Попередня обробка води на атомній електростанції

Процес здійснюється для пом'якшення води й має самостійне значення при підготовці води малої лужності підживлення води тепломереж. При Na-катіонуванні воду пропускають через шар катіоніту, який знаходиться у вихідному стані в Na-формі. При цьому процесі відбувається видалення із води іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ в обмін на еквівалентну кількість іонів Na⁺.

Таблиця 1.8. Na - катіонування

1.9 Розрахунок і вибір обладнання

Висновки до розділу

2.1 Вихідні дані

Тепломережі - це системи, що забезпечують теплом та підігрітою водою промислові та суспільні об'єкти, а також побутові потреби населення. Головним робочим середовищем у тепломережах є вода. З огляду на те, що вона може безпосередньо використовуватись населенням, її склад повинен відповідати санітарним та безпечним умовам та повинен бути близьким до складу природньої води. Оскільки вода у тепломережах має підвищену температуру (170 - 30 ^оС), то це призводить до підвищеної небезпеки відкладень та зростання інтенсивності корозійних процесів. Задача організації водного режиму якраз направлена на попередження негативних наслідків вказаних явищ.

У роботі передбачається розрахувати як енергобалансові та температурні характеристики тепломереж з побудовою графіку температурного режиму так і показники, що дозволяють судити про вірогідність процесів відкладень та корозії залежності індексу Ланжелье від температури.

Таблиця 2.1. Вихідні дані

2.2 Розрахунок об'ємів помешкань, що опалюються та потреб (витрат) тепла

Об'єм житлових будинків.

У першому наближені його можливо оцінити за рівнянням:

V_ж = f_пт ·m_ж ·H_пр (2.1)

V_ж =20·100000·3=6000000 м3

де V_ж - об'єм житлових будівель,м3; f_пт - питома житлова площа на одного мешканця ( залежить від місця проживання в середньому можливо приймати 20 м2 /чол ); m_ж - кількість жителів,100 тис.;

H_пр - середня висота приміщень ( 3 - 3,4 м ;приймаємо 3).

Витрати тепла на опалення житла.

Питомі втрати тепла

Розраховуються за рівнянням, що враховує час спорудження житла.

Вт/(м3 К); (2.2)

- питомі втрати, Вт/(м3 К); а та n - приймають значення, для будинків, збудованих до 1958 р. а =1,85, n = 6 ;V_ж - об'єм житлових будівель, м3 ;в коефіцієнт, що враховує кліматичні умови, для міста Хмельницький в=1,1

Теплові втрати тепла.

Вони пов'язані з теплопередачею тепла через стіни та покрівлю і поли та визначаються за розрахованими питомими втратами.

Q_т=q₀·V_ж· (t_в-t_н) (2.3)

Q_т =0,151·6000000·(20-(-21))=37,14МВт

де Q_т- втрати тепла через теплообмін у Вт, чи МВт,визначена із формули (1).

tв - температура повітря у приміщенні ( при знаходженні розрахункових втрат - розрахункова температура повітря t_в = 14...20 ⁰С, в залежності від призначення житла , див. стр.37 [ 1], приймемо, для звичайного житла 20 ⁰С);

t_н - температура повітря навколишнього середовища -21?

Витрати тепла на опалення житла.

Визначаються за рівнянням , що враховує не тільки власне втрати тепла через стіни, а також втрати тепла пов'язані з фільтрацією повітря із помешкання в навколишнє середовище через нещільності та прорізи, які періодично відкриваються, за умови, що організована механічна вентиляція відсутня:

Q_от^ж = Q_т ·(1+ м) - Q_тв (2.4)

Q_от^ж =37,14·(1+0,04)-15=23,62МВт

де

Q_от^ж - витрати тепла на опалення приміщень у Вт ( МВт);

Q_т - втрати тепла через теплообмін , МВт,із формули (2);

м - коефіцієнт, який враховує втрати на фільтрацію ( 0,03 ...0,06);

Q_тв =Q_твє+Q_твл (2.5)

Q_тв =5+10=15 МВт;

Внутрішні тепловиділення у приміщенні, пов'язані з приготуванням їжі, роботою побутових пристроїв, тепловипромінюванням помешканців), МВт. ( В зв'язку з незначними розмірами частіше всього цими тепловиділеннями нехтують). При потребі тепловиділення, пов'язані з виділенням тепла освітлювальними приладами наближено можливо розрахувати так:

Q_тве= b·м_тв·V_ж/ H_пр (2.6)

Q_тве =(10·0,25·6000000)/3=5 МВт;

де b ? 10 Вт/м2, м_тв? 0,25 - коефіцієнт, який враховує нерівномірність включення освітлення на протязі доби, Hпр - висота приміщень, м.

Тепловиділення людей:

Q_твл=m·Ф1· м_тв, (2.7)

Q_твл =100000·200·0,5=5 МВт, де

m - кількість людей, Ф1 = 110 300 Вт - тепловиділення однієї людини в залежності від інтенсивності праці, м_тв? 0,25…0,75 - коефіцієнт, який враховує нерівномірність перебування людей в помешканні).

Витрати тепла на опалення суспільних приміщень.

Питомі втрати тепла

Розраховуються за рівнянням (2.2), підставляючи замість - об'єм суспільних приміщень ( V_клуб =18000 м3, V_{ресторан}=5000 м3 ), м3.

Вт/(м³ К);

Вт/(м³ К);

Теплові втрати тепла.

Вони пов'язані з теплопередачею тепла через стіни та покрівлю і поли та визначаються за розрахованими питомими втратами по (2.3), використовуючи знайдене для них qо та розрахункові температури повітря для таких приміщень та розрахункову температуру навколишнього середовища для опалення t_но, яка вибирається для відповідних кліматичних зон за додатком 1 [ 1] . Для кожного з приміщень розрахунок ведуть окремо, а наприкінці визначають сумарні втрати.

Qт1 = q₀·V_ж· (t_в - t_н)=0,397·18000· (16-(-21))=0,264МВт

Qт2 = q₀·V_ж· (t_в - t_н) =0,492·5000· (24-(-21))=0,1107МВт

Q_загл= Q_т1+ Q_т2=0,264+0,1107=0,3747МВт

Витрати тепла на опалення суспільних приміщень Q_от^с Визначаються за рівнянням (2.4) коефіцієнт фільтрації м приймають у межах 0,25 ...0,30. Внутрішнім тепловиділенням, коли немає достатніх для розрахунку даних - нехтують, можливо також врахувати тепловиділення внаслідок роботи освітлювальних пристроїв.

Для клуба:

S=V/H=18000/10=1800 м2 ,

так як на одного жителя приходиться 1 м2 то

m_ж= S/1= 1800 чол.

Q_тве= b·м_тв·V_ж/ H_пр=(10·0,25·18000)/10=0,0045МВт;

Q_твл=m·Ф1·м_тв,=1800·200·0,5=0,18МВт;

Q=0,18+0,0045=0,1845МВт

Q_от1^с= Q_т1·(1+ м) - Q=0,264· (1+0,3)-0,1845=0,1587МВт

Для ресторанна :

S=V/H=5000/3=1666 м2 ,

так як на одного жителя приходиться 3 м² то

m_ж= S/3= 555 чол.

Q_тве= b·м_тв·V_ж/ H_пр =(10·0,25·5000)/3=0,0042МВт

Q_твл=m·Ф1·м_тв,=555·200·0,5=0,0555МВт

Q=0,0042+0,0555=0,0597МВт

Q_от2^с= Q_т2·(1+ м) - Q =0,1107·(1+0,3)-0,0597=0,084МВт

Q_от^с = Q_от1^с + Q_от2^с =0,1587+0,084=0,2427МВт;

Витрати тепла на опалення промислових будівель Q_от^пб

Визначаються у тій же послідовності та за тими ж рівняннями, що і для житлових приміщень, змінюються тільки температурні умови та коефіцієнт фільтрації (як для суспільних приміщень), а також внутрішнє тепловиділення, яке може бути значним. . Однак при розрахунку питомих втрат тепла додатково вводять поправку на нерівномірність опалення у вихідні дні та при відсутності роботи ( вночі). Поправочний коефіцієнт в межах 0,5..0.7., тобто q₀^пр = (0,5...0,7)q_о. Для найбільш поширених промислових будівель можливо користуватися також даними для q₀^пр із додатку 2 [ 1].

Внутрішнє тепловиділення обов'язково враховують, а от розраховувати тепловиділення внаслідок роботи освітлювальних пристроїв та людей - немає рації. Тепловиділення промислових механізмів розраховують по їх потужності та показнику ефективності використання електрики ( по к.п.д.).

Q_тв^пр=N (1 - зе)=3·10^6·(1-0,75)=0,75МВт;,

де

N - потужність механізмів 4МВт, зе- кпд механізму 0,75.

Вт/(м3 К);

q_0пр = (0,5...0,7)q0=0,5*0,438=0,219 Вт/(м3 К);

Q_т=0,219·10000·(14-(-21))=0,0766МВт;

Q_от^пб=Q_т·(1+ м)-Q_тв^пр=0,0766·(1+0,3)-0,75=-0,65,

так як виходить від'ємне число,то значення Q_от^пб приймаємо за нуль.

Витрати тепла на промислові потреби.

Такі потреби дуже різноманітні та залежать від продукції підприємств. В узагальненому розрахунку виходять із даних, які накопичені досвідом роботи подібних підприємств. Ці дані узагальнені у вигляді довідкових у вигляді питомих потреб у теплі на одиницю продукції - qпр. Розрахункові потреби тепла для цих споживачів знаходяться окремо, оскільки вони частіше всього забезпечуються подачею на підприємство пари відповідних параметрів. Для ефективного теплопостачання цих споживачів у цьому випадку на ТЕС використовують спеціальні теплофікаційні турбіни, здатні постачати такий пар з змінними витратами. Такі ТЕС називають теплоелектроцентралями ( ТЕЦ ). Теплові витрати у цьому випадку розраховуються:

Q_пр= q_пр m_пр/3,6 (2.8)

Q_пр =10·200/3,6= 555,55МВт

де

q_пр - питомі витрати тепла, для картону 10 ГДж/т; m_пр - продуктивність підприємства 200 т/год.

Витрати тепла на вентиляцію

Для жилих приміщень

Оскільки вони , як правило, не оснащуються примусовою вентиляцією, то витрати пов'язані з повітря обміном для них враховуються коефіцієнтом інфільтрації, тому окремо не розраховуються.

Для суспільних та промислових приміщень

Ці затрати розраховуються подібно до затрат на опалення, оскільки вони залежать від об'єму приміщень:

Q_в = m_к· С_р ·V_в·(t_вн - t_н) = q_в·V_в·(t_в - t_нв), (2.9)

де m_к - кратність повітря обміну, величина, яка встановлюється санітарними нормами та правилами безпеки 1,84·10^(-4); С_р - питома об'ємна теплоємність повітря ,1,26 кДж/(м3 К); V_в - об'єм приміщень, що оснащені вентиляцією, м3; t_в - температура повітря у приміщенні; t_нв - розрахункова температура зовнішнього повітря для вентиляції,-9?; q_в = m_к· С_р - питомі витрати тепла на вентиляцію Вт/(м3 К).

Q_в (клуб)=18000·1,8·10^(-4) ·1260· (16-(-9))=0,104МВт;

Q_в (ресторан)= 5000·1,8·10^(-4) ·1260· (24-(-9))=0,03825МВт;

Q_в (пром приміщення) = 10000·1,8·10^(-4)·1260·(14-(-9))=0,0533МВт;

Всього тепла на вентиляцію

Після розрахунку витрат тепла на для окремих об'єктів. Знаходять сумарні витрати тепла на вентиляцію:

Q_Уві =? Q_ві=0,104+0,03825+0,0533=0,1956МВт;

Витрати тепла на постачання підігрітої води

Постачання нагрітою водою відрізняється від постачання тепла на опалення, оскільки у цьому випадку до споживача надходить не тільки тепло у вигляді нагрітої води, а також і сама вода. При цьому вона повинна відповідати за своїм складом та санітарними нормами вимогам до питної води. Для води систем опалення такі жорсткі вимоги можуть не використовуватись. Якраз з цим пов'язано використання так званих відкритих та закритих систем тепломережі. У випадку відкритої системи склад води у опалювальних приладах та нагрітої води однаковий. У випадку закритої системи він може відрізнятися. Поняття закритої та відкритої систем теплопостачання близькі до понять залежної та незалежної схем теплопостачання. Різниця полягає у тому, що незалежна схема постачання передбачає фактично два незалежних контури тепломереж: зовнішній замкнутий, у якому циркулює вода між джерелом теплопостачання та споживачем. Витрати цієї води постійні, втрат води майже немає. Другий контур тепломереж доставляє гарячу воду як для опалення так і для споживання у будівлі. Обидва контури контактують тільки через поверхню підігрівача.

Залежна схема теплопостачання має об'єднаний (єдиний) контур циркулюючої води, однак споживачі можуть також підключатися по закритій та відкритих схемах. Просто в закритому варіанті схеми для цілей постачання нагрітою водою використовується окремий теплообмінник гарячої води, а вода для опалення іде з основного контуру.

Залежна схема може забезпечити більш високі температури роботи опалювальних приладі, але при її використанні тиск у мережі повинен бути більш високим, що збільшує вірогідність розривів та втрат води.

Тому в практиці роботи тепломереж перевагу віддають незалежним схемам теплопостачання з використанням групових теплових пунктів (ГТП), від яких безпосереднє постачання теплом ведеться по закритих схемах - окремо водою для опалення та гарячою водою.

Середньогодинні витрати тепла на горючу воду

Витрати тепла на гарячу воду на протязі доби дуже змінюються, значні відмінності є також за окремими днями тижня, тому в розрахунках використовують залежність, яка узагальнює статистичний досвід, накопичений практикою споживання гарячої води.

Q_г^ср=0,278•10^(-6)·m·(a + b)·Ср·(t_г - t_х)/n_с (2.10)

Q_г^ср =(0,278·10^(-6)·100000·(120+20)·4,19·(60-5))/24=37,37МВт

де Q_г^ср - середньодобове теплове навантаження , МВт; 0,278•10-6 - коефіцієнт перерахунку одиниць виміру; m- число мешканців ( споживачів) гарячої води; a - середньодобові витрати гарячої води на 1 мешканця ( 120 л/год); b - додаткові добові витрати води, пов'язані з її використанням суспільними підприємствами ( 20 л/год); Ср - теплоємність води , ( 4,19 кДж/(кг К); t_г - температура гарячої води ( 60 ⁰С); t_х - температура холодної води ( 5 ⁰С); n_с - продовжність користування гарячою водою за добу , за звичай - 24 год/добу.

Розрахункові витрати тепла на постачання гарячої води

Вони враховують нерівномірність споживання нагрітої води на протязі тижня, а також доби.

Q_г^р= ч_т·ч_д·Q_г^ср (2.11)

Q_г^р =1,1·1,8·37,37=73,99МВт

де ч_т - коефіцієнт тижневої нерівномірності нагрузки ( 1 ...1,2);

ч_д - коефіцієнт добової нерівномірності нагрузки ( 1,7...2,0).

Розрахункова теплова потужність підігрівачів тепломережі

Як видно із схеми на АЕС використовується двохсходинковий підігрів води. Сумарна їх теплова потужність знаходиться як сумма всіх розрахованих раніше потреб у теплі.

Q_У^тм=?Q_і=Q_от^ж+Q_от^с+Q_от^пб+Q_вУ+Q_г^р (2.12)

Q_У^тм=?Q_і =23,62+0,2427+0+0,1956+73,99=98,048МВт.

Складові рівняння розглянуті раніше.

Розрахункова теплова потужність (парова) на промислові потреби.

Вона приймається по фактичній потребі у парі і звичайно є предметом договору про теплопостачання з відповідним підприємством. При відсутності таких відомостей - розраховується за (2.8),таким образом приймемо значення по формулі (2.8):

Q_пр=555,555МВт

Розподіл теплової потужності між підігрівачами тепломережі

Підвищення економічності роботи тепломережі досягається за рахунок ефективного розподілу теплової потужності між підігрівачами тепломережі, включаючи також піковий котел, який використовується для досягнення максимальної потужності у найбільш холодний період опалення.

Нагрузка основного підігрівача

Основним підігрівачем є підігрівач, який використовує гріючу пару найбільш низького потенціалу із відборів турбіни - на схемі це підігрівач - 5.

Бажано, щоб він забезпечував основну теплову нагрузку опалення, яку можливо розрахувати, використовуючи поняття середньої розрахункової температури навколишнього середовища за період опалення tср. Ця середня температура наводиться у довідковій літературі поряд з розрахунковою температурою середовища (дод.1 [1]).

Використовуючи ці дані:

Q_т5=Q_от^ж(t_жо-t_ср)/(t_жо-t_н)+ Q_от^с (t_со-t_ср)/(t_со-t_н)+ Q_от^пб (t_по-t_ср)/(t_по-t_н)+

+Q_в?(t_по-t_ср)/(t_по-t_вн)+Q_г^р(t_г-t_х^ср)/(t_г-t_х), (2.13)

Qт5=23,62· (20-(-1,1))/(20-(-21))+0,1587· (16-(-1,1))/(16-(-21))+ +0,084· (24-(-1,1))/(24-(-21))+0,1956· (14-(-1,1))/(14-(-9))+73,99· (60-10)/(60-5)=

=79,67МВт;

де Q_і - відповідні теплові потоки розраховані за (2.4), (2.9), ; t_жо- нормована температура повітря у житлових приміщеннях 20?; tср - середня розрахункова температура навколишнього середовища за період опалення -1,1?; tн - розрахункова температура навколишнього середовища -21?; tсо - нормована температура повітря у соціальних приміщеннях. При розгляді різних приміщень беруть середнє значення; tпо - нормована температура повітря у промислових приміщеннях 14?;

tг- нормована температура гарячої води 60?; tхср- середня розрахункова температура холодної води за весь рік 10?; tх - розрахункова температура холодної води за період опалювання 5?.

Нагрузка пікового котла ( підігрівача)

Згідно з практикою роботи тепломереж він вмикається та працює у період найбільш низьких температур. Звичайно такий період складає до 5% від загальної подовженості опалювального сезону. Визначається температура цього періоду за дод.3 [1]. Наприклад, для Одеси з цього додатку знаходимо , що температура -15 ⁰С і нижче у Одесі тримається протягом ф_кр = 31 год , при загальній довготі опалювального режиму ф_от =3960 год. Таким чином пікова котельна повинна підключатися до роботи, коли температура навколишнього середовища у Одесі менше -15 ⁰С.

Маючи дані про ф_кр та ф_от, розраховують нагрузку пікової котельні:

Q_т7 = Q_Утм ·ф_кр / ф_от, МВт (2.14)

Або точніше :

Q_т7=Q_от^ж ·(t_но-t_кр)/(t_жо-t_но)+Q_от^с·(t_но-t_кр)/(t_со-t_но)+

+Q_от^пб·(t_но-t_кр)/(t_по-t_но) , (2.15)

де tкр - найнижча температура, яка зареєстрована у місті , наприклад, для Одеси це -20 ⁰С, див. дод.3 [1])

Q_т7=23,62·((-21)+25)/(20+21)+0,1587·((-21)+25)/(16+21)+

+0,084·((-21)+25)/(24+21)=2,28МВт

Нагрузка підігрівача другої сходинки (додаткового)

Цей підігрівач показаний на мал.1 під номером 6. Його задача забезпечити температурний режим тепломережі в умовах, коли температура навколишнього середовища нижче середньої розрахункової, але не досягла критичної, при якій підключається до роботи пікова котельня. Фактично це різниця між загальною розрахунковою потребою у теплі та тією часткою, яка покривається основним підігрівачем та піковою котельнею.

Q_т6 = Q_Утм - Q_т5

Q_т6=98,048-79,67=18,378МВт .

2.3 Вибір підігрівачів тепломережі та побудова графіку якісного регулювання режиму роботи