Проект воднохимического комплекса КЭС-4800 МВт

Министерство образования Республики Беларуси

Белорусский национальный технический университет

Энергетический факультет

Кафедра «Тепловые электрические станции»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Воднохимические режимы»

Тема:

Проект воднохимического комплекса КЭС-4800 МВт

Выполнил: студент гр.106 418

Захаркин М.А.

Руководитель:

доцент, к.т.н. Чиж В.А.

Минск, 2011

1. Проект ВПУ КЭС

1.1 Характеристика источника водоснабжения

1.2 Расчет производительности ВПУ

1.3 Обоснование и выбор метода и схемы ВПУ. Выбор схемы

1.4 Расчет схемы обессоливания

1.5 Расчет схемы умягчения

1.6 Расчет схемы предочистки

1.7 Анализ результата расчета ВПУ

1.8 Выбор и описание компоновки ВПУ

2. ВХР КЭС

2.1 Задачи ВХР

2.2 Нормирование показателей качества воды

2.3 Методы коррекции теплоносителя

2.4 Конденсаты КЭС и схема их очистки

3. Система технического водоснабжения КЭС

3.1 Назначение системы и расчёт потребностей КЭС в технической воде

3.2 Выбор охладителя. Описание и расчёт

3.3 Выбор циркуляционных насосов и их компоновка Заключение Литература 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.

В атомной энергетике также применяются почти исключительно паротурбинные агрегаты.

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 водно-химического режима на электрических станциях является обеспечение работы основного и вспомогательного оборудования без уменьшения надежности и экономичности, которые могут быть вызваны:

- образованием отложений на поверхностях нагрева,

— наличием шлама в котлах, в тракте питательной воды, в теплосетях.

— процессами коррозии внутренних поверхностей теплоэнергетического оборудования.

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.

На данной станции работают 4 блоков, состоящих из 4-ех турбоагрегатов К-1200−240 и котлоагрегатов Пп-3950−25−545, паропроизводительностью 3950 т/ч; основное топливо — газ; источник воды — река.

Одновальная конденсационная паровая турбина К-1200−240−3 производственного объединения турбостроения «Ленинградский металлический завод» без регулируемых отборов пара с промежуточным перегревом номинальной мощностью 1200 МВт, с частотой вращения 50с^-1 (3000 об/мин) предназначена для привода генератора переменного тока типа ТВВ-1200−2, для покрытия базовой нагрузки, нормального и аварийного регулирования мощности энергосистемы, а также пиковых электрических нагрузок. Турбина К-1200−240 соответствует требованиям ГОСТ 3618–85 и ГОСТ 24 278–85.Турбина имеет девять нерегулируемых отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды. Подогрев осуществляется в пяти ПНД поверхностного типа, деаэраторе и трех ПВД до температуры 274 °C (при номинальной нагрузке турбины). Кроме регенеративных отборов допускаются следующие отборы без снижения поминальной мощности турбины: и 3 отборов за 3-й ступенью ЦСД давлением 1,82 МПа на мазутное хозяйство и общестанционные нужды — 100 т/ч; из отбора за 6-й ступенью ЦСД давлением 0,83 MПa на приводные турбины воздуходувок — 108 т/ч, из отбора за ЦСД и за 1-й ступенью ЦНД давлением 0,43 МПа и 0,21 МПа; на сетевые подогреватели для покрытия теплофикационной нагрузки в количестве 188 ГДж/ч, из отбора за ЦСД давлением 0,43 MПa на калориферы 170 т/ч. Кроме указанных отборов пара без сохранения номинальной мощности турбины допускается отбор пара за 11. ВД (4,14 MПa) в количестве 100 т/ч.Два главных питательных насоса имеют паровые приводы, пар на которые отбирается за 3-й ступенью ЦСД под давлением 1,82 МПа и при температуре 450 °C в количестве 176 т/ч при номинальном режиме и расходе пара главной турбиной, равном количеству питательной воды, подаваемой в котел.

Котел ПП- 3950−25−545/542 ГМН (ТПМП-1202) предназначен для работы на высокосернистом мазуте (резервное топливо) и природном газе (основное топливо) в блоке с турбиной мощностью 1200 МВт. Котел прямоточный, на сверхкритические параметры пара с промперегревом, однокорпусный, выполнен по закрытой П-образной компоновке. Топочная камера призматическая, открытая, является восходящем газоходом. В горизонтальном сечении по осям труб топка имеет размеры 10,26×30,95 м. Котел рассчитан на работу под наддувом. В нижней части топочной камеры на фронтовой и задней стенках в три яруса размещены 56 комбинированных вихревых горелок (по 28 горелок с каждой стороны).

В нижнюю часть топочной камеры с целью снижения максимального теплонапряжения и уменьшения опасности высокотемпературной коррозии экранов вводятся газы рециркуляции. Рециркуляция дымовых газов вводится также и в верхнюю часть топочной камеры с целью выравнивания тепловых потоков по периметру топки. Газы на рециркуляцию отбираются за водяным экономайзером. Топочная камера, потолок, стены горизонтального и опускного газоходов экранированы цельносварными экранами, изготовленными из плавниковых труб 32×6 мм (сталь 12Х1МФ) с шагом 46 мм. Цельносварные экраны топочной камеры разделены по высоте на три радиационные части: нижнюю (НРЧ), среднюю (СРЧ) и верхнюю (ВРЧ). НРЧ выполнена двухходовой с байпасом первого хода, СРЧ и ВРЧ — одноходовые. Одноходовым выполнен и экран потолка горизонтального опускного газоходов. Задний экран ВРЧ образует в верхней части полочной камеры аэродинамический выступ, защищающей ширмы от прямого излучения из топочной камеры. На выходе из топочной камеры расположен вертикальный ширмовый перегреватель высокого давления, выполненный из труб 32×6 мм (сталь 12Х1МФ). За ширмами установлены вертикально расположенные первая и вторая ступени конвективного пароперегревателя высокого давления, первая состоит из труб 42×7 мм (сталь 12X1МФ), а вторая — из труб того же диаметра и толщины стенки, но из стали 12Х18Н12Т и является выходной ступенью пароперегревателя. Далее в горизонтальном газоходе расположена выходная ступень промперегревателя, выполнена из труб О 60×5 мм, (сталь 12Х18Н12Т).

Места прохода змеевиков ширмовых пароперегревателей через цельносварные ограждения котла закрыты специальными уплотнениями. С целью обеспечения плотности потолок котла закрыт «теплым ящиком», в который подается горячий воздух под давлением, превышающим давление в газоходе котла. В конвективном (опускном) газоходе последовательно расположены входная ступень промпароперегревателя, выполненная из труб 50×4 мм (сталь 12X1 МФ), и водяной экономайзер из труб 32×6мм (сталь 20). Среда высокого давления от входа в котел и выхода из него движется двумя перемешивающимися потоками, каждый из которых перед ширмами котел разделяется на два подпотока с автономным регулированием температуры пара. Температуру пара высокого давления регулируется впрыском питательной воды перед ширмами и второй ступенью конвективного пароперегревателя. Тракт промперегревателя четырехпоточный от входа до выхода. Регулирование температуры промперегрева производится рециркуляцией дымовых газов и впрыском конденсата. Для регулирования температуры пара высокого давления и промперегревателя в период растопки за котлом установлены пусковые пароохладители. Для обеспечения пусковых режимов в каждом потоке высокого давления котла установлен встроенный растопочный узел с центробежными сепараторами и соответствующим набором арматуры, оснащенный насосами рециркуляции среды для работы при сниженных нагрузках. Водяной экономайзер мембранного типа состоит из змеевиков 32×6 мм из стали 20, к которым сверху и снизу приварена полоса 32×3 мм из стали 20. Для подогрева воздуха в котле предусмотрены три регенеративных вращающихся воздухоподогревателя, которые вынесены за пределы котла. Диаметр ротора воздухоподогревателя составляет 14,5 м, выполнен из стали 08кп. Обмуровка котла представляет собой натрубную изоляцию толщиной 160 мм, обшитую сверху металлическим листом. Котел подвешивается к конструкции здания, в связи с чем собственный несущий каркас отсутствует. Предусмотрен обвязывающий каркас, воспринимающий усилия от наддува, а также от системы помостов и лестниц для обслуживания котельной установки. Для очистки поверхностей нагрева от загрязнения предусмотрены длинно выдвижные обдувочные аппараты в горизонтальном газоходе, дробеструйная установка в опускном газоходе, паровая обмывка и водяная обмывка регенеративного воздухоподогревателя. Котел спроектирован с учетом возможности ремонта труб всех поверхностей нагрева. Котельная установка снабжена необходимой арматурой, устройствами для отбора проб пара и воды, а также контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации и тепловой защиты технологических процессов.

1. Проект ВПУ КЭС.

1.1 Характеристика источника водоснабжения

Источник водоснабжения для КЭС является природная вода со следующими показателями качества:

Сухой остаток: 295мг/дм³.

Окисляемость: 8,3 мг/ дм³.

Щелочность: 3,3 мг/ дм³

Жесткость:

общая: Ж₀=4,3 мг-экв/ дм³;

карбонатная: Ж_к=3,3 мг-экв/ дм³;

некарбонатная: Ж_нк=1,0 мг-экв/ дм³;

По преобладающему катиону — жёсткость кальцевая. По преобладающему аниону — вода бикарбонатная. Вода повышенной жёсткости, так как Ж₀=4,3 мг-экв/ дм³. Кремниевая кислота в воде в виде коллоидной и диссицированой форме.

1.2 Расчет производительности ВПУ КЭС Основное назначение ВПУ — восполнить потери пара и конденсата в пароводяном тракте КЭС. Согласно ПТЭ внутренние потери станции принимаются в пределах 2% от суммарной производительности котлов, установленных на КЭС.

Q_внут= D*n*2% = 4*0.02*3950т/ч = 316 т/ч.

Потери на мазутном хозяйстве оценивается в количестве 0,15 т пара на 1 т сжигаемого топлива, для котла Пп- 3950−25−545/542 ГМН B_маз =280 т/ч:

Q_маз=0,15*B_маз*n=0.15*4*280=168 т/ч

Запас обессоленной воды принимается по самому мощному блоку КЭС.

Для блока мощностью 1200 МВт запас составляет 100 т/ч.

Суммарная производительность установки по подготовке обессоленной воды для подпитки основного пароводяного тракта составит:

Q_ВПУ = Q_внутр+Q_маз+ 100 = 316 +168+ 100 = 584 т/ч.

Расчёт производительности ВПУ для подпитки тепловых сетей.

Производительность данной установки определяется объемом сетевой воды циркулирующей в системе.

Для турбоагрегата К-1200−240:

G_с.в.=900 т/ч

Q^ВПУ_КЭС =2%*n*G_с.в.=0,24 900=72 т/ч

1.3 Обоснование метода и схемы подготовки воды на КЭС Выбор схемы Выбор конкретной схемы ВПУ производится в зависимости от качества исходной воды, типа котлоагрегата, требований, предъявляемых к качеству исходной воды.

Схемы химического обессоливания целесообразны для природных вод с среднегодовым суммарным содержанием анионов сильных кислот А_ск не более 5 мг-эквкг и при отсутствии специфических органических соединений, которые не могут быть удалены на предочистке коагуляцией.

Если же А_ск5 мг-эквкг, то в качестве первой ступени в схеме применяют электродиализ или обратный осмос, дообессоливание ведут на ионитных фильтрах.

?А_ск(Cl ^- + SO₄^2- + NO₃^- + NO₂^-) = 0,72 + 0,281 + 0 + 0 = 1,001 мг;

экв/кг<5 мг-эквкг.

Химически обессоленная вода используется на КЭС для восполнения внутренних потерь в пароводяном тракте энергоблока и внешних у потребителей тепловой энергии.

Для данной КЭС с прямоточными котлами, учитывая их специфику, в частности, отсутствие возможности коррекционной обработки котловой воды, подпиточная вода, независимо от показателей качества исходной, готовится по трехступенчатой схеме обессоливания. Т.к. источником являются поверхностные воды, то перед обессоливанием вода проходит предварительную очистку, после этого поток делится на два: поток 1 используется для подготовки добавочной воды котлов, поток 2- направляется в схему умягчения, где теплоноситель готовится для подпитки тепловых сетей.

В результате гидролиза и осаждения:

4FeSO₄+10H₂O+O₂ = 4Fe (OH)₃ + 4H₂SO₄;

Ca (HCO₃)₂ + H₂SO₄ CaSO₄ + 2H₂O + 2CO₂^;

Mg (HCO₃)₂ + H₂SO₄ MgSO₄ + 2H₂O + 2CO₂^;

2NaOH + H₂SO₄ Na₂SO₄ + 2H₂O;

Ca (OH)₂ + H₂SO₄ CaSO₄ + 2H₂O

Выбор предочистки производится производится в зависимости от показателей качества исходной воды. Если Ж_к2 мг-экв/кг, то коагуляцию проводят сернокислым алюминием Al₂(SO₄)₃.При Ж_к2 мг-экв/кг коагуляцию FeSO₄ совмещают с известкованием Ca (OH)₂.

В данном случае Ж_к=3,3 мг-экв/кг 2, т. е. используем коагуляцию FeSO₄ с известкованием Ca (OH)₂.

Для подпитки теплосети применяются Na-катионитовые фильтры.

Пересчет показателей качества воды на отдельных стадиях обработки.

Фильтры Н₁, Н₂ и часть ФСД загружается универсальным катионитом КУ-2. Фильтры А₁ -низкоосновным анианитом АН-31, фильтры А₂ и часть ФСДвысокоосновным анианитом АВ-17−8. На первой ступени удаляется основная масса истинно растворённых примесей.

1.1 Первая ступень Н — катионирования (Н₁).

В этом фильтре удаляются катионы, в количестве мг-экв/кг, где общая остаточная жесткость после предочистки:

.

Удаление катионов протекает по реакциям:

CaCl₂ + 2HR CaR₂ + 2HCl;MgSO₄+2HRMgR₂+H₂SO₄;

Ca (HCO₃)₂+2HRCaR₂+2CO₂^+2H2O;

Mg (HCO₃)₂+2HRMgR₂+2H₂CO₃+2CO₂^+2H₂O;

CaSiO₃+2HRCaR₂+H₂SiO₃;

Na₂SO₄+2HR2NaR+H₂SO₄.

1.2 Первая ступень анионирования А₁(слабоосновное анионирование)

В этом фильтре удаляются анионы сильных кислот в количестве:

.

H₂SO₄+2ROHR₂SO₄+2H₂O;

HCl+ROHRCl+H₂O

1.3 Декарбонизатор

Остаточная концентрация СО₂ после декарбонизатора принимается в пределах 3−10 мг/кг. Принимаем CO₂^ост=6 мг/кг=6/44=0,136 мг-экв/кг.

2.1 Вторая ступень Н-катионирования (Н₂)

В фильтре Н₂ удаляются катионы Ca и Mg в количестве:

.

Примем

2.2 Вторая ступень анионирования А₂ (сильноосновное анионирование):

При 2-х ступенчатом обессоливании на фильтре А₂ в основном удаляются после декарбонизатора в количестве:

=

H₂CO₃+2ROHR₂CO₃+2H₂O;

H₂SiO₃+2ROHR₂SiO₄+2H₂O.

Качество обессоленной воды после А₂:

— солесодержание — не более 0,2мг/кг,

— кремнесодержание — не более 0,04 мг/кг.

3. Фильтр смешанного действия В схеме трехступенчатого обессоливания глубоко удаляет из воды катионы и анионы.

Качество воды после ФСД:

— солесодержание — не более 0,1 мг/кг

— кремнесодержание — не более 0,03 мг/кг.

4. Поток 2 поступает на Na-фильтры, загруженные универсальным катионитом КУ-2,на которых происходит удаление катионов Ca и Mg в количестве:

?Na= Ж₀^ост =2,2 мг-экв/кг.

Ca (HCO₃)₂+2NaRCaR₂+ 2NaHCO₃;

Mg (HCO₃)₂+2NaRMgR₂+ 2NaHCO₃;

CaCl₂+2NaRCaR₂+ 2NaCl;

MgSO₄+2NaRMgR₂+ Na₂SO₄.

Для регенерации Н-фильтров на ВПУ используют 1,5% раствор H₂SO₄, OH-фильтров — 4% раствор NaOH, ФСД регенерируется и кислотой и щёлочью.

Для регенерации Na-фильтров проводится 10% раствором NaCl.

Регенерация H-фильтров:

CaR₂+H₂SO₄2HR+ Ca SO₄;

MgR₂+ H₂SO₄2HR+ MgSO₄;

2NaR+ H₂SO₄2HR+ Na₂SO₄;

OH-фильтров:

RCl + NaOHROH + NaCl;

R₂SO₄+ 2NaOH2ROH+ Na₂SO4;

R₂SiO₃+ 2NaOH2ROH+ Na₂SO4;

Na-фильтров:

CaR₂ + 2NaCl2NaR + CaCl;

MgR₂+ 2NaCl2NaR+ MgCl.

1.4 Расчет схемы обессолевания ВПУ

1.4.1 Расчет ионообменной части ВПУ.

При проектировании ВПУ необходимо учитывать:

* Расчёт схемы ВПУ начинают с последнего, по ходу обработки воды фильтра. Это необходимо для возможностей учёта расхода воды на собственные нужды (приготовление регенерационных растворов, отмывка ионитов от продуктов регенерации).

* При проектировании необходимо выбирать минимальное количество оборудования максимальной производительности.

Н — катионитовые фильтры Н₁, Н₂, загружают ионитом КУ-2. Регенерацию производят 1−1,5% раствором H₂SO₄. Для удаления анионов в схеме установлены фильтры: А₁ загруженные низкоосновным анионитом АН-31, А2 и ФСД загруженные АВ — 17−8. Регенерация производиться 4% раствором NaOH.

Расчет группы ФСД.

Необходимая площадь фильтрования:

;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 7[1] выбираем ближайший больший стандартный фильтр 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:

где Т_И — полезная продолжительность фильтроцикла, ч;

h — высота слоя ионита;

f_ст — сечение фильтра, м²;

Q — производительность рассчитываемых фильтров, м³/ч; Количество регенераций в сутки:

где t — продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч; Tполезная продолжительность фильтроцикла; Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии: КУ-2:

_вл=f_стh1/3=3,141,951/3=2,041 м³;АВ-17−8:

_вл=f_стh2/3=3,141,952/3=4,082 м³;

_вл=f_стhm=3,141,955=31,4 м³;

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

КУ-2:

АВ-17−8:

g_сн=0,3+0,7=1

где Р_и — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров, м³/м³ ионита (табл.11[1]).

Расход H₂SO₄ на регенерацию фильтра:

КУ-2:

G¹⁰⁰_Р=b_вл=702,041=142,87 кг, где b — расход 100% реагента на 1 м³ ионита (табл. 10 [1]).

где С — содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, % (C_H2SO4=75%). Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

G¹⁰⁰_Рсут= G¹⁰⁰_Рmn=190,550,057=54,29 кг;

Расход NaOH на регенерацию фильтра:

АВ-17−8:

G¹⁰⁰_Р=b_вл=1004,082=408,2 кг,

где С — содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, % (C_NaOH=42%).

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

G¹⁰⁰_Рсут= G¹⁰⁰_Рmn=971,950,057=276,99 кг;

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

Q_бр=Q+g_сн=584+1=585 м³/ч;

Расчет группы анионитных фильтров II ступени А₂. Необходимая площадь фильтрования:

;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 7[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:

Количество регенераций в сутки:

;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии (АВ-17−8).

_вл=f_стh=7,0651,5=10,6 м³;

_вл=f_стhm=7,0651,54=42,39 м³;

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

;

Расход NaOH на регенерацию фильтра:

G¹⁰⁰_Р=b_вл=12 010,6=1272 кг,

где С — содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, % (C^NaOH=42%). Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

G¹⁰⁰_Рсут= G¹⁰⁰_Рmn=3028,640,42=5088 кг;

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

Q_бр=Q+g_сн=585+10,63=595,63 м³/ч;

Расчет группы катионитных фильтров II ступени Н₂.Необходимая площадь фильтрования:

;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 7 выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа II-2,6−0,6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 2600 мм, высота фильтрующей загрузки — 1500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 250 м³/ч). Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;

Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

где Т_И — полезная продолжительность фильтроцикла, ч;

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

h — высота слоя ионита;

f_ст — сечение фильтра, м²;

Q — производительность рассчитываемых фильтров, м³/ч;

Количество регенераций в сутки:

где t — продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч;Tполезная продолжительность фильтроцикла;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии (КУ-2).

_вл=f_стh=5,311,5=7,965 м³;

_вл=f_стhm=5,311,54=31,86 м³;

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

Расход H₂SO₄ на регенерацию фильтра:

G¹⁰⁰_Р=b_вл=207,965=159,3 кг,

где С — содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, % (С^H2SO4=75%). Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

G¹⁰⁰_Рсут= G¹⁰⁰_Рmn=212,440,7=594,72 кг;

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

Q_бр=Q+g_сн=595,63+12,08=607,71 м³/ч;

Расчет группы анионитных фильтров I ступени А₁.

Необходимая площадь фильтрования:

;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 7[1] выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа I-3,4−0,6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 3400 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:

;

Количество регенераций в сутки:

;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии (АН-31).

_вл=f_стh=9,072,5=22,675 м³;

_вл=f_стhm=9,072,54=90,7 м³;

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

;

Расход NaOH на регенерацию фильтра:

G¹⁰⁰_Р=b_вл=5022,675=1133,75 кг,

где С — содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, % (C^NaOH=42%).

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

G¹⁰⁰_Рсут= G¹⁰⁰_Рmn=2699,440,386=4167,88 кг;

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

Q_бр=Q+g_сн=607,71+31,88=639,59 м³/ч;

Расчет группы катионитных фильтров I ступени Н₁.

Необходимая площадь фильтрования:

;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 7 выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа I-3,4−0,6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 3400 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:

;

Количество регенераций в сутки:

;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии (КУ-2).

_вл=f_стh=9,073,4=30,84 м³;

_вл=f_стhm=9,073,44=123,35 м³;

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

;

Расход H₂SO₄ на регенерацию фильтра:

G¹⁰⁰_Р=b_вл=2530,84=771 кг,

где С — содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, % (С^H2SO4=75%).

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

G¹⁰⁰_Рсут= G¹⁰⁰_Рmn=102 841,22=5016,64 кг;

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

Q_бр=Q+g_сн=639,56+65,84=705,4 м³/ч;

1.4.2 Расчет декарбонизатора

В декарбонизаторе удаление СО₂ осуществляется методом аэрации. Его суть заключается в осуществлении тесного контакта воздуха с водой для поддержания возможно более низкого парциального давления СО₂ над поверхностью воды.

Расчет декарбонизатора состоит в определении необходимой поверхности геометрических размеров, заполненной кольцами Рашига и определение напора, создаваемого вентилятором. Площадь поперечного сечения декарбонизатора определяется по плотности орошения насадки, т. е. по расходу воды, приходящейся на единицу площади единичного сечения декарбонизатора. Плотность орошения с насадкой из колец Рашига принимаем 60 м³/(м²ч):

Площадь десорбции:

;

G — количество газа кг/ч:

G=Q (C_вх-С_вых)/1000=202,57 (63,8−6)/1000=11,7кг/ч;

С_вх=44Щ_б^ост+22Щ_к^ост =441,1+220,7=63,8 мг/кг;

С_вых=6 мг/кг;

Q=Q_A1/(m-1)=607,71/(4−1)=202,57

Площадь требуемой поверхности насадки:

Объём насадки:

206 — площадь поверхности единицы объёма слоя насадки;

Площадь поперечного сечения декарбонизатора при плотности орошения д=60 м³/(м²/ч) Диаметр декарбонизатора:

Высота насадки колец Рашига:

Бак декарбонизированной воды:

V_д.б=1,1*Q_Д=1,1*202,57=222,83 м³/ч.

Расход на декарбонизацию воды:

Q_возд=40Q_д=40?202,57=8102,8 м³/ч.

Выбираю декарбонизатор с производительностью Q_д=250 м³/ч, диаметром

d=2315мм, площадь поперечного сечения f=4,17 м², расходом воздуха Q_возд=6250 м³/ч.

1.5 Расчет схемы умягчения Необходимая площадь фильтрования:

;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы 7 выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа I-1,5−0,6-Na (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 1500 мм, высота фильтрующей загрузки — 2000 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 50 м³/ч). Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

Количество регенераций в сутки:

;

Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии (КУ-2).

_вл=f_стh=1,772=3,54 м³; _вл=f_стhm=1,7723=10,62 м³;

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

;

Расход NaCl на регенерацию фильтра:

G¹⁰⁰_Р=b_вл=1103,54=389,4 кг,

где С — содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, % (С^NaCl=95%).

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

G¹⁰⁰_Рсут= G¹⁰⁰_Рmn=409,930,83=1020,64 кг;

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

Q_бр=Q+g_сн=72+2,83=74,83 м³/ч;

1.6 Расчет схемы предочистки Расчет группы осветлительных фильтров.

Производительность осветлительных фильтров:

Q₀=Q_бр1+Q_бр2=7054+74,83=780,23 м³/ч;

Необходимая площадь фильтрования:

;

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

;

Расход воды на взрыхляющую промывку каждого осветлительного фильтра:

гдесечение осветлительного фильтра, м²;

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

t_взр — продолжительность взрыхления 5−10 минут.

Расход воды на отмывку осветлительного фильтра:

где

— сечение осветлительного фильтра, м²;

— скорость фильтрования;

t_отм — продолжительность отмывки (10 минут).

Часовой расход воды на промывку ОФ:

Производительность брутто с учетом расхода воды на промывку осветлительных фильтров:

Q₀^бр=Q₀+g₀=780,23+33,525=813,755 м³/ч;

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

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

Из таблицы П 1 выбираем два стандартных трехкамерных фильтра типа ФОВ 3К-3.4−0.6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 3400 мм, высота фильтрующей загрузки — 9003 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 300 м³/ч) и два фильтр двухкамерный ФОВ 2К-3.4−0.6 (рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 3400 мм, высота фильтрующей загрузки — 9002 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 200 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:

м³,

гдеполная 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 14 000 мм, высота 17 492 мм).

Расход коагулянта FeSO₄7Н₂О в сутки:

;

Расход технического коагулянта в сутки:

;

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

Расход полиакриламида в сутки:

Где d_ПАА— доза ПАА, равная 0,2−1,8 мг/кг.

Расход извести (в виде Сa (OH)₂):

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

d_И — доза извести, мг-экв/кг

d_И=Ж_К^исх+Ж_Мg^исх+К_К+_СаО=4,3+1,3+0,5+0,4=6,5 мг-экв/кг;

1.7 Анализ результата расчетов схемы

1.7.1 Состав выбранного оборудования:

водоснабжение электростанция обработка вода

1.7.2 Суточный расход технического реагента (кг):

Суммарный расход: H₂SO₄ — 5665,65 кг,

NaOH — 9532,87 кг,

NaCl — 1020,64 кг, извести -4703,34 кг, коагулянта — 733,94 кг, флокулянта -19,53 кг.

1.7.3 Расход фильтрующих материалов (м³):

1.7.4 Расход воды на собственные нужды фильтров:

Суммарный расход воды на собственные нужды водоподготовительной установки:

по ионообменной части 124,26 м³/ч;

по предочистке 33,525 м³/ч;

Сводная таблица результатов расчётов ВПУ

1.8 Выбор и описание компоновки ВПУ При проектировании 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 КЭС 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 КЭС. Торцовая нерасширяемая часть здания водоподготовки выполняется в виде 3 или 4 этажной башни, предназначенной для установки промывочных баков, химической лаборатории, служебных и бытовых помещений.

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

Для хранения кислот и щелочей устанавливается не менее чем по 2 ёмкости для каждого реагента с учётом месячного запаса. Из складских баков реагенты поступают в баки-мерники, оттуда насосами-дозаторами попадают 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 компоновке основного оборудования ВПУ должны быть обеспечены: удобное расположение аппарата, полное использование помещения, вентиляции, возможность хорошего естественного освещения. Осветлители, декарбонизаторы, громоздкие баки располагаются, как правило, на открытом воздухе с применением в необходимых случаях обогрева и теплоизоляции. Так как производительность ВПУ в нашем случае >400 м³/ч, то применяется блочная схема. При блочном способе включения 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.

Однако, блочная схема не может адаптироваться к значительным изменениям показателей качества воды и нагрузки. Надежность цепочки определяется наименее надежным узлом. Общее число оборудования намного больше, чем в коллекторной схеме. При разработке систем автоматизированного управления имеет место сложный алгоритм управления работой фильтров.

Достоинством является 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 ступеней. При автоматизации датчики ионита устанавливаются только за фильтром А₁ и по его сигналу отключают на регенерацию всю цепочку.

2. ВХР КЭС

2.1. Задачи ВХР Основной задачей ВХР проектируемой КЭС является обеспечение работы теплосилового оборудования (основного и вспомогательного) без повреждений и снижения экономичности, которые могут быть вызваны следующими причинами:

образованием отложений на поверхностях нагрева котлов, в проточной части турбин, на поверхностях трубок конденсаторов и т. д.;

коррозией внутренних поверхностей теплоэнергетического оборудования.

Для предотвращения перечисленных выше негативных явлений на КЭС предусматривается организация целого ряда технических мероприятий, объединенных общим понятием «водно-химический режим».

При выборе водно-химического режима для проектируемой КЭС принимаем во внимание:

тип парового котла;

параметры рабочей среды;

паропроизводительность;

вид топлива;

теплонапряжение парогенерирующей поверхности нагрева;

наличие или отсутствие промежуточного перегрева пара;

требование к качеству перегретого пара и т. д.

2.2 Нормирование показателей качества воды На проектируемой станции присутствуют прямоточные котлы (Пп-3950−25−545). Так же следует учесть что в качестве топлива используется мазут, а система теплоснабжения закрытая.

2.2.1 Нормирование водного режима котлов прямоточного:

Нормирование водного режима котлов прямоточного типа производится по нормам качества перегретого пара и питательной воды.

2.2.1.1 Нормы качества перегретого пара:

2.2.1.2 Нормы качества питательной воды:

2.2.2 Нормирование водного режима тепловых сетей:

2.3 Методы коррекции теплоносителя К основным мероприятиям по поддержанию нормируемых показателей водно-химического режима энергоблоков КЭЦ относятся: предпусковые промывки оборудования; проведение эксплуатационных промывок оборудования; консервация оборудования во время простоев; герметизация баков питательной воды и ее составляющих с целью предотвращения попадания кислорода в пароводяной цикл; обессоливание и обескремнивание добавочной воды; удаление свободной угольной кислоты из добавочной химически обработанной воды; обезжелезывание основного конденсата турбин (для прямоточных котлов и турбин типа «Т») и других конденсатов в случаях необходимости; введение в пароводяной цикл корректирующих химических реагентов, соответствующих данному водно-химическому режиму.

К основным методам коррекции оптимального ВХР КЭС с прямоточными котлами в мировой энергетике разногласий нет — это окислительный (кислородный) режим. Кроме кислорода используют воздух, перекись водорода. Ввод окислителя допускается в конденсатный или питательный тракт. Для реализации окислительного водного режима необходимо выполнение ряда требований:

глубокая очистка турбинного конденсата (0,1 мк См/см);

поддержание значения рН₂₅ 7,0;

концентрация О₂ 100 мкг/кг.

Также существует вода для подпитки тепловой сети. Система теплоснабжения закрытая. При коррекционной обработке подпиточной воды силикатами их содержание не должно превышать 30 мг/кг в пересчете на SiO₂.

2.4 Конденсаты КЭС и схема их очистки Конденсаты — основная и наиболее ценная составная часть питательной воды котлов любых давлений и производительностей. Это связано с отсутствием в них солей. На данной КЭС можно выделить следующие типы конденсатов: — конденсат турбин: t=25−45⁰С, поток чистый, возможно лишь содержание NH₃, СО₂, следы О₂, продукты коррозии. При нарушении гидравлической плотности конденсаторных трубок в конденсате может резко возрасти солесодержание и жесткость;- конденсат регенеративных и сетевых подогревателей: t=50⁰С и выше. Данный поток более загрязнен продуктами коррозии, чем турбинный, однако солей жесткости здесь быть не может.

Кроме того, на КЭС имеют место конденсаты подогревателей сырой и химочищенной воды, дренажные конденсаты и т. д.

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

На мощных блоках с прямоточными котлами очистка всего потока турбинного конденсата является обязательным мероприятием по поддержанию оптимального водного режима. Очистка конденсатов данной КЭС:

1. Очистка турбинных конденсатов на БОУ Схема БОУ осуществляет очистку всего потока конденсата от взвешенных и растворенных примесей, иметь высокую единичную производительность. На первой стадии очистки применяют насыпные фильтры (для турбин мощностью 1200 МВт- 8 фильтров) для очистки от механических загрязнений, загруженные катионитом КУ-2; на второй стадии БОУ установлены 5 ФСД с выносной регенерацией, такая конструкция ФСД позволяет развивать высокие скорости фильтрования до 100 м/ч. Иногда ФСД заменяют ступенью Н и ОН фильтров.

2. Очистка зажелезенных конденсатов.

Практически каждый поток конденсата содержит оксиды Fе, Cu, Zn и других продуктов коррозии. Для их удаления используют катионит КУ-2 (до t=110⁰С), намывные целлюлозные фильтры, а также электромагнитные фильтры, способные работать практически при любой температуре конденсата.

3. Система технического водоснабжения КЭС.

3.1 Назначение системы и расчёт потребностей КЭС в технической воде.

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 и т. д.

Основным требованием к качеству охлаждающей воды является её температура, обеспечивающая нормальный вакуум в конденсаторах, не вызывающая образования отложений минерального и биологического характера и не вызывающая коррозии оборудования.

Большое количество охлаждающей воды не позволяет говорить о тщательном удалении из нее всех примесей, в Правилах технической эксплуатации оговариваются лишь допустимые концентрации некоторых реагентов, которые применяют при обработке воды: избыток хлора менее 0,5 мг/л, содержание фосфатов должно составлять 1 — 2 мг/л.

Исходной водой для ХВО КЭС обычно является вода из системы технического водоснабжения.

Принимаем конденсацию пара в конденсаторе как основную статью расхода воды. Количество воды подсчитывается так :

G_кп=G_кп (К-1200−240)*4 = 108 000*4 = =432 000 м³/ч.

Расчет технической воды ТЭС

3.2 Выбор охладителя. Описание и расчёт Общая потребность КЭС в технической воде составит 458 733,755.

Конкретная система технического водоснабжения выбирается в зависимости от характеристики источника теплоснабжения, типа электростанции и общей потребности в охлаждающей воде.

Существуют как прямоточные так и оборотные системы водоснабжения.

Прямоточная система водоснабжения в техническом и экономическом отношении наиболее совершенна. Однако в последнее время её применение ограничивается отсутствием технических и экономических возможностей (необходимого запаса воды, санитарных условий и др.). Забор воды из реки производят из створа, расположенного выше по течению, чем сброс воды. Такая система разрешена в том случае, если дебит реки в 3−4 раза превышает потребление технической воды на электростанции. Учитывая что нагрев воды в конденсаторе составляет 8−10С и количество этой воды огромно, должны быть приняты меры по сведению к минимуму влияния этой теплоты на экологическую обстановку реки. По санитарным нормам нагрев воды в створе сброса не должно превышать нормальную температуру водоема летом на 3С, зимой — на 5С. При использовании прямоточной системы водоснабжения КЭС размешается на берегу реки, территория КЭС должна быть не затопляема, т. е. река должна иметь незначительные колебания уровня воды. При прямоточной системе нужно учитывать санитарные требования, требования рыбоохраны, наличие площадок для строительства ТЭС и возможность их использования.

Преимуществами прямоточной системы водоснабжения являются низкая температура воды, обеспечивающая глубокий вакуум, недорогие гидротехнические сооружения.

Вода, поступающая в циркуляционную систему, проходит через механические решётки для очистки воды от крупногабаритных предметов (грубая очистка). Решетки очищают специальными решёткоочистительными машинами. Дополнительно очистка циркуляционной воды производится на вращающихся ситах или сетках. Они имеют промывочные струйные устройства, которые включаются автоматически при увеличении сопротивления сетки за счёт возрастания уровней на 15ч20 см.

При заборе воды из рек с большим количеством влекомых наносов или внутреннего льда (шуги) в отдельных случаях перед водоприемным устройством сооружают водозаборный ковш, который дамбой частично отгораживают от русла реки. В зимний период времени в водозаборный ковш подаётся часть нагретой в конденсаторах турбин воды, чтобы поддерживать в приёмнике температуру воды +5 °С.

Водоприёмники имеют сооружения для очистки воды. Первичная очистка воды производится решётками, задерживающими крупные плавающие предметы. Второй этап очистки — пропуск воды через решётки размером ячеек 2×2 и 4×4 мм. Конструктивное выполнение их различно.

Т.к. дебит реки в 4 раза превышает потребление технической воды на электростанции круглый год (1 834 935,02 м³/ч) и сброс использованной воды производится ниже по течению, чем забор воды, то КЭС не влияет на экологическое состояние реки. Значит, в роли охлаждающей воды выбираем реку.

3.3 Выбор циркуляционных насосов и их компоновка При применении прямоточной системы циркуляционные насосы размещают на береговой насосной станции. Обычно это центробежные насосы, ось рабочего колеса которого располагается не выше 3ч4 м минимального уровня воды. Применение береговой насосной станции целесообразно в случаях, когда уровень воды или его колебания не обеспечивают самотечную подачу воды на всас насоса. Установка насосов циркуляционного водоснабжения в турбинном отделении менее экономична: требуется заглубление каналов (трубопроводов) для подвода воды на всас циркуляционных насосов, фундаментов насосов и приемных колодцев. На крупных КЭС для циркуляционного водоснабжения применяются поворотно-лопастные осевые насосы и вертикальные центробежные насосы с подпором 2ч5 м. При прямоточных схеме использование затопленного слива воды позволяет применить сифон и за счёт этого снизить расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов. Применение сифона снизит величину напора циркуляционного насоса на 7ч8 м. При пуске системы, циркуляционного водоснабжения имеющей сифон, из нее должен откачиваться воздух эжектором или вакуумнасосом.