Водно-химический комплекс ТЭЦ-440

• Введение
• Обоснование метода и выбор схемы ВПУ с учётом качества воды
• Расчёт Na-фильтров
• Расчёт обессоливающей части ВПУ
• Расчет фильтра Н₂.
• Расчёт схемы подпитки теплосети. Расчет Na-катионитных фильтров
• Расчёт и выбор декарбонизатора
• Анализ результатов расчета ВПУ
• Компановка оборудования ВПУ
• Методы коррекции котловой и питательной воды. Основные мероприятия по поддержанию выбранного ВХР ТЭЦ
• Характеристика потоков конденсатов и схемы их очистки
• Система технического водоснабжения ТЭЦ
• Заключение
• Литература

На проектируемой ТЭЦ предусмотрено 3 блока: ПТ-80/100−130/13 и 2Т-180/210−130. Для обеспечения их паром, установлены барабанные котлы: 4БКЗ-420−140 и Е-500−13,8, основным топливом для которых является газ, а вспомогательным — мазут.

На тепловых электрических станциях вода расходуется на охлаждение (конденсацию) отработавшего пара, охлаждение воздуха, газов, масла, подшипников вспомогательных механизмов. Вода требуется также и для восполнения потерь пара и конденсата, как внутри электростанции, так и у внешних тепловых потребителей, а также для перемещения по трубам подлежащих удалению золы и шлака. Кроме того, вода расходуется для хозяйственных и бытовых нужд. Наибольшим является расход воды на ох-лаждение в конденсаторах отработавшего пара турбин.

Величина перечисленных выше расходов воды зависит от типа электро-станции, рода и количества сжигаемого топлива, типа и мощности уста-новленного основного и вспомогательного котельного и турбинного обо-рудования, температуры воды, используемой для охлаждения, а также от условий эксплуатации электростанции.

Для правильного выбора системы водоснабжения электростанции нужно знать расход (дебит) реки, т. е. количество воды, протекающей через попе-речное сечение, в кубических метрах в секунду. Расход реки неодинаков в разное время года и в разные годы, поэтому необходимо располагать дан-ными о режиме реки за несколько десятков лет, о наивысшем расходе воды в период весенних паводков и наименьшем — летом. Во время весенних па-водков расход рек бывает в 80−100 раз больше, чем в засушливые летние периоды.

Источником водоснабжения данной тепловой электростанции является река. Примем оборотную систему с градирнями.

водный химический комплекс водоснабжение Оборотная система водоснабжения осуществляется в том случае, когда расход реки меньше потребности электростанции в воде, при большом расстоянии до реки, а так же если электростанция расположена высоко над рекой.

В этой системе вода после конденсаторов направляется в специаль-ное охлаждающее устройство (градирню), по-сле охлаждения снова прокачивается циркуляционными насосами через конденсаторы. При таком замкнутом цикле вода исполь-зуется многократно.

Организация водного режима, представляет собой совокупность технологических, конструктивных и организационных мероприятий, которые должны обеспечивать содержание определённых примесей в пределах, установленных нормативными методами.

Главная цель водного режима — создание условий для надёжной работы основного и вспомогательного оборудования ТЭС, при любых эксплуатационных режимах, за счёт поддержания требуемого качества пара питательной и котловой воды.

Основными причинами, снижающими экономичность и надёжность работы ТЭО, являются:

— образование отложений на поверхностях теплообмена, образование отложений в проточной части турбин.

— образование и накопление шлама в теплоносителе энергоблоков.

— коррозия конструкционных материалов.

При выборе конкретного ВХР принимают во внимание факторы:

— тип оборудования.

— параметры рабочей среды.

— паропроизводительность.

— вид топлива.

— наличие или отсутствие промежуточного перегрева пара.

Внедрению выбранного водно-химического режима предшествует проведение экспериментальных и наладочных работ, цель которых определяет оптимальные условия для его ведения.

Обоснование метода и выбор схемы ВПУ с учётом качества воды

Выбор способов обработки добавочной воды котлов ТЭС производится в зависимости от качества исходной воды и типа установленного оборудования.

На КЭС и ТЭЦ восполнение потерь питательной воды производится обессоленной водой, если среднегодовое суммарное содержание анионов сильных кислот () исходной воды менее 5 мг-экв/кг и отсутствуют специфические органические соединения, которые не могут удаляться при коагуляции. Применение испарителей допускается при технико-экономическом обосновании и при наличии в исходной воде упомянутых органических загрязнителей.

Если >5 мг-экв/кг, то применяют химическое обессоливание в сочетании с мембранными методами или испарители.

На ТЭЦ с отдачей пара на производство восполнение потерь может производиться химически обессоленной водой или дистиллятом испарителей при технико-экономическом обосновании.

Для ТЭС с барабанными котлами в зависимости от параметров пара, способов регулирования температуры перегретого пара и качества исходной воды применяют одноили двухступенчатое обессоливание, при необходимости совмещаемое с мембранными методами. На ТЭС с прямоточными котлами применяют трёхступенчатое обессоливание.

Для подготовки подпиточной воды тепловых сетей с закрытой системой горячего водоснабжения могут применяться следующие схемы:

Ш при наличии на ТЭЦ водогрейных котлов — известкование с коагуляцией и Na-катионирование;

Ш при подогреве сетевой воды только в сетевых подогревателях — известкование с коагуляцией.

Водоподготовительные установки ТЭС, работающих на воде поверхностных источников, как правило, имеют стадию предварительной очистки воды, состоящую из осветлителей и осветлительных (механических) фильтров.

Предочистка предназначена для удаления из обрабатываемой воды грубо-, коллоиднои частично молекулярно-дисперсных веществ.

Существуют два типа предочистки:

Ш при карбонатной жёсткости исходной воды менее 2 мг-экв/кг целесообразно применять коагуляцию сернокислым алюминием ;

Ш при карбонатной жёсткости воды более 2 мг-экв/кг применяют обработку воды сернокислым железом с известкованием .

Дальнейшая обработка воды проводится на ионитных фильтрах выбранной схемы обессоливания.

В данном курсовом проекте имеем =2,3>2 мг-экв/кг. Следовательно, в схеме предочистки выбираем обработку воды методом известкования с последующей коагуляцией сернокислым железом.

Восполнение потерь питательной воды производится обессоленной на ионообменных фильтрах водой, т.к. ==0,3<5 мг-экв/кг. и в исходной воде нет специфических органических соединений.

Т.к. <2 мг-экв/кг и на ТЭЦ установлены котлы барабанного типа, то выбираем упрощённую двухступенчатую ионообменную схему обессоливания (H1 — Д — Н2 — А2).

Для подготовки подпиточной воды тепловых сетей с закрытой системой горячего водоснабжения и подогревом воды только в сетевых подогревателях применяем известкование с коагуляцией.

Эскиз выбранной схемы и пересчёт показателей качества воды по отдельным стадиям обработки.

Взвешенные вещества — 2,6 мг/кг

Сухой остаток — 154,4 мг/кг. Минеральный остаток — 141,3 мг/кг

Жесткость:

Ж₀ = 2,6 мг-экв/кг, Ж_к = 2,3 мг-экв/кг, Ж_нк = 0,3 мг-экв/кг.

Пересчет показателей качества из мг/кг в мг-экв/кг

Предочистка — коагуляция с известкованием.

Остаточная жёсткость:

мг-экв/кг;

мг-экв/кг;

где =0,2…0,7 — доза для коагуляции, мг-экв/кг;

Щёлочность остаточная:

мг-экв/кг;

где =0,3…0,4 — избыток извести при известковании исходной воды, мг-экв/кг.

Концентрация: , мг-экв/кг.

Концентрация не изменяется.

Концентрация: мг-экв/кг.

Первая ступень Н-катионирования (Н₁).

Жёсткость воды после Н₁ составляет 0,3 мг-экв/кг.

Кислотность равна сумме анионов сильных кислот:

мг-экв/кг.

В этом фильтре удаляются катионы в количестве

мг-экв/кг, где — остаточная жёсткость после предочистки.

Декарбонизатор.

Остаточная концентрация после декарбонизатора 7 мг/кг, экв. Следовательно, содержание будет мг-экв/кг.

Вторая ступень Н-катионирования (Н₂).

Кислотность после Н₂ не выше 0,05 мг-экв/кг. В Н₂ удаляются катионы в количестве 0,3 мг-экв/кг.

Вторая ступень анионирования А_{2 (}сильноосновное анионирование).

При упрощённом обессоливании А₂ удаляет из воды анионы всех кислот, оставшиеся после предочистки:

Качество обессоленной воды после А₂ в схеме упрощённого обессоливания:

Ш солесодержание — 2,5 мг-экв/кг;

Ш кремниевая кислота — 0,2 мг-экв/кг.

Расчёт Na-фильтров

Для подпитки теплосетей вода проходит Na-катионитовые фильтры, после чего жёсткость воды становится 0,3 мг-экв/кг.

Полное описание технологических процессов на ВПУ

На проектируемой ТЭЦ в качестве исходной воды используется вода поверхностных источников, которая содержит значительное количество примесей в разнообразных формах, следовательно, очистку воды организуем в два этапа.

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.

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 Ж_к>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 СаСО₃.

СО₂+Са (ОН)₂=СаСО₃+Н₂О

Образуется осадок карбоната кальция:

Ca (HCO₃)₂+Ca (OH)₂=2CaCO₃+H₂O Са²⁺+СО^2-₃=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 СО^2-₃

ОН-+НСО₃=СО^2-₃+Н₂О.

Остаточная жесткость, достигаемая в процессе известкования. Коагуляция FeSO₄ совместно с известкованием производится в осветлителе при t=30−40 C и оптимальной 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 осветляется. ОФ загружаются пористым дробленым материалом.

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.

В работе ионитных фильтров различают следующие стадии:

1. Ионирование воды (удаление примесей).

2. Регенерация после истощения ионитной емкости.

Ш Взрыхления слоя ионита (вода подается в обратном направлении, объем ионита увеличивается на 30−40%)

Ш Непосредственно регенерация (пропуск раствора определенной концентрации).

Ш 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 реакции:

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 декарбонизатор, который предназначен для удаления из обрабатываемой воды СО₂, а в ряде случаев Н₂S, NH₃. На эффективность декарбонизации влияют:

Ш температура обрабатываемой воды

Ш рН среды

Ш расход подаваемого воздуха

Ш площадь поверхности контакта фаз.

После декарбонизатора обрабатываемая вода направляется в группу фильтров А₂, которая служит для удаления анионов слабых кислот и проскоков сольных. Она загружена сильноосновным анионитом марки АВ-17−8. В этой группе фильтров протекают следующие реакции:

HCl+OH RCl+2H₂O

H₂NO₃+ROHRNO₃+H₂O

H₂SO₄+2ROHR₂SO₄+2H₂O

H₂SiO₃ + ROH R₂SiO₃ + 2H₂O

H₂CO₃ + 2ROH R₂CO₃ + 2H₂O

Регенерация сильноосновных анионитов осуществляется 4% раствором NaOH:

RCl + NaOH ROH + NaCl

R₂SO₄ + 2NaOH 2ROH + Na₂SO₄

R₂SiO₃ + 2NaOH 2ROH + Na₂SiO₃.

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. Щ_ост=Щ_исх.

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

CaR₂ + 2NaCl 2NaR + CaCl₂

MgR₂ + 2NaCl 2NaR + MgCl₂.

Определение производительности ВПУ для подпитки котлов и тепловых сетей. Назначение проектируемой ВПУ состоит в восполнении внутренних и внешних потерь теплоносителя на ТЭЦ.

Внутренние состоят из следующих потерь:

Внутристанционные потери пара и конденсата

Для котлов барабанного типа учитываем потери с продувкой

При использовании пара на разогрев мазута без возврата конденсата расчётное значение потерь для газомазутных станций принимается равным 0,15 т на 1 т сжигаемого мазута:

Внешние потери связаны с отпуском пара на производство, и рассчитываются с учётом 50% невозврата конденсата:

Общая производительность ВПУ для восполнения потерь в основном цикле ТЭЦ составит:

При расчёте производительности ВПУ подпитки теплосети учитываем, что в закрытых системах теплоснабжения расчётный часовой расход подпиточной умягчённой деаэрированной воды принимается равным 2% объёма воды в трубопроводах тепловых сетей и присоединённых к ним местных систем потребителей:

где 2300 и 7000 соответственно количество сетевой воды, поступающей в сетевые подогреватели турбины ПТ-80/100−130/13 и Т-180/210−130.

Расчёт обессоливающей части ВПУ

Расчет фильтра А₂. Необходимая площадь фильтрования:

м^2,

где Q = 179,71 м³/ч — производительность фильтров без учета расхода воды на их собственные нужды;

= 25 м/ч — скорость фильтрования.

Число установленных фильтров m = 3 одинакового диаметра.

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м².

По вычисленной площади определяем диаметр фильтра:

м,

По справочным данным принимаем фильтр с ближайшим большим стандартным диаметром, равным 2 м, ФИПа-II-2,0−0,6 (1, табл. П1).

Затем площадь фильтрования пересчитываем с учетом изменения диаметра:

м².

Продолжительность фильтроцикла каждого фильтра для (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном:

ч.

где T_u — полезная продолжительность фильтроцикла, ч

U — суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтр, мг-экв/л;

Q — производительность рассчитываемых фильтров, м³/ч;

h = 1,5 м — высота слоя ионита;

f_сm — сечение фильтра, м^{2 (}стандартного);

m — число установленных фильтров одинакового диаметра;

е_р = 400 г-экв/м³ — рабочая обменная емкость ионита (1, табл. П2).

Количество регенераций в сутки:

где t = 2 — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров.

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

м³;

м³ .

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч,

где p_u = 14,5 м³/м³ ионита — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров (1, табл. П3).

Расход химических реагентов на регенерацию одного фильтра:

кг

или

кг,

где b — удельный расход химреагентов, кг/м³ (1, табл. П2); = 42% - содержание активно действующего вещества в техническом продукте.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию группы одноименных фильтров:

кг,

кг.

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

м³/ч.

Расчет фильтра Н₂.

Необходимая площадь фильтрования:

м^2,

где Q = 191,32 м³/ч — производительность фильтров без учета расхода воды на их собственные нужды; = 25 м/ч — скорость фильтрования.

Число установленных фильтров m = 3 одинакового диаметра.

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м².

По вычисленной площади определяем диаметр фильтра:

м,

По справочным данным принимаем фильтр с ближайшим большим стандартным диаметром, равным 2 м, ФИПа-II-2,0−0,6 (1, табл. П1). Затем площадь фильтрования пересчитываем с учетом изменения диаметра:

м².

Продолжительность фильтроцикла каждого фильтра для (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном:

ч.

где T_u — полезная продолжительность фильтроцикла, ч, U — суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтр, мг-экв/л (г-экв/м³); Q — производительность рассчитываемых фильтров, м³/ч; h = 1,5 м — высота слоя ионита; f_сm — сечение фильтра, м^{2 (}стандартного); m — число установленных фильтров одинакового диаметра; е_р = 400 г-экв/м³ — рабочая обменная емкость ионита (1, табл. П2).

Количество регенераций в сутки:

где t = 2 — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров.

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

м³;, м³ .

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч,

где p_u = 13 м³/м³ ионита — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров (1, табл. П3).

Расход химических реагентов на регенерацию одного фильтра:

кг

или

кг,

где b — удельный расход химреагентов, кг/м³ (1, табл. П2);

= 75% - содержание активно действующего вещества в техническом продукте.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию группы одноименных фильтров:

кг,

кг.

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

м³/ч.

Расчет фильтра Н₁. Необходимая площадь фильтрования:

м^2,

где Q = 194 м³/ч — производительность фильтров без учета расхода воды на их собственные нужды; = 20 м/ч — скорость фильтрования. Число установленных фильтров m = 3 одинакового диаметра. Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м².

По вычисленной площади определяем диаметр фильтра:

м,

По справочным данным принимаем фильтр с ближайшим большим стандартным диаметром, равным 2,6 м, ФИПа-I-2,6−0,6 (1, табл. П1). Затем площадь фильтрования пересчитываем с учетом изменения диаметра:

м².

Продолжительность фильтроцикла каждого фильтра для (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном:

ч.

где T_u — полезная продолжительность фильтроцикла, ч

U — суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтр, мг-экв/л (г-экв/м³) ;

Q — производительность рассчитываемых фильтров, м³/ч;

h = 2,5 м — высота слоя ионита;

f_сm — сечение фильтра, м^{2 (}стандартного);

m — число установленных фильтров одинакового диаметра;

е_р = 640 г-экв/м³ — рабочая обменная емкость ионита (1, табл. П2).

Количество регенераций в сутки:

где t = 2 — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров. Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

м³;

м³ .

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч,

где p_u = 10,5 м³/м³ ионита — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров (1, табл. П3).

Расход химических реагентов на регенерацию одного фильтра:

кг или

кг,

где b — удельный расход химреагентов, кг/м³ (1, табл. П2); = 75% - содержание активно действующего вещества в техническом продукте.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию группы одноименных фильтров:

кг,

кг.

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

м³/ч.

Расчёт схемы подпитки теплосети. Расчет Na-катионитных фильтров

Необходимая площадь фильтрования:

м^2,

де Q = 326 м³/ч — производительность фильтров без учета расхода воды на их собственные нужды; = 30 м/ч — скорость фильтрования.

Число установленных фильтров m = 3 одинакового диаметра.

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м².

По вычисленной площади определяем диаметр фильтра:

м,

По справочным данным принимаем фильтр с ближайшим большим стандартным диаметром, равным 2,6 м, ФИПа-I-2,6−0,6 (1, табл. П1). Затем площадь фильтрования пересчитываем с учетом изменения диаметра:

м².

Продолжительность фильтроцикла каждого фильтра для (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном:

ч.

где T_u — полезная продолжительность фильтроцикла, ч

U — суммарное содержание катионов или анионов в воде, поступающей на фильтр, мг-экв/л (г-экв/м³) ;

Q — производительность рассчитываемых фильтров, м³/ч;

h = 2,5 м — высота слоя ионита;

f_сm — сечение фильтра, м^{2 (}стандартного);

m — число установленных фильтров одинакового диаметра;

е_р = 700 г-экв/м³ — рабочая обменная емкость ионита (1, табл. П2).

Количество регенераций в сутки:

где t = 2 — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров.

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

м³; м³ .

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч,

где p_u = 7,7 м³/м³ ионита — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров (1, табл. П3).

Расход химических реагентов на регенерацию одного фильтра:

кг

или

кг,

где b — удельный расход химреагентов, кг/м³ (1, табл. П2);

= 95% - содержание активно действующего вещества в техническом продукте.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию группы одноименных фильтров:

кг,

кг.

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

м³/ч.

Расчет схемы предочистки

Расчет осветлительных фильтров.

Необходимая площадь фильтрования определяется по формуле:

м^2,

где Q₀ = 536,5 м³/ч — производительность осветлительных фильтров;

₀ = 8 м/ч — скорость фильтрования;

Число установленных фильтров m₀ = 8.

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м^2,

По вычисленной площади определяем диаметр фильтра:

м.

По справочным данным принимаем фильтр с ближайшим большим стандартным диаметром, равным 3,4 м (1, табл. П1).

Затем площадь фильтрования пересчитываем с учетом изменения диаметра:

м².

Расход воды на взрыхляющую промывку каждого осветлительного фильтра:

м³;

где = 9,07 м² — сечение стандартного осветлительного фильтра;

i = 12 л/ (с· м²) — интенсивность взрыхления фильтра, загруженного антрацитом;

t_взр = 7 мин — продолжительность взрыхления.

Расход воды на отмывку осветлительного фильтра (спуск первого фильтрата в дренаж):

м^3,

где t_отм = 10 мин — продолжительность отмывки.

Часовой расход воды на промывку осветлительных фильтров:

м³/ч,

где n₀ = 2 — число промывок каждого фильтра в сутки.

Производительность брутто с учетом расхода воды на промывку осветлительных фильтров:

м³/ч.

Действительная скорость фильтрования во время выключения одного фильтра на промывку (при работе (m₀ — 1) фильтров):

м/ч.

Выбираем 4 двухкамерных фильтра ФОВ-2К-3,4−0,6.

Расчет осветлителей.

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

Емкость каждого из двух осветлителей определяется по формуле:

м^3,

где = 575 м³/ч — полная производительность всей установки;

= 1,3 ч — продолжительность пребывания воды в осветлителе.

По V_осв выбирается осветлитель ВТИ-400и с учётом того, что =575 м³/ч (1, табл. П4).

Необходимое количество реагентов при коагуляции и известковании подсчитывается следующим образом:

Расход коагулянта FeSO₄· 7H₂O в сутки:

кг/сут,

где G_к — расход безводного 100%-го коагулянта, кг/сут;

Э_к = 75,16 — эквивалент безводного коагулянта;

К_Fe = 0,7 мг-экв/кг — доза коагулянта.

Расход технического коагулянта в сутки:

кг/сут,

где = 50% - процентное содержание коагулянта в техническом продукте.

Расход полиакриламида (ПАА) в сутки:

кг/сут,

где d_ПАА = 1 мг/кг — доза полиакриламида.

Расход извести (в виде Ca (OH)₂):

кг/сут,

где 37,05 — эквивалент Ca (OH)₂;

d_изв — доза извести.

мг-экв/кг.

Расчёт и выбор декарбонизатора

Исходными данными при расчёте декарбонизатора являются производительность, определяемая местом включения декарбонизатора в схему ВПУ, концентрация CO₂ на входе и выходе из декарбонизатора, температура обрабатываемой воды.

Концентрация CO₂, мг/кг, на входе в декарбонизатор в схемах предочистки известкования с коагуляцией рассчитывается с учётом удаления CO₂ исходной воды при известковании и остаточной бикарбонатной и карбонатной щёлочностей и соответствующих мольных масс и эквивалентов.

Для рассмотрения условий концентрация CO₂ перед декарбонизатором равна:

мг/кг

Количество CO₂, удалённого в декарбонизаторе:

кг/ч

Необходимая площадь десорбции при температуре 30 ^oC (с учётом коэффициента десорбции К_ж=0,5 м³/ (м²ч)) и средней движущей силы десорбции =0,015 кг/м³ :

м²

Площадь требуемой поверхности насадки:

м²

Объём насадки определяется по формуле:

м³

где — удельная поверхность колец Рашига; =206 м²/м³

Площадь поперечного сечения декарбонизатора при плотности орошения д=60 м³/ (м²· ч) определяется по формуле:

м²

Диаметр декарбонизатора:

м

По справочным данным выбираем ближайший больший стандартный, равный 3,4 м (1, табл. П5).

Высота насадки колец Рашига:

м

Расход воздуха на декарбонизацию воды:

м³/ч

Анализ результатов расчета ВПУ

Табл.1 Оборудование предочистки и ионообменной части.

Табл. 2 Расход реагентов на ионитные фильтры в сутки.

Общий суточный расход реагентов на регенерацию.

H₂SO₄ — 1760,7 кг

NaOH — 4575,4 кг

NaCl — 3129,77 кг Извести — 2229,2 кг Коагулянта — 1452 кг Флокулянта — 13,8 кг Табл. 3 Расход фильтрующих материалов на ВПУ.

Суммарное количество загруженного в фильтры анионита:

АВ-17−8 = 14,13 м³.

Суммарное количество загруженного в фильтры катионита:

КУ-2 = 93,65 м³

Табл. 4 Расход на собственные нужды фильтров.

Компановка оборудования ВПУ

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

На крупных ТЭС водоподготовительные установки обычно выносятся в отдельное здание либо размещаются в здании объединённого вспомогательного корпуса. Отдельное здание ВПУ удобнее располагать со стороны постоянной торцовой стены главного здания ТЭС. Торцовая нерасширяемая часть здания выполняется обычно в виде трёх или четырёхэтажной 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, оборудованием для приготовления и подачи регенерационных растворов.

Для хранения кислот и щелочей устанавливается не менее чем по две ёмкости для каждого реагента с учётом месячного запаса. Из складских баков реагенты поступают в баки-мерники, оттуда насосами-дозаторами или эжекторами подаются на регенерацию фильтров. Сточные воды ВПУ поступают либо в баки-нейтрализаторы, либо в схемы их утилизации.

Компоновка оборудования должна учитывать возможность дальнейшего расширения установки. При компановке 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 располагаются, как правило, на открытом воздухе с применением в необходимых случаях обогрева и теплоизоляции.

Т.к. в данном курсовом проекте производительность ВПУ меньше 400 м³/ч, то предпочтение отдаём коллекторному способу включения фильтров.

При данном способе включения фильтров исходная вода из общего коллектора параллельными потоками к каждому фильтру данной ступени. Фильтрат после фильтров также собирается в общий коллектор и поступает на группу фильтров следующей ступени. Таким образом, ионитные фильтры в схеме соединены параллельно, а ступени обессоливания — последовательно. В коллекторных схемах отдельный фильтр автономен, т. е. его состояние (работа — резерв — регенерация) не определяет состояние группы однородных фильтров. Группа однородных фильтров обрабатывает воду непрерывно, а отдельный фильтр — периодически. Число работающих фильтров в ступени можно изменять в зависимости от требуемой производительности. Частота регенерации отдельных фильтров непосредственно не связана с частотой регенерации в разных ступенях и определяется ионным составом обрабатываемой воды. Схема универсальна, хорошо адаптируется к изменениям состава воды и производительности, надёжность её достаточна высока, экономична по количеству оборудования и ионита, имеет более простые алгоритмы управления, но расход химических реагентов на регенерацию значительно выше, чем в блочной схеме, и при автоматизации требует большего количества датчиков химического контроля.

Нормы качества котловой, питательной воды, перегретого пара, воды теплосетей и сетевой воды

Основной задачей ВХР каждой ТЭС является обеспечение работы теплосилового оборудования без повреждений и снижения экономичности, которые могут быть вызваны следующими причинами:

— образование отложений на поверхностях нагрева котлов, в проточной части турбины, на поверхностях трубок конденсаторов и т. п.

— образованием и накоплением шлама в котловой воде, тракте питательной воды, в тепловых сетях.

— коррозией внутренних поверхностей теплоэнергетического оборудования.

Для предотвращения перечисленных выше негативных явлений на ТЭС предусматривается организация целого ряда технических мероприятий, объединённых общим понятием «ВХР». Внедрению конкретного ВХР на ТЭС предшествует проведение экспериментальных и наладочных работ, цель которых — определить оптимальные условия для его осуществления.

При выборе ВХР для конкретной ТЭС принимают во внимание:

— тип парового котла;

— параметры рабочей среды;

— паропроизводительность;

— вид топлива;

— теплонапряжение генерирующей поверхности нагрева;

— наличие или отсутствие промежуточного нагрева пара и т. д.;

Правильно выбранный и грамотно реализованный ВХР позволяет строго соблюдать установленные нормы качества питательной и котловой воды, перегретого пара, что в свою очередь гарантирует обеспечение безаварийной работы теплоэнергетического оборудования.

Эти нормы приведены в ПТЭ конкретно для каждого типа котлов, эксплуатируемых в энергосистеме, а также подпиточной воды тепловых сетей.

Согласно ПТЭ нормирование водного режима котлов барабанного типа включает в себя нормы качества перегретого пара (1, табл. 2.10), питательной (1, табл. 2.11) и котловой (1, табл. 2.12) воды:

Таблица 2.10

Таблица 2.11

Таблица 2.12

К основным мероприятиям по поддержанию нормируемых показателей водно-химического режима энергоблоков ТЭЦ относятся: предпусковые промывки оборудования; постоянная продувка котлов при установившихся режимах и усиленная продувка во время переходных режимов; проведение эксплуатационных промывок оборудования; консервация оборудования во время простоев; герметизация баков питательной воды и ее составляющих в целях предотвращения попадания кислорода в пароводяной цикл; обессоливание и обескремнивание добавочной воды; удаление свободной угольной кислоты из добавочной химически обработанной воды; оснащение конденсаторов специальными дегазирующими устройствами в целях удаления кислорода из конденсата; обеспечение достаточной герметичности конденсаторов турбин со стороны охлаждающей воды и воздуха; постоянный вывод неконденсирующихся газов из паровых камер теплообменников; тщательное уплотнение конденсатных насосов, арматуры и фланцевых соединений трубопроводов, находящихся под разряжением; антикоррозионное покрытие оборудования и применение коррозионно-стойких материалов; введение в пароводяной цикл корректирующих химических реагентов, соответствующих данному водно-химическому режиму; автоматическая дозировка добавок, корректирующих водный режим.

Нормы качества котловой воды для подпитки тепловых сетей и сетевой воды приведены в (1, табл. 2.17)

Таблица 2.17

Методы коррекции котловой и питательной воды. Основные мероприятия по поддержанию выбранного ВХР ТЭЦ

К основным методам коррекции водного режима с котлами барабанного типа относят: фосфатирование совместно с подщелачиванием едким натром котловой воды, амминирование и гидразинную обработку питательной воды. Каждый метод коррекции теплоносителя решает свою конкретную задачу.

В настоящее время достаточно широкое применение для коррекции теплоносителя находит хеламин. Его использование позволяет одновременно решать проблемы коррозии (включая стояночную) и отложений в конденсатно-питательном и водопаровом трактах. Использование хеламина позволяет исключить дозирование аммиака, гидразина, фосфатов, едкого натра.

Характеристика потоков конденсатов и схемы их очистки

Конденсаты являются основной составляющей частью питательной воды котлов любых давлений и производительностей, но особенно для высоких и сверхвысоких давлений. Их ценность состоит в отсутствии кремниевой кислоты, солей и высокой температуры некоторых потоков.

Конденсаты ТЭС разделяются на следующие группы:

1. Турбинные конденсаты: Т = 25 — 45 С, наиболее чистые, содержат лишь газы NH₃, CO₂ и следы O₂, незначительное количество продуктов коррозии.

2. Конденсаты пара регенеративных подогревателей низкого и высокого давлений, содержащие в значительно больших количествах, чем турбинные конденсаты, продукты коррозии. Т = 50 — 100 С.

3. Конденсаты пара сетевых подогревателей: Т = 80 С, более коррозийно-агрессивные, при нарушении трубной системы может попасть сетевая вода.

4. Конденсаты подогревателей сырой и химически очищенной воды: Т = 50 — 100 С, содержат продукты коррозии, при неплотностях трубных систем, и соли жесткости.

5. Дренажные конденсаты, пар от расширителей, непрерывных продувок и т. п.: Т = 100 С и выше (для барабанных котлов), высокое содержание оксидов железа.

6. Внешние производственные конденсаты: могут содержать кроме оксидов Fe, Cu, Zn, CO₂ и О₂, масла, нефтепродукты, смолы и т. д. Особенно опасно содержание в них хлороформа, дихлорэтана, нитробензола, т.к. в котловой воде они разлагаются с образованием сильных минеральных кислот.

Сокращение потерь конденсата, предотвращение загрязнения, сбор, возврат на ТЭЦ и в случае необходимости очистка являются основными задачами персонала турбинного и химического цехов ТЭЦ. Для этой цели на всех тепловых станциях проектируются специальные конденсатоочистки.

Для очистки конденсатов от продуктов коррозии с учётом температуры конденсата применяем механические, а также катионитные фильтры, загруженные сульфоуглем при температуре конденсата <50 С, либо КУ-2 при температуре ?100 С.

Очистка конденсатов от нефтепродуктов осуществляется методом отстоя в специальных ёмкостях и сорбцией в фильтрах, загруженных антрацитом, коксом, полукоксом, активированным углем.

Система технического водоснабжения ТЭЦ

Основными потребителями технической воды на тепловых и атомных станциях являются конденсаторы паровых турбин, которые используют охлаждающую воду для конденсации пара. Кроме того, техническая вода используется в маслоохладителях турбин и вспомогательного оборудования, в охладителях водорода статоров электрогенераторов, в системах охлаждения подшипников, вспомогательных механизмов, а также для восполнения потерь в основном цикле станции и теплосетях.

В водохозяйственном балансе ТЭС расход воды на охлаждение конденсаторов измеряется десятками тысяч тонн. Для 2Т-180/210−130 расходуется — 44 000 т/ч, ПТ-80/100−130/13 — 8000 т/ч.

м³/ч

Принимаем оборотную систему с градирнями. Градирня отличается большой производительностью и компактностью. Для целей охлаждения на проектируемой ТЭЦ будут использованы башенные градирни с пленочным оросителем.

Основной характеристикой такой градирни является плотность орошения, которая характеризует отношение расхода циркуляционной воды к площади орошения.

К установке применяем 2 градирни с производительностью 23 000−30 000 м³/ч.

F_cт=4000 м², высотой 90 м, основанием 76,5 м, устьем 43 м.

На станции располагается центральная насосная станция. Охлаждающая вода после градирни самотеком по железо-бетонным панелям поступает к циркуляционным насосам. На насосной станции применяются циркуляционные насосы в количестве 4 шт. типа ОПВ2−110 с подачей воды 18 000 м³/ч каждый (без резерва).

Заключение

В проекте была разработана водоподготовительная установка ТЭЦ мощностью 440 МВт.

В первой части проекта были изучены показатели исходной воды, сделан их пересчет в мг-экв/кг. Затем была выбрана схема обработки воды: предочистка — коагуляция с известкованием, обессоливающая часть — ионный обмен (упрощенная схема Н₁ — Д — Н₂ — А₂), для подготовки подпиточной воды в теплосеть на второй стадии обработки используется ионный обмен (Na-ионитные фильтры).

Далее был проведен пересчет показателей качества исходной воды по отдельным стадиям обработки и полное описание процессов, происходящих на ВПУ.

Рассчитали схему ВПУ и определили, что на станции должно быть установлено следующее оборудование: два осветлителя типа ВТИ-400и, восемь осветлительных фильтров типа ФОВ-2к-3,4−0,6, три фильтра Н₁ типа ФИПа-I-2,6−0,6, три фильтра Н₂ типа ФИПа-II-2,0−0,6, три фильтра А₂ типа ФИПа-2,0−0,6 и три фильтра Na типа ФИПа-I-2,6−0,6.

Во второй части курсового проекта были описаны водно-химические режимы и выбран оптимальный режим для данной станции, нормы качества воды и пара, характеристики потоков конденсатов и способы их очистки.

Также в спецзадании была рассчитана и описана схема технического водоснабжения ТЭЦ. Для системы требуется две стандартных градирни по 4000 м².

Было определено, что на насосной станции применяются циркуляционные насосы в количестве 4 шт. типа ОПВ2−110 с подачей воды 18 000 м³/ч каждый (без резерва).

1. В. А. Чиж, Н. Б. Карницкий Водоподготовка и водно-химические режимы теплоэлектростанций — Учебное пособие, Минск 2004.

2. Рыжких В. Я. Тепловые электрические станции. — М.: Энергоиздат, 1987