Водно-химический комплекс промышленно-отопительной ТЭЦ мощностью 800 МВт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Энергетический факультет

Кафедра «Тепловые электрические станции»

Курсовой проект

по дисциплине «Водно-химические режимы ТЭС»

«Водно-химический комплекс промышленно-отопительной ТЭЦ мощностью 800 МВт»

Минск 2006

Введение

В настоящее время в большинстве промышленно развитых стран выработка электроэнергии в основном производится на электрических станциях с паротурбинными установками, работающими на органическом топливе. Рабочей средой на установках тепловых электростанций является вода.

Вода на электростанциях используется для заполнения контура паротурбинной установки и компенсации потерь пара и конденсата во время работы, подпитки тепловых сетей, а также для отвода теплоты в конденсаторах турбин и вспомогательных теплообменниках. Во всех случаях применяемая сырая вода проходит соответствующую обработку, однако наиболее высокие требования предъявляются к качеству воды, служащей для заполнения контура паротурбинной установки и подпитки его в процессе эксплуатации.

Основными задачами водоподготовки и рациональной организации водного режима парогенераторов и тракта питательной воды являются:

а) предотвращение образования на внутренних поверхностях парообразующих и пароперегревательных труб отложений кальциевых соединений и окислов железа, а в проточной части паровых турбин отложений соединений меди, железа, кремниевой кислоты и натрия;

б) защита от коррозии конструкционных металлов основного и вспомогательного оборудования ТЭС и тепловых сетей в условиях их контакта с водой и паром, а также при нахождении их в резерве.

Для надежной и экономичной эксплуатации оборудования электростанций правилами технической эксплуатации разработаны нормы качества питательной воды и пара для всех типов котлов, эксплуатируемых в энергосистеме. Для мощных блоков нормы качества по пару практически совпадают для барабанных и прямоточных котлов, в то время как нормы качества по питательной воде отличаются существенно. Это происходит из-за конструкционных различий между котлами.

Разнообразие примесей, которые должны быть удалены из воды, а также методов, применяемых при ее обработке на ТЭС, усложняет поиск оптимальных решений при выборе схем и аппаратов в том или ином конкретном случае. При выборе метода очистки следует учитывать при надлежащих экономичности и надежности также социальный и экологический факторы.

Очистка добавочной воды для подпитки котлов организуется в несколько этапов на водоподготовительной установке (ВПУ). На начальном этапе из воды выделяются грубодисперсные и коллоидные вещества, а также снижается бикарбонатная щелочность этой воды. На дальнейших этапах производится очистка воды от истинно растворенных примесей.

Начальный этап очистки воды - предочистка - осуществляется в основном методами осаждения. К процессам осаждения, применяемым в настоящее время при предочистке воды, относятся коагуляция, известкование и магнезиальное обескремнивание. Первичное осветление воды производится в осветлителях, а окончательная очистка от осадка осуществляется при помощи процесса фильтрования, который также относится к предочистке воды, но является безреагентным методом.

Освобождение воды от истинно растворенных примесей может осуществляться методами ионного обмена, а также мембранными и термическими методами. Ионный обмен на ВПУ ТЭС производится в ионообменных фильтрах, обычно насыпного типа. По технологическому предназначению различают катионитные, анионитные и фильтры смешанного действия. По способу выполнения технологических операций фильтры подразделяются на прямоточные, противоточные, ступенчато-противоточные, двухпоточно-противоточные, ФСД с внутренней и внешней регенерацией.

Насыпные фильтры с одинаковым по характеру ионообменным материалом (катионит, ионит) подразделяют также на фильтры 1-й и 2-й ступеней. Эти фильтры различаются сортами засыпаемого в них ионита и конструктивными особенностями.

Для регенерации ионитных фильтров на каждой ВПУ имеется реагентное хозяйство, включающее в себя склады реагентов, оборудование для приготовления и подачи регенерационных растворов.

Выбор схемы подготовки добавочной и подпиточной воды определяется, с одной стороны, качеством исходной воды и требуемым качеством очищенной, а с другой стороны - условиями надежности, экономичности и минимального количества сбросов примесей в водоемы.

1. Характеристика источника водоснабжения

В качестве источника водоснабжения данной промышленно-отопительной ТЭЦ я выбрал водоем со следующими показателями качества воды:

Взвеш. вещества мг/кг	Сухой остаток мг/кг	Минер. остаток мг/кг	Окис. по О2 мг/кг	Жесткость мг-экв /кг
				Жо	Жк	Жнк
18	-	231	5	4,2	4,1	0,1

Показатель	мг/кг	Э	мг-экв/кг
	56,4	20	2,82
	16,8	12	1,4
	10,4	23	0,452
	250,1	61	4,1
	8,9	48	0,185
	13	35,5	0,366
	0,08	62	0,0013
	-	-	-
	2,17	38	0,057

= 2,82 + 1,4 = 4,2 = Жо

4,1 = Жк

находится в коллоидной форме

По преобладающему катиониту жесткость кальциевая, вода относится к гидрокарбонатному классу.

2. Расчет производительности ВПУ

ВПУ ТЭС предназначена для покрытия потерь пара и конденсата, возникающих в процессе эксплуатации ТЭО. Установки должны работать непрерывно, так как подпитка котлов и теплосетей неподготовленной водой не допускается. Возникающие на станции потери подразделяются на внутренние и внешние.

Внутренние потери согласно ПТЭ регламентируются в количестве не более 2% суммарной паропроизводительности установленных котлов:

Потеря с продувкой барабанных котлов:

Потеря на мазутном хозяйстве рассчитывается исходя из условий расхода 0,15 тонн пара на 1 тонну сжигаемого мазута:

На промышленно-отопительной ТЭЦ существуют внешние потери, которые определяются потребителем:

Производительность ВПУ проектируемой ТЭЦ по обессоливающей части (для подпитки основного цикла) составит:

Расчет производительности ВПУ для восполнения потерь в тепловых сетях/

Потери составляют 2% сетевой воды, циркулирующей в тепловых сетях.

водоснабжение фильтрование ионитный декарбонизатор

3. Обоснование метода и схемы подготовки воды

Метод подготовки воды на ТЭС зависит от степени загрязнения исходной воды органическими веществами, не удаляемыми на предочистке методом осаждения, и от суммы анионов сильных кислот в воде. В природной воде водоисточника специфические органические вещества отсутствуют, а сумма анионов сильных кислот равна:

Следовательно, целесообразно выбрать метод ионного обмена.

Выбор конкретной схемы обессоливания воды проводим по показателям качества воды и типу установленных котлов. В связи с тем, что на станции будут установлены прямоточные котлы, подготовка воды будет вестись по трехступенчатой схеме обессоливания. Подготовка воды для подпитки теплосетей производится по схеме умягчения на Na-катионитовых фильтрах.

Выбор типа предварительной подготовки воды зависит от карбонатной жесткости исходной воды. В зависимости от величины карбонатной жесткости воды на ТЭС используют два типа предочистки:

1. Жк исходной воды менее 2 мг-экв/кг: вода в осветлителе обрабатывается сернокислым алюминием для укрепления и удаления калоидно-дисперсных примесей.

2. Жк исходной воды более 2 мг-экв/кг: кроме коагуляции воды сернокислым железом применяют умягчение воды методами осаждения. Наиболее часто используют известкование .

В выбранном мной источнике водоснабжения Жк = 4,1 > 2 мг-экв/кг, следовательно, выбираю второй вид предочистки: коагуляцию сернокислым железом с известкованием в осветлителе.

Коагуляция FeSO4 c известкованием:

Жесткость остаточная:

- доза для коагуляции

Принимаю

Остаточная щелочность:

- избыток извести при известковании исходной воды;

Принимаю

Концентрация :

Концентрация не изменяется.

Концентрация :

4. Полное описание технологических процессов подготовки воды на

ТЭЦ

В настоящее время в теплоэнергетике в качестве исходной воды используется вода поверхностных источников, которая содержит значительное количество примесей в разнообразных формах. Требования к ВПУ - обеспечить высокоэффективную очистку воды при соблюдении экономичности схемы.

Предварительная стадия очистки позволяет избавиться от основных видов примесей при полном отсутствии сточных вод. На стадии предочистки вода освобождается от грубых, коллоидных, частично молекулярных примесей. Кроме того, снижается её щёлочность, происходит частичная дегазация. Качественная предочистка позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели ВПУ в целом.

На стадии предочистки используются в основном методы осаждения, при применении которых примеси выделяются из воды в виде осадка. Данные методы обработки относятся к реагентным, так как в воду дозируют специальные химические реагенты. Обычно эти процессы совмещены и проводятся в осветлителе. В данной схеме предочистка на ВПУ проводится коагуляцией FeSO4 с известкованием Ca(OH)2.

Коагуляция - физико-химический процесс укрупнения коллоидных частиц за счет их слипания под действием молекулярных сил притяжения в результате введения в воду коагулянта. Коллоидные частицы имеют весьма маленькие размеры, поэтому участвуют в броуновском движении, обладаю высокой скоростью диффузии, а это способствует их выравниванию по объему воды. Мелкие коллоидные частицы не способны к укрупнению, так как имеют одноименный заряд, и такая частица окружена двойным слоем ионов, включая потенциалобразующие ионы и противоионы. В результате броуновского движения частица приобретает чаще всего отрицательный заряд. Чтобы укрупнить коллоидные частицы, в обрабатываемую воду необходимо ввести реагент, имеющий положительный потенциал. Такие вещества называют коагулянтами. В данной схеме ВПУ используется коагулянт FeSO4. Введение флокулянта (полиакриламид - ПАА), вещества, ускоряющего процессы образования хлопьев, но не замедляющего коагулянта, способствует более качественной предочистке.

В данной схеме применяется известкование, так как Жк>2мк-экв/кг, для удаления из воды СО2, снижения щелочности (или карбонатной жесткости); происходит удаление взвешенных и коллоидных примесей, а так же соединений Fe,Al,Si. При известковании воды происходит следующие процессы: прежде всего из воды удаляется свободная углекислота, и образуется трудно растворимое, выпадающее в осадок, соединение - углекислый кальций СаСО 3.

СО2+Са(ОН)2=СаСО3+Н2О

Образуется осадок карбоната кальция:

Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+H2OСа2++СО2-3=СаСО3.

Ионы магния, взаимодействуя с гидроксильными ионами, выпадают в осадок:

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2 Мg2++2OH=Мg(OH)2

При введении извести в большом количестве чем это необходимо для связывания свободной СО2, бикарбонаты НСО3, переходят в карбонаты СО2-3

ОН-+НСО3=СО2-3+Н2О.

Остаточная жесткость, достигаемая в процессе известкования . Коагуляция FeSO4 совместно с известкованием производится в осветлителе при t=30C и дозе коагулянта . Первоначально организуется активное перемешивание коагулянта с исходной водой в течении 10 мин., а затем процесс должен протекать в спокойной гидродинамической обстановке, для него в осветлителе предусматривается специальные успокоительные короба. Процесс коагуляции имеет две стадии (скрытую и явную). На первой стадии происходит формирование микрохлопьев Fe(OH)3. На второй стадии образуются флокулы - крупные хлопья 1-3 мм., которые сорбируют на своей поверхности мельчайшие коллоидные частицы, т.е. происходит окончательная очистка воды. Реакция гидролиза сернокислого железа будет происходить в два этапа:

FeSO4+Н2О=Fe(OH)2+Н2О,рН=8-10,5

4Fe(OH)2+О2+2Н2О=4Fе(ОН)3.

После осветлителей вода направляется в осветлительные фильтры, где окончательно освеляется. ОФ загружаются пористым дробленым материалом. Фильтрование воды через слой сернистой загрузки происходит под действием разности давлений на входе в зернистый слой и на выходе из него. Данный перепад давлений зависит от скорости фильтрования, вязкости, диаметра фильтра, высоты загрузки. В процессе фильтрования на загрузке взвешенные вещества, что приводит к увеличению разности давлений. По достижению некоторой предельной величины перепада начинается проскок взвеси через фильтрующий слой или скорость фильтрования падает ниже допустимого предела. В этом случае фильтр необходимо отключить и произвести его промывку путем подачи воды в направлении обратном фильтрованию. Фильтр на промывку может отключатся по одному из следующих показателей:

мутности фильтра;

количеству пропущенной воды за фильтроцикл;

времени работы;

возрастанию перепада давления на слой.

Остаточное содержание взвеси после фильтра 1-1,5 мг/кг. После предочистки вода направляется на ионообменные фильтры. Сущность метода ионного обмена заключается в способности некоторых практически нерастворимых в воде материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав воды. Способность ионитов к такому обмену объясняется их строением. Он состоит из твердой основы - матрицы, на которую нанесены функциональные группы, способные в растворе к образованию на поверхности потенциалообразующих ионов. Вседствии этого вокруг твердой фазы образуется диффузионный слой из противоположно заряженных ионов. Они обладают высокой кинетической энергией, способны выходить из слоя, а их место занимает эквивалентное количество других ионов того же знака.

В работе ионитных фильтров различают следующие стадии:

1. Ионирование воды (удаление примесей).

2. Регенерация после истощения ионитной емкости.

3. Взрыхления слоя ионита (вода подается в обратном направлении, объем ионита увеличивается на 30-40%)

4. Непосредственно регенерация (пропуск раствора определенной концентрации).

5. Отмывка от продуктов регенерации и избытка реагентов

После осветлительных фильтров вода поступает на Н-катионитные фильтры первой ступени. В процессе Н-катионирования вода умягчается за счет удаления из нее всех катионов в том числе катионов жесткости и происходит изменение анионного состава за счет разложения в кислой среде бикарбонатов с выделением СО2. Н - катионирование самостоятельно применения не имеет. Его используют в комбинированных схемах умягчения с Nа - катионитными фильтрами, а также в схемах обессоливания. Фильтр загружен сильнокислотным катионом марки КУ-2. Фильтрат представляет собой смесь сильных и слабых кислот.

Реакции, протекающие при работе фильтра:

CaCl2 + 2HR CaR2 + 2HCl

MgSO4 + 2HR MgR2 + H2SO4

Ca(HCO3)2 + 2HR CaR2 + 2H2O + 2CO2

Mg(HCO3)2 + 2HR MgR2 + 2H2O +2CO2

Регенерацию таких фильтров проводят 1-1,5% раствором Н2SО4, при этом протекают следующие ракции:

CaR2 + H2SO4 CaSO4 + 2HR

MgR2 + H2SO4 MgSO4 + 2HR

Продуктами регенерации являются сульфаты кальция и магния - жесткие стоки.

При использовании Н - катионирования в схемах обессоливания воды на Н - фильтре будут протекать реакции с натриевыми солями имеющимися в воде.

NaCl + HR NaR + HCl

Na2SO4 + 2HR 2NaR + H2SO4.

При использовании Н - фильтров в схемах умягчения фильтр на регенерацию отключают по пропуску катионов жесткости Са и Мg, а в схемах обессоливания процесс ведут до пропуска катиона Na.

Н-катионированная вода является мягкой, так как не содержит катионов жесткости, но использоваться в котлах на может, так как имеет кислую среду и кислотность ее тем выше, чем выше суммарное содержание в исходной воде анионов сильных кислот.

В данной схеме ВПУ фильтр Н1 берет на себя основную нагрузку по удалению катионов, фильтр Н2 улавливает проскоки катионов. После фильтров Н1 вода попадает в группу фильтров А1, загруженных низкоосновным анионитом АН-31. В этом фильтре происходит удаление анионов сильных кислот.

Реакции протекающие при работе фильтра:

HCl+OH RCl+2H2O

H2NO3+ROHRNO3+H2O

H2SO4+2ROHR2SO4+2H2O

Регенерация слабо и сильноосновных анионитов осуществляется 4% раствором NaOH:

RCl + NaOH ROH + NaCl

R2SO4 + 2NaOH 2ROH + Na2SO4

R2SiO3 + 2NaOH 2ROH + Na2SiO3.

Группа Фильтров А2 служит для удаления анионов слабых кислот и проскоков сольных. Она загружена сильноосновными анионитом марки АВ-17-8. В этой группе фильтров протекают следующие реакции:

H2SiO3 + ROH R2SiO3 + 2H2O

H2CO3 + 2ROH R2CO3 + 2H2O

В данной схеме ВПУ используются фильтры смешанного действия, т.к. на ТЭЦ установлены прямоточные котлы. ФСД предназначены для глубокого обессоливания и обескремнивания добавочной воды в схеме ВПУ. В такой фильтр загружается одновременно сильнокислотный катионит и высокоосновной анионит. Переходящие в процессе ионитного обмена в воду ионы Н+ и ОН- образуют воду, способствуя этим углублению степени очистки воды.

На данной ВПУ установлены ФСД с внутренней регенерацией. Фильтры оборудованы средней дренажной системой, ограничивает скорость воды до 50 м/ч. Разделение ионитов производится в самом фильтре восходящем потоком взрыхляющей воды, вследствие чего анионит располагается в верхнем слое, а катионит - в нижнем. Качество воды после ФСД Na+<5мкг/кг, SiO2<10мкг/кг.

Na - катионитовый фильтр имеет самостоятельное применение для умягчения воды для подпитки теплосетей и подготовки добавочной воды котлов низкого давления.

Обработка воды путем Nа - катионирования заключается в фильтровании ее через слой ионита, содержащего обменный катион Nа, который обменивается на содержащиеся в воде катионы Са и Мg.

Са(НСО3)2+2NаR СаR2 + 2NаНСО3

MgCl2+2NaR MgR2 + NaCl

CuSO4 + 2NaR CuR2 + Na2SO4

MgSiO3 + 2NaR MgR2 + Na2SiO3.

Суммарная концентрация катионов постоянна, но массовая концентрация их возрастает. За счет этого несколько увеличено солесодержание воды. Na - катионированная вода является мягкой, т.к. все катионы жесткости остаются на ионите. Недостатком фильтра является неизменность анионитного состава воды, т.е. Щост=Щисх.

Регенерация истощенного катионита осуществляется 8 - 10% раствором поваренной соли:

CaR2 + 2NaCl 2NaR + CaCl2

MgR2 + 2NaCl 2NaR + MgCl2.

Для удаления из обрабатываемой воды СО2,а в ряде случаев Н2S, NH3 устанавливают декарбонизатор. Он представляет собой цилиндрический аппарат, имеющий штуцера подвода обрабатываемой воды, вывода обработанной воды, выделившегося газа и слива в дренаж. На эффективность декарбонизации влияют:

-температура обрабатываемой воды

-рН среды

-расход подаваемого воздуха

-площадь поверхности контакта фаз.

5. Пересчет изменений показателей качества воды по отдельным

стадиям обработки

Фильтр Н1(первая ступень) загружен катионитом КУ-2 и предназначен для удаления из воды всех катионов, включая Na+ в количестве:

Фильтр А1 загружен низкоосновным анионитом АН-31 и предназначен для удаления из воды анионов сильных кислот:

Декарбонизатор в схеме обессоливания предназначен для удаления из обрабатываемой воды свободной углекислоты СО2 , которая появилась там в результате распада бикарбонатов в кислом фильтрате Н-катионитовых фильтров.

Принимаю

.

Фильтр Н2 также загружен катионитом КУ-2 и предназначен для удаления из воды проскоков катионитов после фильтра Н1. На основании опыта установлено:

Принимаю

Фильтр А2 загружен высокоосновным анионитом АВ-17-8 и предназначен для удаления проскоков первой ступени А1, а главное, для удаления анионов слабых кислот:

Качество обессоленной воды после А2:

- солесодержание - не более ;

- кремниевая кислота - не более

Фильтр смешанного действия (ФСД) предназначен для глубокого обессоливания воды, т.е. удаления из нее всех катионов и анионов, проскочивших через две ступени обессоливания. Данный фильтр загружен катионитом КУ-2 и анионитом АВ-17-8.

Качество воды после фильтра ФСД должно соответствовать следующим показателям:

- солесодержание - не более ;

- кремниевая кислота - не более

Вода для подпитки тепловых сетей проходит обработку на Na-катионитном фильтре, загруженном катионитом КУ-2.На этом фильтре удаляются катионы жесткости в количестве:

6. Расчет проектируемой схемы ВПУ ТЭЦ

При проектировании ВПУ необходимо исходить из условия выбора наименьшего количества оборудования максимальной производительности. Расчет схем начинают с последнего фильтра для возможности учета расхода воды на собственные нужды фильтров (приготовление регенерационных растворов, отмывка ионита). Расчет производится для следующих энергоблоков:

- два энергоблока с котлами Е-500 и турбинами ПТ-80/100-130/15

- два энергоблока с котлами Пп-1000 и турбинами Т-250/300-240

6.1 Расчет ионообменной части ВПУ

Расчет фильтра ФСД

Необходимая площадь фильтрования:

;

где -для ФСД с внутренней регенерацией.

Число установленных фильтров m одинакового диаметра принимается не менее 3.

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы П1[1] выбираю ближайший больший стандартный фильтр смешанного действия с внутренней регенерацией типа ФИСДР-2,0-0,6 (рабочее давление - 0,6 МПа, диаметр фильтра - 2000 мм, высота фильтрующей загрузки - 1950 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования - 160 м3/ч).

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;

Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

ТФСД - полезная продолжительность фильтроцикла, ч;

h - высота слоя ионита,м;

fст - сечение фильтра, м2;

Q - производительность рассчитываемых фильтров, м3/ч;

Количество регенераций в сутки:

, где

 t - продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч; T- полезная продолжительность фильтроцикла;

Условно принимаем загрузку КУ-2 и АВ-17-8 в соотношении 1:1.

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

где Ри - удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров, м3/м3

Расход химреагентов на регенерацию одного фильтра:

где b - расход 100 % реагента на 1 м3 ионита (табл.2[1]).

Расход технического продукта:

,

где С - содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, %

Суточный расход технического продукта:

Расчет фильтра А2

Необходимая площадь фильтрования:

,

где

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 1[1] выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа II-3,0-0,6 (рабочее давление - 0,6 МПа, диаметр фильтра - 3000 мм, высота фильтрующей загрузки - 1500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования - 350 м3/ч).

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;

Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

ТИ - полезная продолжительность фильтроцикла, ч;

U - суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м3;

h - высота слоя ионита;

fст - сечение фильтра, м2;

Q - производительность рассчитываемых фильтров, м3/ч;

Ер - рабочая обменная емкость ионита;

Количество регенераций в сутки:

, где

t - продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч;

T- полезная продолжительность фильтроцикла;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

,

где Ри - удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров, м3/м3

Расход NaOH на регенерацию одного фильтра:

где b - расход 100 % реагента на 1 м3 ионита (табл.2[1]).

Расход технического продукта:

,

где С - содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, %

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

Часовой расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу ионитных фильтров:

Расчет фильтра Н2. Необходимая площадь фильтрования:

,

где

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 1[1] выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа II-3,0-0,6 (рабочее давление - 0,6 МПа, диаметр фильтра - 3000 мм, высота фильтрующей загрузки - 1500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования - 350 м3/ч).

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;

Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

ТИ - полезная продолжительность фильтроцикла, ч;

U - суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м3;

h - высота слоя ионита;

fст - сечение фильтра, м2;

Q - производительность рассчитываемых фильтров, м3/ч;

Ер - рабочая обменная емкость ионита;

Количество регенераций в сутки:

, где

t - продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч; T- полезная продолжительность фильтроцикла;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

,

где Ри - удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров, м3/м3

Расход H2SO4 регенерацию одного фильтра:

где b - расход 100 % реагента на 1 м3 ионита (табл.2[1]).

Расход технического продукта:

,

где С - содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, %

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

Часовой расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу ионитных фильтров:

Расчет фильтра А1.

Необходимая площадь фильтрования:

,

где

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 1[1] выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа II-3,0-0,6 (рабочее давление - 0,6 МПа, диаметр фильтра - 3000 мм, высота фильтрующей загрузки - 2500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования - 220 м3/ч).

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;

Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

ТИ - полезная продолжительность фильтроцикла, ч;

U - суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м3;

h - высота слоя ионита;

fст - сечение фильтра, м2;

Q - производительность рассчитываемых фильтров, м3/ч;

Ер - рабочая обменная емкость ионита;

Количество регенераций в сутки:

, где

t - продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч;

T- полезная продолжительность фильтроцикла;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

,

где Ри - удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров, м3/м3

Расход NaOH на регенерацию одного фильтра:

где b - расход 100 % реагента на 1 м3 ионита (табл.2[1]).

Расход технического продукта:

 ,

где С - содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, %

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

Часовой расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу ионитных фильтров:

Расчет фильтра Н1

Необходимая площадь фильтрования:

,

где

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

 ;

Из таблицы 1[1] выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа II-3,0-0,6 (рабочее давление - 0,6 МПа, диаметр фильтра - 3000 мм, высота фильтрующей загрузки - 2500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования - 220 м3/ч). Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;

Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

ТИ - полезная продолжительность фильтроцикла, ч;

U - суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м3;

h - высота слоя ионита;

fст - сечение фильтра, м2;

Q - производительность рассчитываемых фильтров, м3/ч;

Ер - рабочая обменная емкость ионита;

Количество регенераций в сутки:

, где



t - продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч;

T- полезная продолжительность фильтроцикла;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

,

где Ри - удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров, м3/м3

Расход H2SO4 регенерацию одного фильтра:

где b - расход 100 % реагента на 1 м3 ионита (табл.2[1]).

Расход технического продукта:

,

где С - содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, %

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

Часовой расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу ионитных фильтров:

6.2 Расчет схемы подпитки тепловых сетей (Na-фильтр)

Необходимая площадь фильтрования:

,

где

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 1[1] выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа I-3,0-0,6 (рабочее давление - 0,6 МПа, диаметр фильтра - 3000 мм, высота фильтрующей загрузки - 2500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования - 220 м3/ч). Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;

Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

ТИ - полезная продолжительность фильтроцикла, ч;

U - суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м3;

h - высота слоя ионита; fст - сечение фильтра, м2;

Q - производительность рассчитываемых фильтров, м3/ч;

Ер - рабочая обменная емкость ионита;

Количество регенераций в сутки:

, где

t - продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч; T- полезная продолжительность фильтроцикла;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии:



Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

,

где Ри - удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров, м3/м3

Расход NaСl на регенерацию одного фильтра:

где b - расход 100 % реагента на 1 м3 ионита (табл.2[1]).

Расход технического продукта:

,

где С - содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, %

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

Часовой расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу ионитных фильтров:



6.3 Расчет предочистки

Расчет группы осветлительных фильтров.

Производительность осветлительных фильтров

,

Необходимая площадь фильтрования:

;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

Диаметр каждого фильтра:

Из таблицы 1[1] выбираем фильтр типа ФОВ-3,4-0,6 (рабочее давление - 0.6 МПа, диаметр фильтра - 3400 мм, высота фильтрующей загрузки - 1000 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования - 90 м3/ч).



Расход воды на взрыхляющую промывку каждого осветлительного фильтра:

, где

i - интенсивность взрыхления фильтра, загруженного антрацитом 12 л/(см2);

tвзр - продолжительность взрыхления 5-10 минут.

Расход воды на отмывку осветлительного фильтра:

Часовой расход воды на промывку ОФ:

Производительность брутто с учетом расхода воды на промывку осветлительных фильтров:

,

Действительная скорость фильтрования во время выключения одного фильтра на промывку (при работе m-1 фильтров):

,

что < 10 м/ч, значит, резервный фильтр не требуется.

Для удобства эксплуатации выбираю 4 трехкамерных фильтра типа ФОВ-3К-3,4-0,6 (рабочее давление - 0.6 МПа, диаметр фильтра - 3400 мм, высота фильтрующей загрузки - 900*3 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования - 300 м3/ч).

Расчет осветлителей.

Суммарная производительность осветлителей принимается равной 110% расчетного расхода осветленной воды, при этом устанавливается не менее двух осветлителей.

Емкость каждого из двух осветлителей определяем по формуле:

, где

- полная производительность всей установки, м3/ч;

- продолжительность пребывания воды в осветлителе 1-1.5 ч.

По таблице 4[1] выбираем ближайший по емкости серийный осветлитель ВТИ-630и (производительность 630 м3/ч, геометрический объем 1240 м3, диаметр 14000 мм, высота 17492 мм).

Расход коагулянта FeSO47Н2О в сутки:

Расход технического коагулянта в сутки:



С - процентное содержание коагулянта (FeSO4=50%);

Расход полиакриламида в сутки:

, где

dПАА- доза ПАА, равная 0,2-1,8 мг/кг.

Расход извести (в виде Сa(OH)2):

,

где Gизв - суточный расход извести, кг/сутки; 37,05 - эквивалент Са(ОН)2;

dизв - доза извести, мг-экв/кг.

6.4 Расчет и выбор декарбонизатора

Исходными данными при расчете декарбонизатора являются производительность, определяемая местом включения декарбонизатора в схему ВПУ, концентрация СО2 на входе и выходе из декарбонизатора, температура обрабатываемой воды.

Концентрация СО2 на входе в декарбонизатор в схемах предочистки известкования с коагуляцией рассчитывается с учетом удаления СО2 исходной воды при известковании и остаточных бикарбонатной и карбонатной щелочностей и соответствующих мольных масс и эквивалентов. Для рассмотрения условий концентрация СО2 равна:

Принимаем запас производительности декарбонизатора 25%:

Так как , то выбираем блочный способ включения ионитных фильтров. В таком случае, количество декарбонизаторов равно 3, а производительность декарбонизатора равна:

Количество СО2, удаленного в декарбонизаторе:

?СО2= ,

Необходимая площадь десорбции при температуре 300С (с учетом коэффициента десорбции Кж=0,50 м3/м2ч и средней движущей силы десорбции ?СсрСО2=0,015 кг/м3):

Площадь требуемой поверхности насадки:

Объем насадки определяется по формуле:

,

где fкр=206 м2 /м3- удельная поверхность колец Рашига.

Площадь поперечного сечения декарбонизатора при плотности орошения ?=60 м3/м2ч определяется по формуле:

Диаметр декарбонизатора:

Высота насадки колец Рашига:

Расход воздуха на декарбонизацию:

Исходя из полученных данных по таблице 5[1] выберем конкретный тип декарбонизатора диаметром 2060 мм, площадью поперечного сечения 3,33м2 и производительностью 200 м3/ч.

6.5 Анализ результатов расчета схемы

Анализ результатов расчета включает следующие таблицы:

Таблица1. Состав выбранного оборудования

	Наименование	Тип	Кол.	Характеристики
1	Осветлитель	ВТИ - 630и	2	Производительность - 630 м3/ч Геометрический объем - 1240 м3 Диаметр - 14000 мм Высота - 17492 мм
2	Осветлительный фильтр	ФОВ - 3К-3,4-0,6	4	Рабочее давление - 0,6 мПа Диаметр - 3400 мм Высота фильтрующей загрузки - 9003 мм Расход воды при расчетной скорости фильтрования - 300 м3/ч
3	Н1 - фильтр	ФИПа - I-3,0-0,6	4	Рабочее давление - 0,6 мПа Диаметр - 3000 мм Высота фильтрующей загрузки - 2500 мм Расход воды при расчетной скорости фильтрования - 180 м3/ч
4	А1 - фильтр	ФИПа - I-3,0-0,6	4	Рабочее давление - 0,6 мПа Диаметр - 3000 мм Высота фильтрующей загрузки - 2500 мм Расход воды при расчетной скорости фильтрования - 180 м3/ч
5	Н2 - фильтр	ФИПа - II -3,0-0,6	4	Рабочее давление - 0,6 мПа Диаметр - 3000 мм Высота фильтрующей загрузки - 1500 мм Расход воды при расчетной скорости фильтрования - 350 м3/ч
6	А2 - фильтр	ФИПа - II - 3,0-0,6	4	Рабочее давление - 0,6 мПа Диаметр - 3000 мм Высота фильтрующей загрузки - 1500 мм Расход воды при расчетной скорости фильтрования - 350 м3/ч
7	ФСД	ФИСДР-2,0-0,6	3	Рабочее давление - 0,6 мПа Диаметр - 2000 мм Высота фильтрующей загрузки - 1950 мм Расход воды при расчетной скорости фильтрования - 160 м3/ч
8	Nа - фильтр	ФИПа-I-3,0-0,6	3	Рабочее давление - 0,6 мПа Диаметр - 3000 мм Высота фильтрующей загрузки - 2500 мм Расход воды при расчетной скорости фильтрования - 180 м3/ч
9	Декарбонизатор		4	Q =200 м3/ч, d =2060 мм, S =3.33 м2, Qвозд = 6831,2 м3/ч

Таблица 2. Суточный расход технического реагента

Реагент, кг/сут	H1	A1	H2	A2	ФСД	Na
H2SO4	3784,89	?	431,127	?	11,146 ---	?
NaOH	?	1967,828	?	2289,168	28,433 ---	?
NaCl	?	?	?	?	?	2748,26

Суммарный расход:

H2SO4-4227,163 кг/сут

NaOH-4256,996 кг/сут

NaCl-2748,26 кг/сут

извести-5140 кг/сут

коагулянта-1324,074 кг/сут

флокулянта-22,02 кг/сут

Таблица 3. Расход фильтрующих материалов

Фильтрующий материал, м3	H1	A1	H2	A2	ФСД	Na	ОФ
КУ- 2	52,98	?	31,794	?	?	52,98	?	137,754
АН - 31	?	52,98	?	?	?	?	?	84,77
АВ-17- 8	?	?	?	31,794	?	?	?
Дробленый антрацит	?	?	?	?	?	?

Таблица 4. Расход воды на собственные нужды фильтров

Расход воды, м3/ч	Н1	А1	Н2	А2	ФСД	Na	ОФ
Q	20,698	15,02	3,892	4,841	0,137	7,62	64,33

Суммарный расход воды на собственные нужды водоподготовительной установки:

по ионообменной части - 52,208 м3/ч

по предочистке - 64,33 м3/ч

7. Компоновочные решения химцеха

При проектировании комплекса ВПУ предусматривается максимальная его блокировка со складскими помещениями и очистными сооружениями, а также возможность дальнейшего расширения с учетом подвоза реагентов без промежуточной перегрузки.

На проектируемой ТЭЦ ВПУ выносим в отдельное здание. Отдельное здание ВПУ располагаем со стороны постоянной торцовой стены главного здания ТЭЦ. Торцовая нерасширяемая часть здания водоподготовки выполняется в виде башни, предназначенной для установки промывочных баков, химической лаборатории, служебных и бытовых помещений.

Для регенерации ионитных фильтров ВПУ располагает реагентным хозяйством, которое включает склады для хранения химических реагентов, оборудование для приготовления и подачи регенерационных растворов.

Для хранения кислот и щелочей устанавливаем емкости с учетом месячного запаса. Из складских баков реагенты поступают в баки-мерники, оттуда насосами дозаторами или эжекторами подаются либо в баки-нейтрализаторы, либо в схемы их утилизации.

Компоновка оборудования должна учитывать возможность дальнейшего расширения установки. При компоновке основного оборудования ВПУ должны быть обеспечены: удобное расположение аппарата, облегчающее работу обслуживающего персонала; полное использование помещения, вентиляция, возможность хорошего естественного освещения.

Осветлители, декарбонизаторы, громоздкие баки располагаем на открытом воздухе с применением обогрева и теплоизоляции.

По способу подключения ионитных фильтров в схемах обессоливания различают коллекторный (параллельный) и блочный (цепочки) принципы их соединения.

При полученной производительности ВПУ > 400 м3/ч выбираем блочный способ включения ионитных фильтров, при котором в состав каждого блока (цепочки) входит по одному фильтру соответствующей ступени ионирования, что обеспечивает полный цикл обработки воды по выбранной схеме. В данном случае каждый отдельный фильтр не является самостоятельным и блок работает периодически, имея три основных состояния: работа - резерв - регенерация (все фильтры действуют одновременно). ФСД в цепочку не включают.

В данной схеме в обязательном порядке предусмотрена дополнительная (резервная) цепочка, так как надежность схемы очень низкая и определяется наименее надежным узлом. Выход из строя любого элемента в цепочке приводит к необходимости отключения этой цепочки. Схема не может адаптироваться к значительному изменению показателей качества воды. Общее число оборудования значительно большее, чем в коллекторной схеме ВПУ. При разработке систем автоматизированного управления имеет место сложный алгоритм управления работой фильтров. К достоинствам блочных схем можно отнести упрощение контроля за качеством воды, снижение расхода реагентов на регенерацию и воды на собственные нужды за счет проведения совместных регенераций одноименных фильтров первой и второй ступени. Цепочка отключается на регенерацию по сигналу одного датчика, установленного после фильтра А1.

Размещено на Allbest.ru