинамических текстур формирует метастабильные квазистационарные фазы, а именно, модифицированное квантово-механическое микроиндуцирование и, как результат, усиливает «магнитоэлектрическую память» с очевидным по времени периодом дерелаксации. Модулирование таких текстур метастабильности есть особым инструментом при конструировании операционных систем абсолютно нового поколения. Таким образом, задача модулирования и фиксации «магнитоэлектрической памяти» в тепловых водных системах есть инструментом в созданном и заявленном способе безнакипной подготовки воды для теплоэнергетических систем, как достижение нового и высокого технического уровня.

Таким образом, существенными признаками объектов изобретений имеем «Способ..., и систему, которая его реализует», а именно, система включает коаксиальные электролизеры с отстойниками, блок электрического питания и контроля и подсистему подвода и отвода воды и отстоя, электролизеры выполнены спаренными и установлены над отстойниками, а устройства для подвода воды связаны с коаксиальными электродными щелями электролизеров тангенциально и с возможностью сообщения потокам воды вращательно-поступательного движения сверху вниз в первом по направлению движения реакторе электролизера и снизу вверх во втором электролизере, при этом соединены электролизеры между собой в зоне межэлектродных отверстий. При этом система в части подсистемы подводов и отводов воды дополнительно дополненная регулирующими дросселями, установленным на входе в первый коаксиальный электролизер и на входе в теплообменник системы.

То есть эта система реализует способ электростабилизационной противонакипной подготовки воды, которая состоит в том, что поток воды подают коаксиальному электродиализу стабилизационными токами, и в режиме периодического реверса полярностей, а поток воды дросселируют, при этом время анодно-катодной обработки превышает время катодно-анодной на порядок и большее, и ведется с учетом накипьформирующих и коррозийных свойств воды при ее дросселировании, нагревании или охлаждении, а оценку ведут по соответствующим индексам агрессивности, стабилизации и метастабильности.

В такой системе и ее подсистеме функционально увязаны операторы, которые выполняют электродиализ и микродиализ в режиме электроочистки воды и электродных поверхностей от накипьформирующих солей. Такой режим контролируется автоматикой инверторов и отображается на дисплее для периодического корректирования метастабильности процесса в фазах квазистационарности и квазитермодинамичности по показателю магнитоэлектрической памяти воды, которая циркулирует в теплообменниках.

Конструктивно модуль реакторов представляет собой конструкцию, состоящую из двух последовательно связанных металлических емкостей цилиндрической формы, внутри которых на изоляторах установлены цилиндрические графитовые аноды. На вводе в первый реактор байпасно установлен датчик расхода обрабатываемой воды.

Ввод и вывод воды, с целью закручивания потока, выполнен коаксиально, что способствует более интенсивной электрообработке.

В нижних частях реакторов имеются бункеры со сливными патрубками для сброса осажденных солей кальция, магния и железа. Графитовые аноды закреплены на фторопластовых изоляторах на фланцах, что позволяет производить их разборку и профилактическую очистку катодов.

Система питания и автоматического управления представляет собой единый блок, состоящий из двух независимых гальванически развязанных силовых инверторов с системами вентиляции для отвода тепла от силовых элементов. Инверторы имеют ручное и автоматическое управление. Инверторы обеспечивают питание реакторов стабилизированным напряжением и стабилизированным постоянным током.

Два четырехразрядных цифровых индикатора предназначены для контроля величин заданного тока или напряжения, подводимых к реакторам системы. Сетевое напряжение к инверторам поступает с блока контроля и защиты. Этот блок производит измерение и индикацию значений сетевого напряжения на трехразрядном цифровом светодиодном индикаторе. Если величина напряжения в сети ниже или выше запрограммированного значения, то питание инверторов на заданное время отключается до тех пор, пока значение сетевого напряжения не станет заданным, т. е. безопасным для инверторов.

Система питания снабжена восьмиразрядным счетчиком наработки часов, что обеспечивает контроль периодов профилактических работ очистки, продувки и замены анодов. Кроме ручного задания параметров тока и напряжения, в блоке управления предусмотрен автоматический режим работы, который в зависимости от величины расхода обрабатываемой воды задает величины токов реакторов пропорционально расходу. При отсутствии протока электролиз воды прекращается, а при появлении расхода токи реакторов задаются пропорционально заданной величине, что позволяет значительно экономить электроэнергию и износ. Расход индицируется линейным светодиодным индикатором от нуля до 100%, с

- 5 012633 шагом 10%. Модуль автоматической электроочистки катодов реакторов представляет собой цифровой задатчик времени. Цифровым кодом задается период времени между очистками катодов от 1 до 15 ч и длительность электроочистки от 1 до 15 мин. Время задается при наладке системы, основываясь на расчетах и с учетом химсостава обрабатываемой воды, расходов и параметров токов и напряжений реакторов. Для контроля задатчика времени в него введен режим «Турбо», который за короткое время позволяет убедиться в исправности этой системы. Кроме того, в блоке управления имеется необходимая индикация всех режимов работы и параметров системы.

Таким образом, компоновка операционной системы выполнена исходя из условий обеспечения реализации избирательного эффекта «Квазитермодинамический электролиз жидкостей под действием постоянного электрического поля».

К блоку контроля и защиты инверторов подводится сетевое напряжение. Параметры напряжения сети, минимальное и максимальное значения напряжения и время отключения заносятся в память микропроцессора. Если параметры питающего напряжения находятся в пределах заданного, то блок защиты подключает сеть к инверторам. Инверторы представляют собой мощные стабилизированные и управляемые вручную и автоматически источники питания. Сетевое напряжение выпрямляется, фильтруется и преобразуется шим-модулятором в полумостовых инверторах в частоту 60 кГц, а силовые ключи инверторов коммутируют импульсы тока в обмотке силовых трансформаторов.

На выходах трансформаторов установлены силовые вентили и фильтры. В инверторах осуществляется пропорциональное токовое управление и широтно-импульсное регулирование. Управление выходным напряжением осуществляется изменением длительности импульсов открытого состояния силовых ключей. Значения выходного напряжения и тока обрабатываются шим-контроллерами и системой регулирования, что позволяет раздельно задавать величину напряжения и тока, снимаемого с шунтов инверторов. Индикация тока и напряжения производится при помощи аналоговых цифровых преобразователей и двух четырехразрядных цифровых светодиодных индикаторов. На передних панелях инверторов установлены регуляторы ручного задания напряжения и тока, а также переключатели режимов работы и отображаемых параметров системы. Инверторы имеют защиту от коротких замыканий и обрыва нагрузки. Для отвода тепла от силовых элементов инверторов установлены осевые вентиляторы. Частота вращения вентиляторов пропорциональна нагрузке системы.

Датчик расхода представляет собой линейный расходомер, установленный байпасно на вводном патрубке. Увеличение расхода воды приводит к перемещению кольцевого магнита в направлении действия потока. Смещение магнита происходит пропорционально расходу. На наружной поверхности установлены датчики Холла и операционные усилители. Питание к датчикам расхода поступает от инверторов. Выходные напряжения датчиков расхода прямо пропорциональны расходу обрабатываемой воды и служат задающими для тока электролиза при дискретной смене (реверсе) катодных и анодных реакций и плазмохимической турбулентности или неустойчивости электродиализных деструкций очистительного и защитного свойства. Величина расхода отображается на дисплее блока управления линейным светодиодным индикатором. При индикации расхода от 0 до 100% с шагом 10% датчики расхода и силовые инверторы гальванически развязаны и разделены для обеспечения инвертирования полярности тока в режиме электроочистки катодов реакторов. Блок управления с автоматической электроочисткой состоит из управляемого задающего генератора, делителей частоты и счетчиков времени периодов между очистками и времени очистки. На время очистки катодов полярность выходного тока инвертируется. При этом на графитовые электроды генерируют минусы, а на корпус реакторов - плюсы источников тока (ионов, электронов и радикалов). Задание периодов времени между электроочисткой катодов от 1 до 15 ч и времени очистки от 1 до 15 мин производится переключателями на передней панели блока управления. Кроме того, имеется индикация режима электроочистки и отсчета времени. Для проверки работы введена ускоренная работа в режиме «Турбо». При этом частота задающего генератора увеличивается в десять и более раз.

Отсчет времени наработки часов осуществляется при работе системы электромеханическим восьмиразрядным счетчиком.

- 6 012633

Технические характеристики системы «8.Е.Р.»©

Наименование характеристик	Единица измерения	Параметр
напряжение питания	в	220+10-15%
потребляемая мощность не более	Вт	400
запрограммированные пороги защиты инверторов	В	180-245
время отключенного состояния	сек.	60
количество силовых инверторов	шт.	2
частота питающей сети	Гц	50
частота преобразования	кГц	60
выходное стабилизированное напряжение	В	5-15
выходной стабилизированный ток	А	0-10
максимальный расход	м3час.	50
шаг индикации расхода	%.	10
период электроочистки	час.	1-15
длительность электроочистки	мин.	1-15
площадь графитовых анодов	м2	0.75
количество реакторов	П1Т.	2
масса анодов	кг.	40
срок службы анодов при плотности тока 10А/м2	лет'	3
оптимальный ток каждого реактора	А	4.5-5
ориентировочное количество осажденных солей в бункерах реакторов в сутки	КГ.	0.3-0.5
длина соединительных кабелей	м.	5
масса блока управления не более	кг.	5

Порядок настройки системы «8.Е.Р.»©

После монтажа реакторов на объекте ведется регламентная проверка работы пяти задвижек - входной, выходной, байпасной и двух сливных. Ведется технологический подвод кабелей питания реакторов и расходомера. Ведется подключение разъемов к блоку управления и включение блока управления в сеть. Заполняются реакторы водой. При этом байпасная и сливная задвижки должны быть перекрыты, а входная и выходная задвижки реакторов - открыты. Необходимо убедиться в наличии протока обрабатываемой воды через реакторы.

После включения блока управления в сеть на индикаторе блока защиты инверторов высветится значение сетевого напряжения, если оно находится в рамках запрограммированного, через некоторое время, необходимое блоку защиты для анализа питающей сети, и, мигание индикатора напряжения сети прекратится, и блок защиты подаст напряжение на инверторы.

Если выключатель сети на блоке управления был включен, то засветятся индикаторы выходного напряжения или тока инверторов. Переключатель «ручной-автомат» перевести в положение ручной и установить выходное напряжение инверторов при помощи регуляторов напряжения в пределах 10-15 В, а ток в пределах 4,5-5 А. Произвести регулировку датчика расхода путем перемещения датчиков Холла относительно корпуса расходомера так, чтобы показания линейного индикатора расхода соответствовали максимальным показаниям при максимальном расходе обрабатываемой воды, а минимальные показания - минимальному расходу. При максимальном расходе воды выходные напряжения расходомеров должны находиться в пределах 4,5 В, а при отсутствии протока ~0,0 В. Произвести проверку задатчика времени автомата электроочистки катодов реакторов в ускоренном режиме, нажав кнопку «Турбо», при этом индикатор «счет» горит непрерывно. Для быстрой проверки переключатель времени установить в положение «1 час», а длительность 15 мин.

При этом через одну минуту произойдет смена полярности на электродах реакторов и загорится светодиод, индуцирующий режим очистки. При загорании светодиода «очистка» быстро нажать на

- 7 012633 кнопку «Турбо», при этом светодиод «счет» начнет мигать с частотой 2 Гц, а светодиод «очистка» с частотой 1 Гц. Убедившись в исправной работе, установить переключатели задатчиков в рекомендованных пределах.

Внимание! Интервалы времени должны быть даны изготовителем на основании расчетов. Частая и длительная электроочистка может привести к быстрому износу катодов реакторов за счет анодного растворения металла. Во время режима «электроочистка» производится смена полярности выходного напряжения инверторов, а отложения солей кальция, магния и железа интенсивно снимаются и подаются в бункеры реакторов. Отходы удаляются из бункеров при промывках каждые два-три дня путем открывания сливных задвижек и сброса отложений в канализацию. Время режимов электроочистки могжет быть скорректировано в небольших пределах по результатам проверок и чисток катодов механическим способом через 2-3месяца работы системы.

Величина токов реакторов в автоматическом режиме задается расходомером. При максимальном расходе воды выходные напряжения расходомера обоих инверторов лежат в пределах 4,5 В, а ток электролиза каждого реактора устанавливается механически отверткой под шлиц на регулировочных резисторах и верхней панели блока управления. Значительное падение заданного тока реакторов и произвольный переход инверторов из режима «стабилизации тока» в режим «стабилизации напряжения» при длительной работе системы может быть причиной износа графитовых анодов или большой толщиной отложений на катодах.

При работе системы в бункерах реакторов ежесуточно откладывается до 0,3-0,5 кг солей кальция, магния и железа.

Для удаления этих отложений каждые 2-3 дня следует производить продувку, открывать сливные задвижки и смывать отложения в канализацию. Каждые 2-3 месяца необходимо производить вскрытие реакторов, открутив болты на верхних фланцах реакторов. Осторожно извлекая графитовые электроды произвести механическую очистку катодов. При этом блок управления следует отключить от сети, открыть байпасную задвижку, а входную и выходную задвижки закрыть. При значительном износе графитовых анодов, когда их диаметр будет менее 50 мм, аноды следует заменить.

При работе системы стабилизационной обработки воды в автоматическом режиме никаких особых работ кроме промывки бункеров каждые два три дня выполнять не требуется. Оператор должен каждый день записывать в журнал параметры работы системы, напряжения и тока реакторов, так же как и значения установленных диапазонов и очередность электроочистки, расход в процентах. Кроме того, записываются дата и время смыва отложений и даты вскрытий и чисток катодов реакторов.

Блок-схема безреагентной электростабилизационной подготовки воды в режиме безнакипного электродиализа приведена в приложении.

Предлагаемые процессы происходят в бездиафрагменных электролизах с коаксиально расположенными электродами. (Катод - углеродистая сталь, анод - графит). Процесс базируется на электрощелевом микродиализе с оператором коаксиального щелевого типа, в котором формируется «Явление электрощелевой квазистационарный эффект».

В процессе микродиализа на электроды подается постоянный электрический ток. Катодная плотность тока колеблется в пределах 4,7-12,7 А/м². Вода в электролизеры подается тангенциально и коаксиально (в первом случае - сверху вниз, а во втором - снизу вверх и т.д.). В электролизерах катодная зона значительно больше анодной в отличие от известных плоских параллельных электродов, в которых граница катодной и анодной зон расположена в плоскости, а в предложенном способе - с ярко выраженной центральной зоной, от чего и зависит характер протекающих реакций и их усиление (квазистационарная супергравитация).

Под воздействием постоянного электрического тока, протекающего через водный раствор от внешнего источника с помощью электродов, между которыми циркулирует вода, в прикатодной зоне происходит подщелачивание воды в результате ее кислородной деполяризации с реакциями

а на аноде с реакциями:

Расстояние между катодами и анодом - зазор коаксиально расположенных электродов —30 мм, а катодная зона больше анодной, поэтому выделяющиеся ионы (Н⁺) не успевают подкислить среду и растворить образующиеся осадки солей.

В прикатодной зоне происходят следующие реакции:

ОН' + НСО/ Н₂О + СО?' + СО₂(3)

Са²⁺ + СО3²' * Са СО3(4)

Са²⁺ + 2ОН * Са(ОН)₂(5)

М§²⁺ + 2ОН М§(ОН)₂(6)

- 8 012633

В этом случае растворимость характеризуется параметрами:

Са СО₃ = 1,3· 1 О'⁴ моль/л = 0,01 Зг/л.(7)

М§СО₃ = 3,2·10'³ моль/л = 0,236г/л.(8)

Са(ОН)₂ (в виде СаО) - 0,1 г/100г (1г/л.)(9)

Мё(ОН>2 (в виде М₈О) = 240’³г/100г. (0,02г/л.)(10)

Так как самая низкая растворимость у [СаСО₃], (0,013 г/л), то в начале происходит образование (СаСО₃), а затем образуется [Мд(ОН)₂] и [Са(ОН)₂]. Однако [Мд(ОН)₂] образуется при рН>5,5. А соглас но данным химического анализа, осадки с катода характеризуются следующими параметрами:

СаСОЗ-17,5г/100л.(11)

Са (ОН)₂-25,6г/100л.(12) (ОН)₂ - 6,6г/100л.(13)

Ре(ОН)₃-0,154г/Ю0л.(14)

Следовательно, [рН] в прикатодной зоне формируется на уровне 8,5-9,0; т.е. создаются условия уменьшения пресыщения по группе [СаСО₃] (образования Са(ОН)₂ и СаСО₃).

Следовательно, кислород, выделяющийся на аноде, частично расходуется на связывание ионов |Те^{2, 02} Ре³⁺---► Ге(ОН)з) а частично кислород взаимодействует с графитом анода с образованием [СО₂] (при плотности тока >10А/м²)-[СО₂] и транзитом поступает в бойлеры, что способствует превращению образующихся ультрамикрозародышей [СаСО₃] в пристеночной области в растворимый фрагмент [Са(НСО₃)₂]. Частично [СО₂] растворяет и прежние отложения [СаСО₃] [СаСО₃+СО₂Са(НСО₃)₂]. Толщина отложений в первом аппарате меньше (~2 мм), чем во втором (~7-10 мм). По-видимому, образующиеся фрагменты [СаСО₃] и [Са(ОН)₂] в первом аппарате являются центром кристаллизации во втором аппарате, и, следовательно, каскад аппаратов с тангенциальным подводом воды будет усиливать эффект ее стабилизационной обработки. Такой процесс характеризуется «Явлением эстафетной электротермодинамической супергравитации», что приводит к метастабильности, и, следовательно, к квазистационарной активации.

Система предназначена для прерывистой электрохимической обработки потоков воды, проходящей через реакторы системы в режимах безнакипной подготовки. В состав системы входят модули реакторов, система питания и автоматического управления.

Модули реакторов базируются на последовательно сообщающихся цилиндрических емкостях, внутри которых на изоляторах установлены эквидистантно цилиндрические графитовые аноды. Первый реактор снабжен датчиком расхода обработанной воды, который смонтирован байпасно (подвижно от сопротивления воды). Вход и выход воды выполнены коаксиально и обеспечивают закрутку потоков с целью интенсификации электродиализной обработки, за счет усиления эффекта трибосопротивления.

Графитовые аноды закреплены при помощи фторопластовых изоляторов на соответствующих фланцах. Для сброса осадочных солей кальция, магния и железа реакторы снабжены сливными бункерами с патрубками.

Система снабжена подсистемами питания и управления, выполненными в виде двух независимых гальванических разобщенных силовых инверторов, имеющих системы вентиляции при отводе тепла от силовых элементов. Инверторы имеют ручное и автоматическое (дискретное) управление по питанию со стабилизированным управлением напряжения и стабилизированным постоянным током.

Реакторы системы снабжены двумя четырехразрядными цифровыми индикаторами контроля напряжения и тока. Также имеется блок контроля и защиты сетевого напряжения для периодического отключения и подключения в безопасном режиме инверторов.

Система питания оборудована восьмиразрядным счетчиком контроля режима очистки, продувки и замены графитовых анодов.

Автоматическая очистка катодов ведется под контролем цифровых кодов с периодом очистки катодов от 1 до 15 ч и длительности их периодов от 1 до 15 мин, с учетом состава обрабатываемой воды, ее расхода, параметров токов и напряжения в реакторах. Задатчик времени в режиме «Турбо» и блок управления имеют всю необходимую индикацию всех режимов и параметров системы.

Таким образом, предложенный способ подготовки воды для теплоэнергетики в сравнении с прототипом и аналогами имеет такие существенно весомые технико-экономические признаки:

разрешает исключить целый ряд операций: отстой, подкисление, катонирование, декарбонацию, барботацию;

свойства, которые получила вода после совместного электролиза и дроссельного микродиализа, характеризующие безнакипной режим работы теплоагрегатов, закрепляются на период по меньший мере 40 дней;

устройство и операционная система, с помощью которых можно обработать воду по предложенно

- 9 012633 му способу, могут работать как на постоянном токе, так и на высокочастотном и переменном; электроэнергия по предложенному способу расходуется в десятки раз меньше, чем в любом аналоге и прототипе;

отпадает необходимость использования химреактивов;

не требует дополнительных рабочих площадок, а именно, способ может быть реализован на действующих теплопунктах;

отпадает необходимость в утилизации отходов обработанной воды, так как не используется в технологическом процессе;

металлоемкость устройства и системоформирующих агрегатов для реализации заявляемого способа в 12-17 раз меньше, чем у любого из аналогов и прототипа;

плотность насыщения зарядом воды для выбранной пары электродов имеет теоретическую направленность и рассчитывается по формулам разработанной методики;

имеет способ контроля режимной составляющей, в том числе накипьформующих и коррозионных свойств при дроссельном микродиализе и электродиализе (электролизе).

Предложенная система реализуется в способе режимами электростабилизации противонакипной подготовки воды с помощью операторов, которые представлены последовательно на фиг. 2, 3 и 4.

На фиг. показаны: 1 - трубопровод подачи обрабатываемой воды; 2 - трубопровод подачи обработанной воды; 3, 4, 5, 6, 7 - задвижки; 8 - 1-й стальной реактор; 9 - 2-й стальной реактор; 10 - блок питания и управления; 11 - подача стабилизированного напряжения к анодам; 12 - подача стабилизированного напряжения к катодам; 13 - подача сигнала от датчика расхода; 14 - бункера для сбора осадка; 15 - 1-й графитовый анод; 16 - 2-й графитовый анод; 17 - катодные поверхности; 18 - осадок; 19 - направление движения воды.

Режимность регламента электростабилизации осуществляется в такой последовательности.

Во всех режимах работы задвижка 3 закрыта. Она открывается, а задвижки 4, 5 закрываются только во время проведения профилактических работ на реакторах.

Режим электролиза

Обрабатываемая вода поступает в 1-й реактор 8, при этом датчик расхода 13 подает сигнал на блок управления, пропорциональный расходу воды, служащий заданием тока электролиза (0,18 - 0,2 А/м²ч).

Автоматическое регулирование позволяет оптимизировать потребление электрической энергии и минимизировать расход графитовых анодов 15, 16.

Коаксиально поданная обрабатываемая вода омывает анод 15 реактора 8 и коаксиально подается в реактор 9, где, поднимаясь по восходящей спирали, омывает анод 16.

Протекающие во время этого движения электрохимические реакции осаждают на катодной поверхности 17 высокодисперсные частицы карбонатов кальция, магния, солей железа, а растворенный в воде кислород взаимодействует с графитовыми анодами 15, 16.

Режим переполюсовки

Режим переполюсовки устанавливается автоматически с помощью управляемого задающего генератора делителей частоты и счетчиков времени периодов между очистками и времени очистки блока 10. На время очистки катодов полярность выходного тока конвертируется, при этом на графитовые электроды 15, 16 поступают минусы, а на корпус реакторов 17 плюсы источника тока.

Во время переполюсовки образовавшийся во время электролиза на катодных поверхностях 17 осадок 18 осаждается в бункерах для сбора осадка 14.

Задание периодов времени между переполюсовками и времени переполюсовки зависит от расхода и характеристик воды.

Так, при расходе воды 100 м³/ч и жесткости около 8 мг-экв/л, режим переполюсовки через три часа с длительностью 10 мин позволяет работать без очистки реакторов в течение года.

Режим очистки бункеров

Очистка бункеров от осадка 18 производится 2-3 раза в неделю путем открытия вентилей 6, 7 на 3050 с.

Операционная система электростабилизации воды включает: 1 - трубопровод подачи обрабатываемой воды; 2 - трубопровод подачи обработанной воды; 3, 4, 5, 6, 7 - задвижки; 8 - 1-й стальной реактор; 9 - 2-й стальной реактор; 10 - блок питания и управления; 11 - подача стабилизированного напряжения к анодам; 12 - подача стабилизированного напряжения к катодам; 13 - подача сигнала от датчика расхода; 14 - бункера для сбора осадка; 15 - 1-й графитовый анод; 16 - 2-й графитовый анод; 17 - катодные поверхности; 18 - осадок; 19 - направление движения воды.

Анализ эффективности работы комплекса электростабилизационной обработки воды

Система разработана для осуществления безнакипного режима работы теплотехнического оборудования.

Растворенные в воде соли Са, Мд и Ре являются основными накипьобразователями. Жесткая вода характеризуется значительной концентрацией этих катионов. Для нашего региона жесткость сырой воды составляет 6-8 мг-экв/л, а это значит, что в пересчете на соли Са, Мд и Ре эта величина составляет уже

- 10 012633 сотни мг/л. При производстве горячей воды эта вода поступает в теплообменник, контактируя с нагретой до высокой температуры теплообменной поверхностью, происходит интенсивное образование кристаллов этих солей (затравочных кристаллов), их рост и прикипание к поверхностям теплообмена.

В системах отопления для обеспечения безнакипного режима котлов широко используются системы ХВО (химической обработки воды), чаще всего это натрий-катионирование. В этих системах водоподготовки производится замещение солей Са и Мд на ионообменных поверхностях (сульфоуголь, ионно-обменные соли и т.д.) солями №1С1. Такая водоподготовка хорошо себя зарекомендовала, но она не лишена известных недостатков. Процесс обработки воды в ХВО - циклический. На первой стадии - разрыхление ионообменной смолы противотоком воды, на второй стадии - восстановление ионообменной способности смолы раствором соли №1С1 (регенерация), далее следует процесс умягчения и промывки смолы. Расходными материалами являются не только гранулы №1С1. но и ионообменная смола, которая не только уносится при работе ХВО, но истощается, теряя ионообменную способность. Эта технология пригодна для водоподготовки котловой воды, но не пригодна для горячего водоснабжения. Следовательно, имеет узкую область применения.

Для безнакипного режима работы теплообменников, работающих на сырой сетевой воде, применима только электрохимическая стабилизационная обработка воды. Альтернативы данной безреагентной водоподготовке на сегодняшний день нет.

Разработанная стабилизационная система обработки воды предназначена для обеспечения безнакипного режима работы теплотехнического оборудования, как для систем горячего водоснабжения, так и для оборотного цикла котельного оборудования. Область применения расширяется, а эффект растет пропорционально объему использования.

Система состоит из реакторов, представляющих собой цилиндрические емкости с отстойниками в нижней части реакторов, изготовленных из стальных труб и изолированных от корпуса графитовых анодов, закрепленных на изоляторах внутри этих емкостей. Для интенсификации процессов обработки воды обрабатываемая вода поступает в верхнюю часть первого реактора, причем подвод воды в реактор и вывод ее из нижней части первого реактора производится тангенциально. При этом поток обрабатываемой воды вращается и диспергируется многократно вокруг анода, что способствует более полному и качественному процессу обработки воды. Второй реактор аналогичен первому, но вода в нем закрученным потоком поступает снизу и выходит в верхней части второго реактора. Корпус реактора является катодом, анодами при антинакипной обработке являются графитовые стержни. Неотъемлемой частью данной системы является электронный блок управления, представляющий собой управляемый стабилизированный источник постоянного тока. Этот силовой источник тока выполнен на базе реверсивного тиристорного, гальванически развязанного от сети и заземления стабилизатора тока с фазовым управлением.

В состав электронного блока входят следующие узлы питания, управления и контроля.

1. Контроллер сети, обеспечивающий измерение сетевого (питающего) напряжения, проверку его величины по заранее запрограммированным значениям Итш и Итах, в рамках которых обеспечивается безопасная работа электронного блока. Если питающее напряжение сети находится в пределах 220±15%, то после процесса измерения (время измерения также программируется) производится подача напряжения на силовой трансформатор тиристорного реверсивного стабилизатора тока с полной гальванической развязкой от сети и земли (корпуса). Одновременно питание подводится к системе управления остальных узлов электронного блока.

2. Блок импульсно-фазового управления предназначен для формирования открывающих импульсов силовых тиристоров для обеспечения требуемых углов отпирания относительно моментов времени перехода сетевого напряжения через ноль (синхроимпульсы). Генератор пилообразного напряжения (ГПН) синхронизирован этими импульсами.

3. Система регулирования служит для выработки сигнала рассогласования между заданной величиной тока и фактической величиной, которая снимается с шунта. Шунт включен последовательно с нагрузкой (реакторами). Напряжение, снимаемое с шунта, пропорционально истинной величине тока. Пропорционально-интегральный регулятор усиливает разницу между заданными «в ручную» или «автоматически» параметрами по фактическому расходу воды. Компаратор с узлом формирования импульсов управления силовыми тиристорами сравнивает значение этого рассогласования с синхронизированным сетью напряжением ГПН генератора пилообразного напряжения и в соответствующий (требуемый) момент времени опрокидывается и вырабатывает импульсы управления тиристорами.

Причем чем позже от момента перехода сетевого напряжения через ноль сформируется открывающий тиристор импульс, тем меньшая величина тока поступает в реактор (нагрузку), и наоборот.

4. Блок измерения и индикации представляет собой АЦП (аналого-цифровой преобразователь) с выходом на цифровые светодиодные индикаторы. На индикаторе, по выбору, может отображаться значение тока в амперах «А» или напряжение на электродах реактора «В» в вольтах.

5. Блок реверсирования (смены полярности) электрического тока предназначен для электроочистки катодов реакторов от накопившихся за время электролиза воды отложений солей жесткости. Этот блок представляет собой мощный силовой переключатель.

6. Узел формирования временных интервалов представляет собой цифровой счетчик периодов ме

- 11 012633 жду очисткой катодов и задатчик времени электроочистки. Временные параметры стабилизированы и задаются в двоичном коде при помощи переключателей, установленных на панели управления. Узел снабжен индикацией режимов работы. Этот узел управляет блоком реверсирования преобразователя.

7. Узел счетчика времени наработки часов электронного блока представляет собой кварцевый счетчик времени работы системы от момента включения, что позволяет произвести контроль периодов времени для промывок реакторов, очистки катодов и т.д.

8. Расходомер, установленный на входе воды в реактор (включен байпасно), служит для работы системы в автоматическом режиме задания тока электрообработки воды. Расходомер формирует импульсы напряжения пропорциональные фактическому расходу обрабатываемой воды. При отсутствии расхода обработки воды не производится, при малых значениях расхода, соответственно, задаются низкие значения тока реакторов. Регулирование тока реакторов, пропорциональное расходу, обеспечивает значительную экономию электроэнергии, а самое главное - срока службы графитовых анодов. Срок службы анодов при переменных расходах продляется с 2-3 лет до 4-5 лет.

9. Узел обработки расхода представляет собой преобразователь частота-напряжение. Служит для калибровки расходомера и выработки напряжения задания тока стабилизации системы фазового управления электронного блока. Узел снабжен линейным цифровым светодиодным индикатором. Индикатор проградуирован от 0 до 100% с шагом 10% расхода.

Некоторые особенности предложенной системы и обоснование технических решений, примененных в технологии электростабилизационной противонакипной подготовки воды.

Основные причины накипьобразования - это нагрев и испарение воды и нарушения равновесия углекислотно-карбонатной системы из-за нагрева и из-за удаления СО из воды. Следствием этого явления является рост солей жесткости, солей карбонатов и сульфатов натрия и магния, гидроокисей магния и железа. Часть солей кристаллизуется на поверхностях теплообмена и образует первичную накипь. Другая часть кристаллов образуется в объеме воды и может вызывать вторичную накипь в оборотных системах (котельное оборудование).

Факторы, обуславливающие отложение накипи, - это тепловые потоки, а также наличие на стенках поверхностей нагрева шероховатостей, наличие газовых пузырьков и твердых взвесей шлама. Данная проблема решается коагуляцией накипьобразователей (зарождение и рост кристаллов) солей жесткости Са, Мд, Ре при пропускании электрического тока через обрабатываемую воду в щелях электролизной установки реакторов, которая подвергается микродиализу.

Положительные результаты достигаются при жесткости воды до 11 мг-экв/л (общей жесткостью до 22 мг-экв/л), при температуре до 80°С и содержании железа до 1 мг/дм³.

Применение деаэрационных установок не обязательно, т.к. растворенный в воде кислород и атомарный, выделяемый на поверхности графитовых анодов в двойном электрическом слое при работе системы, приводят к реакции горения углерода (графита) по простейшей реакции О²+С=СО₂, а это не только способствует удалению кислорода из обрабатываемой воды, что исключает кислородную коррозию поверхностей теплообмена, но и генерацию минеральной углекислоты, которая играет важную роль не только в генерации затравочных кристаллов солей жесткости, но и очистке ранее имевшейся накипи за счет ее растворения. В результате электролиза природной воды, содержащей хлорид-ионы, образуются бактерицидные хлорид-агенты: гипохлориты, хлорноватистые кислоты, которые взаимодействуя с аммиаком и аммиачными солями, образуют хлорамины, которые также обладают обеззараживающим действием.

Практические исследования показали, что для эффективной работы системы достаточно и необходимо следующее.

Обработка воды в реакторах должна производиться стабильным током. Величина тока должна быть -10 А/м² на графитовом аноде.

Оптимальная величина межэлектродного промежутка реактора -30 мм. Площадь анодов для производительности 100 м³/ч - до 2 м² графитового анода. Расчетное значение солей накипьобразователей при жесткости воды до 7 мг-экв/л, отлагающееся на катодах реакторов - от 0,6 до 1 кг в реакторе из 2-х камер. Ориентировочно каждые сутки на катодах реакторов будет отлагаться до 1 кг солей.

Запас бункеров реакторов не столь велик, поэтому без режима инвертирования полярности (электроочистки катодов аппарата) необходимость в механической очистке от солей катодов будет возникать 2-3 раза в неделю. Поэтому гораздо целесообразнее вести периодическую электроочистку катодов реакторов реверсированием (инвертированием полярности) источника тока, в режиме щелевого диспергирования и закрутки восходящих и нисходящих потоков в межэлектродных щелях, с обеспечением режимов квазитермодинамической метастабильности и электростабилизации.

Назначение стабилизированного источника тока.

Проводимость воды в значительной степени зависит от количества растворенных в воде солей, температуры воды и химического состава солей. Учитывая это, стабильность электрохимической обработки воды может быть обеспечена только при стабильном токе электрообработки сетевой воды.

Управление током электролиза воды прямо пропорционально расходу и обеспечивает эффективную

- 12 012633 электрообработку при изменении расхода, при этом сохраняется эффективность обработки и должная защита теплообменного оборудования. Тангенциальный и дроссельный подвод и вывод обрабатываемой воды необходим для качественной обработки, т.к. увеличивается не только качество обработки воды, но и за счет закручивания потока жидкости и за счет центробежной силы ускоряется процесс переноса кристаллов солей накипьобразователей на катоды реакторов. При этом вектор силы направлен в том же направлении, что и силы переноса катионов солей жесткости Са, Мд и Ре, которые имеют направление движения от анода аппарата к катоду, но за счет центробежной силы в результате коаксиального (закручивающего) потока ускоряются и значительно ранее достигают поверхности катодов реакторов. При этом достигается значительная интенсификация процесса электроосаждения солей жесткости на катоды реакторов, так как щелевое дросселирование и закрутка потоков падения и подъема обеспечивают термогравитационную активацию всех реакций электростабилизации.

Электростабилизация - это явление электрохимического управления преобразованием электронных оболочек молекул в режимах квазистационарности и квазитермодинамичности.

Учитывая круглосуточную работу системы обработки воды, возникают сложности с обеспечением высокой надежности системы в целом. При всем этом, как правило, питание электронного блока должно осуществляться от сети с параметрами, выходящими за рамки нормативных. Перенапряжения, возникающие при управлении сетевых и пр. насосов, характер которых, как правило, индуктивный, доходит до значений, далеко не безопасных. Перенапряжения достигают единиц и десятков кВ. Использование инверторов на полевых и ИЖБТ-трансформаторах не может обеспечить надлежащей надежности, поэтому система должна иметь, как минимум, 3-кратный запас по токам и, как минимум, 10-кратный запас по перенапряжениям в условиях работы в промышленных условиях.

Конструктивные особенности устройства электролизного блока и его параметры приведены на фиг. 5, из которого видны основные функциональные действия восходящих и нисходящих потоков воды в режиме вращательного и поступательного движения, когда реализуется главное свойство термогравитации. А именно, усиление суперпозиции квазистационарности и квазитермодинамичности в режиме метастабильности, обусловленное вынужденным поглощением упруго-дисперсионной средой баллоэлектрических компонент электрохимических реакций, которые способны избирательно деструктурировать электронные оболочки молекул солей, как на их удержание, так и на разрушение, соответственно при анодно-катодном и катодно-анодном режимах, а, следовательно, как следствие, периодически солевые и накипьобразующие компоненты отправляют в осадок, а именно, в бункерные отсеки электролизеров, когда электронный блок подает сигнал на реверс полярностей. Данному устройству достаточно нескольких минут, чтобы разрушить электролизный продукт в рыхлый компонент и сообщить ему ускорение на осаждение. Такое свойство вытекает из явления вакуумакустической активации в жидкостных системах акустощелевого и электрощелевого свойства, под действием сканирующих физических и вакуумакустических полей в режиме дросселирования и диспергирования. Обусловлено это явление эстафетной кроссмодуляцией микроволн СВЧ, посредством пересекающихся дифрагирующих и суперпозирующих микроволн и волн электрозвука сжатия и разряжения, деструктирующих межщелевое пространство в активную и подвижно-сканирующую упруго-дисперсионную макротекстуру квантово-механического и плазмохимического свойства.

На фиг. 6 и 7 показаны сечения тангенциального ввода, спаривания и вывода потоков воды в режиме потокопадов и потокоподъемов. Особенностью такого исполнения является обеспечение режимов термогравитации всей термодинамической системы. Проставленные на фигурах параметры являются необходимым условием реализации таких режимов. Кроме этого эти особенности указывают на специфику совмещения электролиза и микродиализа в системе электромикродиализа.

Все перечисленные выше режимы реализации способа, системы и устройства обеспечиваются электронным блоком, схема которого приведена на фиг. 8, и характеризует собой компактное устройство, содержащее электронные операторы управления.

Кроме этого, электроды выполнены в различных вариантах применительно к особенностям водоподготовки, а именно снабжены регулярным рельефом в виде ячеек или спиралей. Конструктивно электроды в отдельных вариантах могут быть армированы специальной сеткой или решеткой со стекателями сигналов и микрополей, а именно электрозвука, гиперзвука, ультразвука или инфразвука, при помощи которых усиливаются электрохимические и микродиализные реакции.

Claims (9)

1. Способ электростабилизационной противонакипной подготовки воды, в котором обрабатываемый поток воды подвергают коаксиальному электродиализу стабилизационными электрическими токами, отличающийся тем, что поток подают в первый электролизер, где его закручивают в межэлектродных щелях и направляют вниз, затем через соединение в зоне межэлектродных отверстий поток подают во второй электролизер, где его закручивают в межэлектродных щелях и направляют вверх, причем электродиализ ведут в режиме катодно-анодной и анодно-катодной переполюсовки, при этом время обработки составляет 1-15 ч, а время катодно-анодной обработки 10-15 мин.

- 13 012633

2. Способ подготовки по п.1, отличающийся тем, что электродиализ сопровождается микродиализом, который ведется в режиме дроссельного дисперсного дробления до мелкодисперсной фазы, а именно до противонакипного и противокоррозионного состояния, например до фракции 2,5-5 и 10-20 мкм.

3. Способ подготовки по п.2, отличающийся тем, что поток дросселируют перед подачей к первому электролизеру и на выходе из второго электролизера.

4. Способ подготовки по п.1, отличающийся тем, что ее проводят в автоматическом режиме, который осуществляют с помощью обеспечения программными средствами блока управления, способного производить оценку накипьобразующих и коррозионных свойств воды при ее дросселировании, нагреве или охлаждении по соответствующим индексам агрессивности, стабилизации и метастабильности.

5. Система электростабилизационной противонакипной подготовки воды, содержащая коаксиальные электролизеры с отстойниками, блок электрического питания и контроля и подсистему подвода и отвода воды и отстоя, отличающаяся тем, что электролизеры выполнены спаренными и установлены над отстойниками, а устройства для подвода и отвода воды связаны с коаксиальными электродными щелями электролизеров тангенциально и с возможностью сообщения потокам воды вращательнопоступательного движения сверху вниз в первом по направлению движения реакторе электролизера и снизу вверх во втором электролизере, при этом соединены электролизеры между собой в зоне межэлектродных отверстий, при этом система в области подсистемы подвода и отвода воды дополнительно обеспечена регулирующими дросселями, установленными на входе в первый коаксиальный электролизер и на входе в теплообменник системы.

6. Установка электролизной стабилизационной и противонакипной подготовки воды для тепловых сетей, которая содержит электролизеры, изготовленные в виде центрального цилиндрического электрода-анода и охватывающего его коаксиально периферического электрода-катода с созданием щелевых электролизных реакторов, входные и выходные водоводы с регулирующей подачу воды аппаратурой и бункеры для сбора электролизного осадка с реакторов при реверсе полярности на электродах, отличающаяся тем, что реакторы электролизеров соединены в зоне межэлектродных отверстий между собой попарно над бункерами, а водоводы электролизеров соединены тангенциально с щелевыми камерами реакторов и выполнены с возможностью формирования вращательно-поступательных нисходящих и восходящих потоков, соответственно в первом по ходу движения электролизере - нисходящий поток и во втором - восходящий.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что она снабжена регулированными заслонками с дросселями, установленными на водоводах, в основном на входе потока воды.

8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что она снабжена электронным блоком формирования высокочастотных импульсов пилообразного вида для питания электродов и образования микроволнового фона в щелях электролизных реакторов, в том числе и при реверсе полярности.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что электронный блок снабжен программой образования микроволнового вакуум-акустического поля на фоне электролизных щелевых реакций электрохимического квазистационарного или квазитермодинамического происхождения как операторов активации жидкостной системы и формирования «магнитоэлектрической памяти» в воде, которая поступает в тепловую сеть.