Водоподготовительные установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В курсовом проекте излагается основные сведения о качестве питательной воды, способах обработки воды, предназначаемой для питания котлов, а так же описываются применение для этой цели конструкции аппаратов и схем наиболее распространенных водоподготовительных установок.

1. Характеристики природной воды

вода ионообменный фильтрование котел

Источниками водоснабжения для питания котлов являются пруды, реки, озера, используются также грунтовые или артезианские воды, вода из городского или поселкового водопровода. В составе природных вод имеются механические примеси минерального или органического происхождения, растворенные химические вещества и газы, поэтому без предварительной очистки природные воды непригодны для питания котлов.

Воду, используемую в паровых и водогрейных котлах, в зависимости от участка технологической цепи, на котором она используется, называют по-разному. Так, вода поступающая в котельную или ТЭЦ от возможных источников водоснабжения, называют исходной, или сырой, водой. Как правило эта вода требует предварительной химической подготовки перед использованием ее для котлов.

Вода, поступающая для питания котлов, называется питательной. Вода, подаваемая для восполнения потерь пара или расходов воды в тепловых сетях, называется подпиточной. Воду, находящуюся в испарительной системе котла, называют котловой. Для использования воды в котловом хозяйстве нужно следовать нормам качества воды.

Качество воды для питания котельной характеризуется прозрачностью (содержанием взвешенных веществ), сухим остатком, жесткостью, щелочностью, окисляемостью.

К взвешенным частицам относятся механические примеси удаляемые из воды путем фильтрования, содержание взвешенных частиц вычисляют в миллиграммах на килограмм(мг/кг)

Сухой остаток

Содержит общее количество растворенных в воде веществ: кальция, магния, натрия, аммония, железа, алюминия и др., которые остаются после выпаривания воды и высушивания остатка при 110°С. Сухой остаток выражают в миллиграммах на килограмм.

Жесткость воды

Характеризуется суммарным содержанием в воде солей кальция и магния, являющихся накипеобразователями. Различают жесткость общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную).

Общая жесткость представляет собой сумму величин временной и постоянной жесткости и характеризуется суммой содержания в воде кальциевых и магниевых солей: сернокислых (СаSО4 и МgSО4), хлористых (СаС12 и МgС12), азотнокислых (Са(NО3)2 и Мg(NО3)2), кремнекислых (СаSiO3 и МgSiO3), фосфорнокислых (Са3(РО4)2 и М§(РО4)2), двууглекислых (Са(НСО3)2 и Мg(НСО3)2).

Временная жесткость характеризуется содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния Са(НСО3)2 и Мg(НСО3)2.

Постоянная жесткость обусловливается содержанием указанных выше солей кальция и магния, за исключением двууглекислых.

Щелочность

Определяется количеством сильной кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм3 воды. Щелочность большинства природных вод определяется только гидрокарбонатами кальция и магния, pH этих вод не превышает 8,3.

Окисляемость

Характеризуется содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей.

2. Источники природных вод

Дождевая вода

Является наиболее чистой из всех природных вод, но и она всегда содержит в себе некоторое количество различных примесей. Дождевая вода капля уже при ее возникновении не является чистой водой, так как конденсация водяных паров происходит преимущественно на пыльниках и мельчайших кристаликов солей, попадающих в воздух в результате испарения брызг волн морей и океанов. Часть выпадающей на землю воды на землю воды вновь испаряется, часть попадает в реки, а от туда в моря и океаны, а остальная часть вода просачивается сквозь почву, достигая водонепроницаемого слоя (глины, гранита, и др), образует подземные воды, которые частично выходят вновь на поверхность земли в виде ключей и родников, вливаясь в ручьи, реки, моря и вновь испаряясь.

Подземные воды

Содержат значительные (по сравнению с дождевой водой)количества растворенных минеральных примесей в виде различных солей, которые растворяет дождевая вода, просачиваясь через почву. В тоже время, фильтруясь через почву, подземные воды почти всегда прозрачны и не содержат взвешенных веществ. Химический состав подземных вод, получаемых из колодцев и артезианских скважин, не подвергается заметным изменениям на протяжении года.

Поверхностные речные воды

Характеризуются изменчивостью своего состава, происходящей в результате жизнедеятельности находящихся в воде растительных и животных организмов, а главным образом весенних паводков и дождей, смывающих с берегов значительные количества частиц почвы.

Все природные воды можно разделить на три группы

Источники вод подразделяются на степени кислотности

Жесткость и содержание сухого остатка в воде рек

3. Значения качества воды в паросиловом хозяйстве

Вода в паросиловом хозяйстве является рабочим телом, при посредстве которого осуществляется превращение тепловой энергии в механическую и далее в электрическую. При этом, обращаясь п\в рабочем цикле электростанции, вода всюду тесно соприкасается с металлом котла(барабанны, коллекторы, трубы), паровой турбины(сопла, рабочие лопатки), конденсатора (трубки). Затруднения, возникающие при эксплуатации теплосилового оборудования, связанны с качеством обращаемой в цикле воды, могут происходить в следствии двух основных явлений:

1)выделение из воды растворенных в ней веществ.

2)химического взаимодействия воды с омываемым ею металлом

Первое из этих явлений приводит в свою очередь к двум вредным для теплосиловой установки последствиям.

Первое из этих последствий является выделение из воды твердых веществ в значительной части отлагаются на поверхности металла во всем цикле обращения воды (котел, турбина) и носят общее название солевые отложения. Часть этих отложений, которая образуется на поверхностях нагрева котла, то есть в местах, где происходит передача воде получаемого металлом от сгорания топлива тепла, называют накипью.

Второе последствие выделение из воды твердых веществ в некоторой части остаются в толще циркулирующей в пароводяном цикле воды в виде взвешенных веществ, называется шламом. Он может задерживаться в местах водяной циркуляции, в коллекторах экранов и в виде рыхлых отложений, а так же может прилипать к поверхностям нагрева, образуя так называемую вторичную накипь.

Химическое взаимодействие воды с омываемым ею металлом также имеет два вредных последствия.

Во-первых, это взаимодействие приводит к разъеданию поверхности металла в результате образования различных соединений с металлом, преимущественно его оксидов, которых остается на металле. Эти процессы называются коррозией металла.

Во-вторых, часть образовавшихся в результате коррозии оксидов металлов попадает в циркулирующую в пароводяном цикле воду, присоединяясь и перемешиваясь с находящимся в ней солевым шламом, а также участвуя вместе с ним образовании вторичной накипи.

Таким образом, в конечном итоге, при обращении воды в рабочем цикле могут происходить три основных процесса: накипеобразование, шламообразование и коррозия металла, нарушающие нормальную работу теплосилового оборудования.

4. Нормы качества воды и пара

К качеству питательной воды, получаемому пару и котловой воде предъявляется достаточно жесткие требования по чистоте. Наибольшее ограничения по содержанию примесей в рабочем цикле имеются в котлах сверхкритического давления, а также с давлением более 15 Мпа, так как при таком уровне давления наряду с уносом солей влагой, накипе- и шламообразованием (характерном и для котлов среднего давления возрастает унос солей растворенных паром. При средних же давлениях растворимость паром невелика и ограничения по содержанию кремнекислоты в воде не вводят.

Нормы качества питательной воды котельного агрегата

5. Подготовка воды

Природная вода даже с наименьшим содержанием солей является непригодной для использования в паровых котлах и тепловых сетях, так как не удовлетворяет предъявляемым требованиям по качеству. Поэтому предусмотрено специальное оборудование и цех химической подготовки воды.

При подготовке природная вода проходит через ряд установок, в которых происходит:

1)Осветление (отстаивание и фильтрация) - удаление механических и органических примесей;

2)Катионирование, или умягчение воды - удаление из воды соле жесткости (Ca, Mg) с заменой на легкорастворимые соли щелочных металлов (Na);

3)Обессоливание в системе выпарных установок с получением обессоленного конденсата;

4)Дегазация - удаление из воды растворенных в ней газов путем ее подогрева, например, в деараторах.

6. Осветление воды

В природной воде наряду с растворенными могут находиться минеральные и органические примеси, значительно различающиеся по крупности частиц. Для удаления веществ, находящихся во взвешенном состоянии, используют методы отстаивания, фильтрования, коагуляции. Освобождения воды от взвешенных частиц уменьшает шламосодержание котловой воды, приводящее к накипи и ухудшению качества выдаваемого котлом пара.

Естественным процессом, приводящим к освобождению воды от грубодисперстных веществ, является отстаивание воды, при котором происходит их осаждение под действием силы тяжести. Отстаивание проводят в так называемых вертикальных отстойниках получившие распространение на водоподготовительных установках, длительность процесса зависит от плотности частиц, их размера и формы. В процессе естественного отстаивания воды происходит объединение (агломерация) мелких частиц в более крупные, что несколько ускоряет время осаждения извести. Скорость осаждения мелких частиц невелика, и поэтому после отстаивания подвергают дальнейшему осветлению-фильтрации.

7. Фильтрование воды

Фильтрование заключается в пропускании воды через слой мелкозернистого материала (кварцевого песка, мрамора, антрацита)с размером частиц 0,6…1 мм, которым заполняют закрытые напорные фильтры. Осветительный фильтр представляет собой цилиндрический металлический резервуар с эллиптическими днищами, в котором на дренажном расширительном устройстве располагается слой фильтрующего материала. Классификация фильтров по ряду основных признаков:

скорость фильтрации:

- медленные (0,1 - 0,3 м/ч);

- скорые (5 - 12 м/ч);

- сверхскоростные (36 - 100 м/ч);

давление, под которым они работают:

- открытые или безнапорные;

- напорные;

количество фильтрующих слоев:

- однослойные;

- двухслойные;

- многослойные.

В общем виде, процесс фильтрации можно условно разбить на несколько стадий: перенос частиц из потока воды на поверхность фильтрующего материала; закрепление частиц на зернах и в щелях между ними; отрыв закрепленных частиц с переходом их обратно в поток воды. Вода после предварительного отстаивания и коагуляции или непосредственно в смеси с коагулянтом поступает в верхнюю часть фильтра через дырчатое распределительное устройство. Просачиваясь со скоростью 12…15м/ч через фильтрующий материал с высотой 800…1200мм,вода оставляет на его наружной поверхности и поверхности фильтра взвешенные вещества и хлопья коагулянта, осветляется, после чего через дренажную систему она отводиться в бак. Значительно быстрее и полнее процессы отстаивания и фильтрования протекают при коагуляции.

Основные размеры осветительных фильтров.

8. Коагуляция воды

Сущность коагуляции заключается в укрупнении наиболее мелких коллоидных частиц и выделении их наряду со взвесями в осадок при добавлении к воде специальных реагентов-коагулянтов, а так же задерживаться пористыми фильтрующими материалами. При коагуляции происходит укрупнение мелкодисперсных и коллоидных частиц, в результате чего увеличивается скорость их осаждения, а также способность задерживаться пористыми фильтрующими материалами. Коллоидные частицы, обладая электрическим зарядом, взаимно отталкиваются, что препятствует их укрупнению. Для устранения этого препятствия в обрабатываемую воду, содержащую обычно отрицательные заряженные коллоидные частицы, вводят искусственно созданные коллоидные частицы, имеющие положительный электрический заряд. Взаимодействие тех и других коллоидных частиц приводит к их взаимному притяжению, нейтрализации зарядов и укрупнению частиц. Таким образом, процесс коагуляции имеет цель прежде всего создать благоприятные условия для освобождения воды от коллоидных частиц путем их слияния и укрупнении в результате нейтрализации зарядов этих частиц. Наиболее эффективными коагулянтами являются соли алюминия и железа-сульфат алюминия, сульфат железа, хлорное железо. Установки для осветления воды при помощи коагуляции в зависимости от способа удаления из воды взвеси и хлопьев коагулянта могут осуществляться по двум основным схемам: 1) коагуляционные установки с отстойником; 2) коагуляционные установки без отстойника.

9. Ионообменное фильтрование воды (умягчение воды)

Ионообменное фильтрование воды является в настоящее время обязательной и основной стадией химической обработки воды для паровых котлов, независимо от качества исходной сырой воды. Объясняется это специфическими особенностями этого метода обработки воды, благодаря которым он позволяет получать обработанную воду высокого качества, удовлетворяющую требованиям паровых котлов любых давлений.

В отличии от механического фильтровании воды, при котором состав растворенных в обрабатываемой воде веществ не возникает никаких изменений, ионообменное фильтрование вод имеет цель изменение в направлении ионного состава воды путем пропускания ее через мелкозернистые вещества, называемые ионообменным материалами, или ионитами, которые загружаются в резервуар, называемые ионитными фильтрами. Поступающая на такой фильтр под некоторым напором обрабатываемая вода просачивается через поры, образуемые зернами ионообменного материала, оставляя в нем часть своих ионов, взамен которых ионит отдает фильтруемой воде эквивалентное количество других ионов. Таким образом, в результате такого своеобразного обмена ионами происходит химическое изменение состава как фильтруемой воды, так и самого ионита.

Аналогично механическим фильтрам длительность рабочего цикла ионитных фильтров определяется способностью загруженного в них материала осуществлять полезную работу. Также механическому фильтру рабочий цикл ионитного фильтра прекращается после использования его обменной емкости, то есть после того, как практически все способные к обмену ионы ионита будут заменены соответствующим ионами фильтрующей воды.

Ионитовые материалы подавляющие большинство применяемых в настоящее время ионообменных материалов относятся к разряду веществ, называемых пластическими массами, типа синтетических смол. Ионообменные смолы, относящиеся к высокомолекулярным веществам, имеют некоторые специфические свойства, к этим отличительным свойствам ионитов относится их нерастворимость и способность к реакции ионного обмена. Если зернистый материал ионита содержит катионы, он называется катионитом,а фильтрация воды через слой катионита-катионированием. При содержании в зернистом слое анионов его называют анионитом, а обработку воды-анионированием.

Натрий-катионирование

Применяется в тех случаях, когда обеспечиваются показатели продувки, относительная щелочность и содержание углекислоты в паре; при этом общая жесткость Жоб=0,1- 0,2 мг-экв/кг.

При необходимости более глубокого умягчения следует принимать двухступенчатое натрий-катионирование. Процесс умягчения воды при натрий-катионировании состоит в замене металлов кальция и магния, содержащихся в воде, металлом натрием, присоединением к водоумягчающему веществу - катиону.

10. Обессоливание воды

Допустимое солесодержание питательной воды современных паровых котлов барабанного типа определяется допустимым максимальным солесодержанием котловой воды, при котором котел обеспечивает выдачу требуемого качества пара.

Для прямоточных котлов солесодержание питательной воды должно быть минимальным, равноценным высококачественному дистилляту, поскольку практически большая часть солей попадает в пар, идущий на турбину. В настоящее время получили два способа полного обессоливания воды:

1)Термический

2)Химический

Термическое обессоливание воды

Этот способ заключается в нагревании воды до кипения и последующей конденсации получаемого при этом пара. Осуществляют этот способ в аппаратах, называемых испарителями или паровые испарители, представляющие собой по существу паровые котлы, в которых в отличии от обычных котлов нагревание воды осуществляется не горячими дымовыми газами, а с помощью пара.

Химическое обессоливание воды

Частичное химическое обессоливание воды достигается при известковании и водород-катионировании. Полное химическое обессоливание воды, т.е удаление из нее практически всех растворенных солей, достигается путем применения метода ионного обмена. Осуществление глубокого химического обессоливания воды пропускают через две группы фильтров. В одну из этих групп фильтров загружают Н-катионит, в другую группу фильтров загружают анионит, являющийся ОН-анионитом

11. Дегазация воды

Заключительной стадией технологического процесса приготовления питательной воды котельного агрегата является удаление расстворенных в ней агрессивных газов, в первую очередь кислорода, а так же углекислоты, являющихся основным фактором, вызывающим коррозию металла теплосиловых установок. Существенным для нарушения нормальной работы парового котла является взаимодействие растворенных в воде веществ с обмыванием его металлом, в результате чего происходит разрушение металла, которое при известных размерах приводит к авариям и выходу из строя отдельных элементов котла. Такие разрушения металла окружающей средой называются коррозией. Коррозия всегда начинается с поверхности металла и постепенно распространяется в глубь.

Таким образом, для обеспечения надежной эксплуатации современных паровых котлов необходимо стремиться к практически полному отсутствию в питательной воде растворенного кислорода и поэтому существующие нормы предельного содержания растворенного кислорода в питательной воде определяются по существу, исходя из предельных возможностей существующих методов анализа качества воды.

Сначала питательную воду подвергают термической дегазации, сущность которой заключается в доведении воды до температуры кипения, при которой в создаваемой над водой атмосфере водяных паров парциональное давление удаляемых газов приближается к нулю, а затем для удаления остатков кислорода применяют так называемое химическое обескислороживание воды путем присадки в нее реагентов, вступающих во взаимодействие в воде кислородом.

Термическая дегазация осуществляется в специальных аппарата-дегозаторах или, как чаще их называют деаэраторах.

12. Внутрекотловая обработка воды

Несмотря на то, что оборудование для внутрикотловой обработки воды значительно проще, чем для докотловой, ее применение ограниченно рядом требований.

Внутрикотловую водоподготовку можно осуществлять, отличающимися между собой способом введения щелочных реагентов: либо во всасывающие, либо в нагнетательные патрубки питательных насосов, либо в общую питательную магистраль, либо а барабан каждого котла отдельно; наиболее простая схема эта схема по которой раствор насосом подается к каждому котлу. Щелочь вводят в котлы после их продувки (три - четыре раза в сутки), в соответствии с этим определяют как емкость, так и размеры дозаторов.

Основные размеры дозаторов

Применяется внутрикотловая обработка воды: фосфатирование, использование комплексонов

Фосфатирование имеет целью создать в котловой воде условия, при которых накипеобразователи выделяются в форме неприкипающего шлама. Для осуществления этого необходимо поддерживать определенную щелочность котловой воды. Фосфатно-щелочной режим (ФЩР)

Этот режим применяют для котлов с давлением пара не выше 2 МПа (20 кгс/см ). реагенты подаются в виде смеси постоянного состава, называемой противонакипином. Щелочи, содержащиеся в присадке, реагируют с солями жесткости котловой воды и выпадают в шлам, который удаляется с помощью периодической продувки котла системой продувания.

В отличие от фосфатирования обработка воды комплексонами может обеспечить безнакипный и бесшламовый режимы котловой воды. В качестве комплексона рекомендуется использовать натриевую соль «Трилон Б».

Поддержание допустимого по нормам солесодержания в котловой воде осуществляется продувкой котла, т.е. удалением из него некоторой части котловой воды, всегда имеющей более высокую концентрацию солей, чем питательная вода.

13. Схема водоподготовительных установок

Рис. 1 Схема водоподготовительных установок 1-сырая вода; 2-осветитель; 3-механический фильтр; 4-промежуточный бак; 5-насос; 6-дозатор коагулянта; 7-Nа - катионитный фильтр; 8- Н - катионитный фильтр; 9 - декарбонизатор; 10 - ОН - анионитный фильтр; 11 - обработанная вода

14. Технологические схемы обработки воды

1) Подземные артезианские воды в которых практически обычно отсутствуют взвешенные вещества, не требуют их осветления и поэтому обработка таких вод может ограничеватся только ионообменным фильтрованием по одной из трех схем в зависимости от предъявляемых требований к обработанной воде: а) Na - катионирование, если требуется только умягчение воды; б) Н-Na - катионирование, если требуется, помимо умягчения, снижение щелочности или уменьшение солесодержание воды; в) Н-ОН - ионирование, если требуется глубокое обессоливание воды.

2) Поверхностные воды с незначительным содержанием взвешенных веществ, могут обрабатываться по так называемым прямоточным напорным схемам, в которых коагуляция и осветление в механических фильтрах комбинируют с одной из схем ионообменного фильтрования.

3) Поверхностные воды с относительно большим количеством взвешенных веществ, освобождаются от них в осветление, после чего подвергаются механическому фильтрованию и далее комбинируются с одной из схем ионообменного фильтрования. При этом часто. В целях разгрузки ионообменной части водоподготовительной установки, одновременно с коагуляцией осуществляют в осветлителе частичное умягчение воды и снижение ее солесодержание путем известкования и магнезиального.

Заключение

По представленному проекту можно понять, что количество примесей в исходной сырой воде, не пригодна для использования в котельном агрегате. Для уменьшений отложений необходимо свести к минимуму количество примесей, поступающих в водяной тракт котла, и в первую очередь продуктов коррозии основного и вспомогательного оборудования котла. Использование водоподготовительных установок решают проблемы исходной, непригодной воды для использования в котельном агрегате, и доводят ее до нужных норм котельного агрегата. Кроме того, должен быть организован систематический ввод в пароводяной тракт котла различных реагентов, которые уничтожают либо ограничивают влияние наиболее вредных примесей.

Список литературы

1. Соколов Б.А Котельные установки и их эксплуатация. М. Изд. Центр «Академия», 2007г- с252

2. Лившиц О.В Справочник по водоподготовке котельных установок. Изд. 2-е «Энергия», 1976г- с4

3. Гусев Ю.Л основы проектирования котельных установок. Изд. 2-е «Стройиздат»1973- с157

4. Деев Л.В, Балахничев Н.А Котельные установки и их обслуживание. «Высшая школа»1990- с110

5. Гурвич С.М Водоподготовка. «Энергия»1961

6. Журналы: Теплоэнергетика, Энергетик, Промышленная теплоэнергетика и др.

Размещено на Allbest.ru