Применение биотехнологий «БОНАКА» для водно-химических очисток котлов-утилизаторов ПГУ

Д. П. Кузнецов, Е. Ю. Левина – ООО «БОНАКА», Краснодар

 Вопрос выбора технологии водно-химической очистки встает перед эксплуатирующей организацией с момента завершения монтажных работ, начала пусковых операций на вновь смонтированном котельном оборудовании и в течение всего жизненного цикла агрегата. Предлагаемая технология биологической очистки «Бонака» отличается от существующих решений как качественным составом используемого реагента БиЗ-1, так и характером выполняемых операций.

 Перед началом пусковых операций необходимо удалить заводские смазочные материалы и продукты коррозии. Удельная загрязненность труб до предпусковой очистки может находиться в пределах от 55 до 200 г/м². Дальнейшая эксплуатация котельного оборудования также сопряжена с необходимостью периодической очистки внутренних поверхностей нагрева от образовавшихся отложений. Согласно нормативно-технической документации, предельные количества отложений на внутренних поверхностях нагрева экранных труб барабанных котлов, работающих на газообразном и жидком топливе, в зависимости от рабочего давления котла составляют от 400 до 800 г/м². Химические методы удаления отложений хорошо известны, применяются на протяжении многих десятилетий и различаются составом применяемых реагентов, направленных на удаление отложений определенного типа. Технология биологической очистки «Бонака» отличается от существующих решений как качественным составом используемого реагента БиЗ-1, так и характером выполняемых операций. Основа технологии – штаммы молочнокислых бактерий, которые впервые были выделены и модифицированы в 80-х годах ХХ века советскими учеными. В существующем виде технология примененяется с 2003 г. На сегодняшний день разработан ряд штаммов, позволяющих качественно проводить очистку энергетических котлов ТЭС, теплообменного оборудования, а также паровых и водогрейных котлов предприятий теплоснабжения.

Фото 1. Технология биологической очистки теплообменных поверхностей «Бонака»

Принцип работы технологии биологической очистки «Бонака»

В основе технологии биологической очистки «Бонака» заложена биокомпозиция БиЗ-1. По своей сути БиЗ-1 – продукт жизнедеятельности модифицированных молочнокислых бактерий. Процесс производства этого продукта осуществляется при участии культур микроорганизмов, питательной среды, аппаратуры для выращивания и проведения вспомогательных операций, средств контроля и управления.

Ферменты микроорганизмов, выступая в роли катализаторов, активируют процесс брожения молочного сахара, в результате которого образуются продукты распада субстрата; при этом в среду выделяются продукты жизнедеятельности микроорганизмов (метаболиты), обладающие уникальными свойствами. С одной стороны, метаболиты, избирательно вступая в реакции с соединениями, входящими в состав отложений, разрушают их, а продукты распада в последующем вымываются водой. С другой – наличие в штаммовом составе биокомпозиции вязких микроорганизмов и элементов (экзополисахариды, гликопептиды, амины, уроновые кислоты) способствует образованию на очищенной поверхности гидрофобной пленки, которая снижает скорость образования новых отложений.

Высокая очищающая эффективность биокомпозиции обусловлена тем, что она содержит органические соединения – метаболиты (муравьиная, щавелевая, лимонная, молочная и иные кислоты). Кроме того, в процессе ферментации (сбраживания) молочной сыворотки или ее компонентов происходит снижение окислительно-восстановительного потенциала и увеличение восстанавливающей способности системы, что приводит к структурному изменению составляющих компонентов отложений.

Биокомпозиция БиЗ-1 пассивна к материалам очищаемых поверхностей, экологически безопасна и может быть утилизирована без предварительной обработки.

Организация процесса очистки

Для каждого объекта, на котором планируется биотехнологическая очистка, специализированной лабораторией разрабатывается регламент проведения, определяющий модификацию штамма биокомпозиции, его концентрацию и ориентировочное время проведения очистки.

Очистка проводится методом циркуляции. Возможность создания замкнутого контура является одним из основных критериев проведения очистки с использованием биокомпозиции БиЗ-1. Кроме того, для сокращения времени проведения очистки и повышения ее эффективности необходимо поддерживать температуру рабочего раствора согласно регламенту проведения очистки .

Применение специального, химически стойкого оборудования не требуется.

Процесс очистки контролируется периодическим определением водородного показателя (pH) в промывающем растворе. Активное удаление отложений происходит при значениях pH в диапазоне от 1 до 4.

После завершения очистки с использованием биокомпозиции БиЗ-1 очищаемое оборудование промывается водой до осветления воды на сбросе и достижения значения pH 6–7.

 Преимущества и недостатки биотехнологии «Бонака» по сравнению с альтернативными методами очистки

 Основное преимущество биотехнологии «Бонака» – возможность выбора штамма, разработанного специально под тот или иной тип отложений. Всего выведено около 40 штаммов, позволяющих бороться практически с любыми отложениями в котлах. Перед началом работ обязательным условием является проведение лабораторных исследований с целью подбора модификации и концентрации штамма биокомпозиции БиЗ-1. Это условие позволяет получить высокую эффективность очистки, спрогнозировать ее результат до начала работ и свести к минимуму финансовые риски потенциального заказчика.

К преимуществам биокомпозиции БиЗ-1 также относится возможность утилизации отработанного раствора в хозяйственно-бытовую канализацию. Помимо такого положительного момента, как отсутствие негативного воздействия на окружающую среду, это свойство биокомпозиции БиЗ-1 позволяет сократить общее время работ и сэкономить средства на утилизационных мероприятиях. Биокомпозиция БиЗ-1 безопасна для человека и окружающей среды.

Необходимо, кроме того, отметить, что БиЗ-1 пассивна к материалам подвергающихся очистке поверхностей нагрева. Отсутствие воздействия на структуру металла промываемых труб котла снимает риски их повреждения и снижения эксплуатационного ресурса.

Из недостатков применения биокомпозиции следует отметить следующее:

• проведение очистки невозможно без участия обученного компанией-производителем персонала (связано со спецификой применения биокомпозиции БиЗ-1);
• временные затраты на подбор штамма в лаборатории компании-производителя (в отдельных случаях до 10 рабочих дней);
• в случае высокой удельной загрязненности промываемого оборудования (предельно допустимая норма и выше) увеличенное по сравнению с очисткой химическими реагентами время проведения работ по очистке.

Применение биотехнологии «Бонака» для очистки котлов-утилизаторов

 При эксплуатации котлов-утилизаторов коррозионные воздействия различного типа являются причиной образования отложений на поверхностях нагрева котла. Благодаря пассивному воздействию биокомпозиции БиЗ-1 на конструктивные элементы котла-утилизатора появляется возможность очистки его отдельных поверхностей нагрева без существенных материальных затрат на монтаж временных схем.

Экономическая оценка целесообразности применения биотехнологии «Бонака» для промывки оборудования

При высокой удельной загрязненности котлов-утилизаторов, что особенно характерно для водогрейных КУ, стоимость готового промывочного раствора биокомпозиции БиЗ-1 сопоставима со стоимостью применяемых для очистки оборудования высококачественных ингибированных химических реагентов (табл. 1). Кроме того, отсутствие затрат на утилизацию биокомпозиции БиЗ-1 существенно снижает стоимость работ.

При средней и малой удельной загрязненности использование биокомпозиции БиЗ-1 позволит сэкономить порядка 10–15 % стоимости путем применения «упрощенных» штаммовых составов биокомпозиции БиЗ-1.

Таблица 1

Стоимость 1 куб. м готового промывочного раствора различных реагентов, руб.

Реагент	Степень удельных загрязнений
	высокая	средняя
Биокомпозиция БиЗ-1	52500	37500
Высококачественный ингибированный химический реагент	50600	42500
Промывочный раствор, приготовленный на объекте на основе неорганической кислоты	10000	8000

Стоимость промывочных растворов, приготовленных непосредственно на объекте из концентрированных неорганических кислот, значительно ниже стоимости как композиции БиЗ-1, так и промывочных растворов, изготовленных из высококачественных ингибированных химических реагентов. Однако из-за высокой коррозионной активности по отношению к конструкционным материалам применение таких промывочных растворов может привести к повреждению оборудования.

Примеры выполненных работ

 Рассмотрим очистку парового котла БКЗ-75-39 ГМА и жаротрубного котла КВГ-400.

После вырезки и обработки образцов экранных труб котла БКЗ-75-39 было определено, что их удельная загрязненность превысила предельную норму 800 г/м². Состав отложений – железоокисный. В лабораторных условиях образцы были погружены в растворы, состоящие из разных штаммов биокомпозиции БиЗ-1, с целью подбора необходимого штамма и расчета концентрации промывочного раствора. По результатам испытаний был определен оптимальный штамм и рассчитана концентрация промывочного раствора. После промывки удельная загрязненность контрольных образцов составила 60 г/м² (по нормативу не должна превышать 70 г/м²).

На фото 2 зафиксировано состояние внутренних поверхностей нагрева котла БКЗ-75-39 ГМА до и после очистки.

Фото 2. Состояние внутренних поверхностей нагрева котла БКЗ-75-39 ГМА до (а) и после очистки (б)

Подбор наиболее эффективного штамма биокомпозиции БиЗ-1 для очистки межтрубного пространства котла КВГ-400 производился на основе данных, полученных по итогам исследования образцов, взятых с указанного оборудования.

Удельная загрязненность превысила предельную норму 1000 г/м². Состав отложений – смешанный (CaSO₄, карбонаты кальция и магния). На основе первичной информации был составлен перечень штаммов, способных к удалению отложений. Из расширенного списка были определены наиболее эффективные штаммы биоорганической композиции БиЗ-1 и их концентрация в рабочем растворе. По итогам лабораторных испытаний составлен регламент проведения работ по очистке с указанием температурного режима, времени и количества этапов очистки.

К началу проведения работ очищаемое оборудование было полностью выведено из работы. Для приготовления рабочего раствора БиЗ-1 обеспечен подвод воды. Нагрев рабочего раствора производился с помощью котловой горелки. В целях организации процесса удаления отработавшего рабочего раствора биокомпозиции БиЗ-1 оборудовано место подключения к системе общего водоотведения.

После промывки удельная загрязненность контрольных образцов была ниже 70 г/м². В табл. 2 приведены данные по давлению до и после очистки, определено гидравлическое сопротивление котлоагрегата.

Таблица 2

Данные по давлению до и после очистки, гидравлическому сопротивлению котла

Место измерения и фиксации данных	Давление, бар
	до очистки	после очистки	Δ
На входе нагреваемого теплоносителя	4,2	4,2	0
На выходе нагреваемого теплоносителя	3,2	3,9	0,7

 Выводы

Биотехнология «Бонака» – один из самых современных и эффективных методов очистки внутренних поверхностей нагрева котлов. Эффективность очистки соответствует критериям, предъявляемым руководящей и научно-технической документацией к работам подобного вида

Стоимость выполнения работ находится на конкурентоспособном уровне с аналогичными технологиями, основанными на использовании химических реагентов.

На сегодняшний день технология «Бонака» является с точки зрения воздействия на конструкционные материалы самым безопасным способом очистки теплоэнергетического оборудования, выполненного как из стали, так и из цветных металлов. Используемая в ходе очистки биокомпозиция БиЗ-1 в силу биологической основы имеет неоспоримое преимущество перед другими средствами в части соблюдения требований экологии.

Литература

1. Гулий О. И. Методы получения промышленных штаммов микроорганизмов: метод указания по выполнению лабораторных работ для направления подготовки 240700.62 Биотехнология / ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2016. – 35 с.
2. Жилин В. Термодинамический способ защиты оборудования систем теплоснабжения от коррозии и отложений / В. Жилин, Д. Ильин // Энергетика и ТЭК. – Минск, 2010.
3. Жданов, О. В. Накипь и проблемы теплоэнергетики / О.В. Жданов // Новости теплоснабжения. – 2006. – № 4 (68).
4. Зимняков, А.М. Анализ химических отложений теплового оборудования и способы их очистки / А. М. Зимняков, Р. В. Наумов // Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. – 2010. – № 17.