Проект водно-химического комплекса ТЭЦ-360 МВт

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический университет Энергетический факультет Кафедра «Тепловые электрические станции»

Курсовой проект По дисциплине: «Водоподготовка и ВХР ТЭС»

Проект водно-химического комплекса ТЭЦ-360 МВт Исполнитель: студент гр. 106 420

Зенович-Лешкевич-Ольпинская А.Ю.

Руководитель: доцент, к.т.н. Чиж В.А.

Минск - 2013

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ПРОЕКТ ВПУ
• 1.1 Характеристика источника водоснабжения
• 1.2 Расчет производительности ВПУ
• 1.3 Обоснование, выбор и краткое описание технологических процессов на ВПУ
• 1.4 Расчет схемы ВПУ основного цикла ТЭЦ
• 1.5 Расчет схемы подпитки тепловых сетей
• 1.6 Расчет схемы предочистки
• 1.7 Анализ результатов расчета схемы ВПУ
• 1.8 Компоновка оборудования ВПУ
• 2. Водно-химический режим ТЭЦ
• 2.1 Задачи ВХР
• 2.2 Нормирование качества теплоносителя основного цикла и тепловых сетей
• 2.3 Методы коррекции теплоносителя37
• 2.4 Конденсаты и схемы их очистки
• 3. СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
• 3.1 Назначение системы и расчет потребности ТЭЦ в технической воде
• 3.2 Описание системы и ее расчет
• 3.3 ВХР системы охлаждения
• 3.4 Выбор циркуляционных насосов и их компоновка с конденсаторами
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• ЛИТЕРАТУРА

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 2 блока, состоящих из 2-х турбоагрегатов Т-180/210−130 и котлоагрегатов Пп-670−13,8−545; основное топливо — мазут; система охлаждения — градирни.

Теплофикационная турбина Т-180/210−130 с номинальной мощностью 180МВт, максимальной мощностью 210МВт и параметрами пара: давление 12,8МПа, температура 540єC. Паровая турбина представляет собой трёхцилиндровый агрегат, состоящий из ЦВД, ЦСД и двухпоточного ЦНД. Турбина имеет двухступенчатый теплофикационный отбор. Выхлоп пара осуществляется в однокорпусный конденсатор, разделенный по пару вертикальной перегородкой на две половины.

Котёл Пп-670−13,8−545 имеет П-образную компоновку. Давление пара на выходе 13,8Мпа, температура 545єC. Котел высокого давления, с промперегревом, прямоточный, двухкорпусный, с уравновешенной тягой.

Топочная камера полностью экранирована. Экраны выполнены в виде горизонтально-подъемных панелей и образуют по высоте нижнюю радиационную (НРЧ), среднюю (СРЧ-I и СРЧ-II) и верхнюю радиационные (ВРЧ-I и ВРЧ-II) части.

Задачи курсового проекта:

1. Рассчитать и выбрать схему ВПУ

2. Воднохимический режим ТЭС

3. Выбрать систему технического водоснабжения ТЭС

1. ПРОЕКТ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

1.1 Характеристика источника водоснабжения

Выбранный источник водоснабжения содержит воду со следующими параметрами:

· ГДП: 172 мг/дм³;

· сухой остаток: 344 мг/дм³;

· окисляемость: 14,8 мг О₂/дм³;

· щелочность: 2,7 мг-экв/дм³;

· общая жёсткость: Ж_о=2,8 мг-экв/дм³;

Ж_Са=1,4 мг-экв/дм³.

Таблица 1

Показатели качества воды

Ж_Мg= Ж_o — Ж_Са =2,8−1,4=1,4 мг-экв/кг.

Щ_о =С _HCO3 = 2,7 мг-экв/кг.

Проверим по сумме катионов и анионов:

?Катионов=1,57+1,4+1,4=4,37 мг-экв/кг.

?Анионов=0,865+0,535+2,7+0,045+0,255(SiO₃^2-) = 4,4 мг-экв/кг.

В результате получаем: 4,37? 4,4.

SiO₃^2- находится в диссоциированной форме и в ионном обмене вступает в реакцию с катионами.

1,5< Ж_o<3 — средняя жесткость.

По преобладающему катиону кальциевая и магниевая жёсткости равны:

Ж_Са= Ж_Мg= 1,4 мг-экв/кг.

По преобладающему аниону вода относится к водам бикарбонатного класса.

По величине сухого остатка 344 мг/дм³ вода относится к пресным (от 200 до 500).

1.2 Расчет производительности ВПУ

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

Q_внутр.= D n 2% = 6700,02 2 = 26,8 т/ч.

Потери на мазутном хозяйстве: для котла Пп-670−13,8 примем расход мазута B =45 т/ч.

Q_{маз. хоз.} = 0,15· B·n = 0,15· 2·45 = 13,5 т/ч.

Парогенераторы типа П_п — прямоточные — продувку не считаем.

На данной станции отпусков пара на производство нет.

Запас обессоленной воды принимается по самому мощному блоку ТЭС.

Для блока мощностью в 180 МВт запас составляет 25 т/ч.

Исходя из расчётов производительность ВПУ по основному циклу составит:

Q_ВПУ = Q_внутр. + Q_{маз. хоз.} + Q_зап. = 26,8+13,5+25=65,3? 65 т/ч.

Расчёт производительности схемы подпитки теплосети.

Производительность схемы умягчения рассчитывается исходя из общего количества сетевой воды, циркулирующего на ТЭС. Потери в тепловых сетях нормируются в количестве 2% от расхода сетевой воды каждой турбины. Для турбины Т-180/210−130 примем расход сетевой воды G_сет = 7000 м³/ч. Производительность ВПУ для подпитки теплосети составит:

Q_ВПУ = 2%· G_сет·n = 0,02· 7000 2= 280 т/ч.

1.3 Обоснование, выбор и краткое описание технологических процессов на ВПУ

На рис. 1 представлен эскиз схемы ВПУ ТЭЦ. В состав схемы входят: предочистка, трехступенчатая схема обессоливания воды для основного цикла и схема умягчения воды для подпитки теплосетей.

В состав оборудования предочистки входят осветлители и осветлительные фильтры. Выбор типа предочистки производится по величине исходной воды.

В осветлители вода обрабатывается известкованием с сернокислым железом FeSO₄ (т.к. >2 мг-экв/кг).

В процессе обработки воды произойдут следующие изменения показателей качества:

1. Жесткость остаточная:

;

;

;

2. Щелочность остаточная:

где — избыток извести при известковании воды.

Концентрации:

3.

4.

5.

6.

7.

После осветлителей вода направляется в осветлительные фильтры, где происходит окончательное удаление взвешенных примесей. ОФ загружаются пористым дробленым материалом — гидроантрацитом. Фильтрование воды через слой загрузки происходит под действием разности давлений на входе в зернистый слой и на выходе из него.

После предочистки поток разделяется на два.

Для восполнения потерь в системе теплоснабжения вода направляется на Na-катионитовые фильтры для удаления Са²⁺ и Mg²⁺ после предочистки в количестве: ?U_Na= Ж₀^ост =1,3 мг-экв/кг. Умягчение воды происходит по следующим реакциям:

Ca (HCO₃)₂+2NaRCaR₂+ 2NaHCO₃;

Mg (HCO₃)₂+2NaRMgR₂+ 2NaHCO₃;

CaCl₂+2NaRCaR₂+ 2NaCl;

MgSO₄+2NaRMgR₂+ Na₂SO₄.

В Na-катионитовые фильтры загружен сильнокислотный универсальный катионит КУ-2.

Регенерация Na-фильтров проводится 10% раствором NaCl.

CaR₂+2NaClCaCl₂+ 2NaR.

Q_ум^Na= 2%· G_сет·n = 0,02· 7000 · 2= 280 т/ч.

Второй поток направляется в схему обессоливания воды. Для данной ТЭЦ 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 (Н₁-А₁-Д-Н₂-А₂-ФСД).

Для удаления катионов предусмотрены фильтры Н₁, Н₂ и часть ФСД. Фильтры загружены универсальным катионитом КУ-2.

Основную нагрузку по катионом принимает фильтр Н₁, где удаляются катионы в следующем количестве:

На второй ступени, где улавливаются проскоки катионов:

Примем Фильтр смешанного действия предназначен для улавливания всех проскочивших катионов.

На данных фильтрах протекают следующие реакции:

CaCl₂ + 2HR CaR₂ + 2HCl;

MgSO₄ + 2HR MgR₂ + H₂SO₄;

Ca (HCO₃)₂ + 2HR CaR₂ + 2H₂O + 2CO₂;

Mg (HCO₃)₂ + 2HR MgR₂ + 2H₂O +2CO₂.

Для регенерации этих фильтров на ВПУ используют 1% раствор H₂SO₄ по реакциям:

CaR₂+H₂SO₄2HR+ CaSO₄;

MgR₂+ H₂SO₄2HR+ MgSO₄;

2NaR+ H₂SO₄2HR+ Na₂SO₄.

Для удаления анионов в схеме предусмотрены фильтры А₁, загруженные низкоосновным анионитом АН-31. Щёлочность воды после фильтра А1 составляет 0,2 мг-экв/кг.

На данном фильтре удаляются анионы сильных кислот в количестве:

Установленный в схеме декарбонизатор предназначен для удаления свободной углекислоты, образовавшейся в результате распада бикарбонатов в кислом фильтрате Н-фильтров. Остаточное содержание СО₂ после декарбонизатора составляет 4−10 мг/кг. Примем СО₂^ост=8 мг/кг или 0,18 мг-экв/кг.

Анионитный фильтр 2-ой ступени предназначен для анионов слабых кислот и проскоков сильных. Загружен фильтр высокоосновным анионитом АВ-17−8. На А₂ в основном удаляютсяпосле декарбонизатора в количестве:

=

Часть ФСД загружена АВ-17−8. В фильтре происходит практически полное удаление всех анионов.

Реакции на анионитных фильтрах:

А1: HCl+OH RCl+2H₂O;

H₂NO₃+ROHRNO₃+H₂O;

H₂SO₄+2ROHR₂SO₄+2H₂O.

А2: H₂SiO₃ + ROH R₂SiO₃ + 2H₂O;

H₂CO₃ + 2ROH R₂CO₃ + 2H₂O.

Регенерация фильтров А₁, А₂ и части ФСД проводят 4-х % раствором NaOH по реакциям:

RCl + NaOH ROH + NaCl;

R₂SO₄ + 2NaOH 2ROH + Na₂SO₄;

R₂SiO₃ + 2NaOH 2ROH + Na₂SiO₃.

После обработки воды по выбранной соли её качество составляет:

— солесодержание — не более 0,1 мг/кг,

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

1.4 Расчет схемы ВПУ основного цикла ТЭЦ

При проектировании ВПУ необходимо учитывать, что при эксплуатации фильтров идет расход обработанной воды на приготовления регенерационных растворов, омывку ионитов, поэтому расчет начинают с конца схемы, постепенно продвигаясь к её голове. При выборе единичной мощности оборудования выбирается минимально допустимое количество с максимальной производительностью.

1. Расчет фильтров смешанного действия ВПУ Необходимая площадь фильтрования определим по формуле:

где Q=65 м³/ч-производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

w=50 м/ч — скорость фильтрования для ФСД (с внутренней регенерацией);

Необходимая площадь фильтрования для каждого фильтра:

Число установленных фильтров m одинакового диаметра принимается m=2.

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра Из таблицы П1 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 фильтроцикла каждого из (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном, определяется по формуле:

где f_ст = 3,14 м² — сечение фильтра;

m=2 — число установленных фильтров одинакового диаметра;

h=1,95 м — высота слоя ионита;

Q=65 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров.

Продолжительность фильтроцикла должна быть не менее 8 часов.

Количество регенераций в сутки:

;

где t — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров, равная 4 ч для ФСД. Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии. В ФСД перед регенерацией ионита делятся на слой катионита и слой анионита (1/3 — катионита, 2/3 — анионита):

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

где =13,0 м³/м³ ионита — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров (табл. П3 [1]);

м³/м³ ионита — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров (табл. П3 [1]).

Расход химических реагентов (H₂SO₄, NaOH) на регенерацию фильтра:

где b — расход 100% реагента на 1 м³ ионита: b_А=100 кг/м³ ;b_К=70 кг/м³ (табл. П2 [1]);

С — содержание поверхностно активного вещества в техническом продукте: .

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

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

Q_А2=Q_ФСД+g_CH=65+0,123+0,055=65,18 м³/ч.

2. Расчет группы анионитных фильтров второй ступени (А₂)

Необходимая площадь фильтрования определим по формуле:

м²,

где Q=65,18 м³/ч — производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

w=20 м/ч — скорость фильтрования для А₂ — фильтра;

Необходимая площадь фильтрования для каждого фильтра:

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра Из таблицы П1 выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа-II-1,5−0,6.

Рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 1500 мм, высота фильтрующей загрузки — 1500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 90 м³/ч.

Продолжительность фильтроцикла каждого из (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном, определяется по формуле:

где f_ст =1,77 м² — сечение фильтра;

m=3 — число установленных фильтров одинакового диаметра;

h=1,5 м — высота слоя ионита;

Q=65,18 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

— cуммарное содержание анионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м³;

e_p=300 — рабочая обменная емкость ионита, г-экв/м³.

Продолжительность фильтроцикла должна быть не менее 8 часов.

Количество регенераций в сутки:

;

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

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

.

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

Расход химических реагентов (NaOH) на регенерацию фильтра:

где b' - удельный расход реагента: b'=600 г/г-экв (табл. П2 [1]);

С — содержание поверхностно активного вещества в техническом продукте: .

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

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

Q_Н2=Q_А2+g_CH=65,18+0,81=65,99 м³/ч.

3. Расчет группы Н — катионитных фильтров второй ступени (Н₂)

Необходимая площадь фильтрования определим по формуле:

м²,

где Q=65,99 м³/ч — производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

w=21 м/ч — скорость фильтрования для Н₂ — фильтра.

Необходимая площадь фильтрования для каждого фильтра:

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

Из таблицы П1 выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа-II-1,5−0,6.

Рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 1500 мм, высота фильтрующей загрузки — 1500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 90 м³/ч.

Продолжительность фильтроцикла каждого из (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном, определяется по формуле:

где f_ст=1,77 м² — сечение фильтра;

m=3 — число установленных фильтров одинакового диаметра;

h=1,5 м — высота слоя ионита;

Q=65,99 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

— суммарное содержание катионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м³;

e_p=400 — рабочая обменная емкость ионита, г-экв/м³.

Продолжительность фильтроцикла должна быть не менее 8 часов.

Количество регенераций в сутки:

;

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

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

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

Расход химических реагентов (H₂SO₄) на регенерацию фильтра:

где b' - удельный расход реагента: b'=100 г/г-экв (табл. П2[1]);

С — содержание поверхностно активного вещества в техническом продукте: .

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

Часовой расход воды, который должен быть подан на следующую рассчитываемую группу анионитных фильтров (А₁):

Q_А1=Q_Н2+g_CH=65,99+0,95=66,94 м³/ч.

4. Расчет группы анионитных фильтров первой ступени (А₁)

Необходимая площадь фильтрования определим по формуле:

м²,

где Q_А1=66,94 м³/ч — производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

w=15 м/ч — скорость фильтрования для А₁ — фильтра первой ступени;

Необходимая площадь фильтрования для каждого фильтра:

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра Из таблицы П1 выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа-I-1,5−0,6.

Рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 1500 мм, высота фильтрующей загрузки — 2000 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 50 м³/ч.

Продолжительность фильтроцикла каждого из (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном определяется по формуле:

f_ст=1,77 м² — сечение фильтра;

m=3 — число установленных фильтров одинакового диаметра;

h=2,0 м — высота слоя ионита;

Q_А1=66,94 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

— суммарное содержание анионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м³;

e_p=800 — рабочая обменная емкость ионита, г-экв/м³.

Продолжительность фильтроцикла должна быть не менее 8 часов.

Количество регенераций в сутки:

;

t — продолжительность операций, связанных с регенерацией фильтров, равная 2ч.

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

где =21,8 м³/м³ ионита — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров (табл. П3 [1]).

Расход химических реагентов (NaOH) на регенерацию фильтра:

где b' - удельный расход реагента: b'=65 г/г-экв (табл. П2 [1]);

С — содержание поверхностно активного вещества в техническом продукте: .

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

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

Q_Н1=Q_А1+g_CH=66,94+5,11=72,05 м³/ч.

5. Расчет группы Н — катионитных фильтров первой ступени (Н₁)

Необходимая площадь фильтрования определим по формуле:

м².

где Q_Н1=72,05 м³/ч-производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

w=25м/ч — скорость фильтрования для Н₁ — фильтра.

Необходимая площадь фильтрования для каждого фильтра:

.

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра водоподготовительный установка химический конденсат Из таблицы П1 выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа-I-1,5−0,6.

Рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 1500 мм, высота фильтрующей загрузки — 2000 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 50 м³/ч.

Продолжительность фильтроцикла каждого из (m-1) фильтров, т. е. при одном резервном или ремонтном, определяется по формуле:

f_ст=1,77 м² — сечение фильтра;

m=3 — число установленных фильтров одинакового диаметра;

h=2,0 м — высота слоя ионита;

Q_Н1=72,05 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

— суммарное содержание катионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м³

e_p=650 — рабочая обменная емкость ионита, г-экв/м³.

Продолжительность фильтроцикла должна быть не менее 8 часов.

Количество регенераций в сутки:

;

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

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

.

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

Расход химических реагентов (Н₂SO₄) на регенерацию фильтра:

где b' - удельный расход реагента: b'=95 г/г-экв (табл. П2[1]);

С — содержание поверхностно активного вещества в техническом продукте: .

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

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

Q^Н1_БР=Q_Н1+g_CH=72,05+8,66=80,71 м³/ч.

6. Расчет декарбонизатора Исходными данными для расчета и выбора декарбонизатора являются:

1) Производительность, которая определяется методом установки декарбонизатора в схеме обессоливания.

На проектируемой ВПУ декарбонизатор устанавливается между 1 и 2 ступенями обессоливания и его нагрузка: Q_д=65,99 м3/ч. Увеличиваем расчетную производительность на 2,5%: Q_д=1,25•65,99=82,49 м3/ч.

2) Температура обработки воды — 30 °C.

3) Концентрация СО₂ на выходе из декарбонизатора СО₂^ост=8 мг/кг.

4) Концентрация СО₂ на входе определяется типом предочистки — известкование с коагуляцией:

С^вх_СО2=44Щ_б^ост+22Щ_к^ост =44•0,7 +221=52,8 мг/кг Площадь десорбции:

;

где G — количество газа:

где К=0,5 м³/(м²•ч) — коэффициент десорбции;

С_р=0,015 кг/м³ — средняя движущая сила десорбции.

Площадь требуемой поверхности насадки:

Объём насадки:

где f_кр=206 м²/м³ — 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=1,1Q_Д=1,182,49=90,74 м³/ч.

Расход воздуха на декарбонизацию воды:

По таблице П5 выбираем декарбонизатор:

Q_д=100 м³/ч — производительность;

d=1460 мм — диаметр;

f=1,67 м² — площадь поперечного сечения;

Q_возд=2500 м³/ч — расходом воздуха.

1.5 Расчет схемы подпитки тепловых сетей

Необходимая площадь фильтрования определим по формуле:

м²,

где Q^ум_ВПУ=280 м³/ч-производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды;

w=15м/ч — скорость фильтрования для Na — фильтра.

Необходимая площадь фильтрования для каждого фильтра:

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

Из таблицы П1 выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФИПа-I-3,0−0,6-Na.

Рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 3000 мм, высота фильтрующей загрузки — 2500 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования — 180 м³/ч.

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

где f_ст=7,07 м² — сечение фильтра;

m=3 — число установленных фильтров одинакового диаметра;

h=2,5 м — высота слоя ионита;

— суммарное содержание катионов в воде, поступающей на фильтры, г-экв/м³

Q_ВПУ=280 м³/ч — производительность рассчитываемых фильтров;

e_p=600 — рабочая обменная емкость ионита, г-экв/м³ (табл.П2[1]).

Продолжительность фильтроцикла должна быть не менее 8 часов.

Количество регенераций в сутки:

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

Объем ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

где Р_и=7,7 м³/м³ — удельный расход воды на собственные нужды ионитных фильтров (табл. П3 [1]);

b'=100 г/г-экв — удельный расход реагента (табл.П 2 [1]).

Расход химических реагентов (NaCl) на регенерацию фильтра:

где — содержание поверхностно активного вещества в техническом продукте.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

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

Q_БР=Q_Na+g_сн=280+6,64=286,64 м³/ч.

1.6 Расчет схемы предочистки

Схема предочистки вкключает 2 типа оборудования: осветлители и осветлительные фильтры.

1. Расчет осветительных фильтров.

производительность фильтра без учета расхода воды на их собственные нужды

Q_ОФ=Q_{бр (NA)}+Q_{бр (H1)}=286,64+80,71=367,35 м³/ч

Необходимая площадь фильтрования определим по формуле:

м²,

w=7,7 м/ч — скорость фильтрования для осветительных фильтров.

Необходимое количество фильтров:

Принимаем число фильтров m=6.

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

Из таблицы П1[1] выбираем ближайший больший стандартный фильтр типа ФОВ-3,4−0,6.

Рабочее давление — 0,6 МПа,

диаметр фильтра — 3400 мм,

высота фильтрующей загрузки — 1000 мм,

расход воды при расчетной скорости фильтрования — 90 м³/ч.

Площадь фильтра с учетом изменения диаметра:

м².

Расход воды на взрыхляющую промывку каждого осветлительного фильтра:

где t_взр=10 мин — продолжительность взрыхления;

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

Расход воды на отмывку осветлительного фильтра:

где t_отм=10 мин — продолжительность отмывки,

₀=7,7 м/ч — скорость фильтрования.

Часовой расход воды на промывку осветлительных фильтров:

где n₀=2 — число отмывок каждого фильтра,

m₀=6 — число осветлительных фильтров.

Производительность брутто с учетом расхода воды на промывку осветлительных фильтров:

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

Действительная скорость фильтрования во время включения одного фильтра на промывку не превышает допустимого значения 10 м/ч.

Из таблицы П1 выбираем два стандартных ближайших больших стандартных 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.

2. Расчет осветлителей

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

Емкость каждого из 2-х осветлителей определяется по формуле:

— полная производительность всей установки;

— продолжительность пребывания в осветлителе.

По V_осв из таблицы П4[1] выбираем ВТИ — 250и для известкования с коагуляцией:

V_осв=413 м³ — геометрический объем;

D=9000 мм — диаметр;

h=13 524 мм — высота;

Необходимое количество реагентов при коагуляции и известковании:

Расход безводного 100%-го коагулянта FeSO₄· 7H₂O:

где =75,16 — эквивалент безводного коагулянта;

К_Fe= 0,5 мг-экв/кг — доза коагулянта.

Расход технического коагулянта в сутки:

где — процентное содержание коагулянта FeSO₄.

Расход коагулянта (ПАА) в сутки:

где d_ПАА=1 мг/кг-доза полиакриламида.

Расход извести (в виде Сa (OH)₂;

где 37,05 — эквивалент Са (ОН)₂;

— доза извести.

1.7 Анализ результатов расчета схемы ВПУ

Таблица 3

Состав выбранного оборудования

Таблица 4

Суточный расход технического реагента

Суммарный расход:

H₂SO₄=1778,07 кг;

NaOH=5231,45 кг;

NaCl=1326,88 кг;

расход технического коагулянта _.= 732,04 кг/сут;

расход полиакриламида = 9,74 кг/сут;

расход извести = 1768,2 кг/сут.

Таблица 5

Расход ионита на ВПУ

Суммарное количество загруженного в фильтры анионита:

высокоосновный — АВ-17−8 =44,016 м³;

низкоосновный — АН-31=68,01 м³.

Суммарное количество загруженного в фильтры катионита:

КУ-2 = 87,663 м³.

Таблица 6

Анализ расхода воды на собственные нужды ВПУ

Суммарный расход воды на собственные нужды ВПУ:

1- по ионообменной части: G_?^ио = 22,35 м³/ч;

2- по предочистке: G_?^по = 38,47 м³/ч.

1.8 Компоновка оборудования 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 проектируемой ТЭС водоподготовительную установку вынесем в отдельное здание. Здание ВПУ удобнее располагать со стороны постоянной торцовой стены главного здания ТЭС. 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.

По способу подключения ионитных фильтров в схемах обессоливания различают коллекторный и блочный принцип их соединения.

Т.к. производительность ВПУ в нашем случае <400 м³/ч, то применим коллекторную схему.

При коллекторном способе включения ионитных фильтров исходная вода из общего коллектора параллельными потоками подаётся 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 фильтров ступени обрабатывает воду непрерывно, а отдельный фильтр — периодически. Число работающих фильтров в ступени можно изменять в зависимости от требуемой производительности. Частота регенераций 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 достаточно высокая, экономична по количеству оборудования и расходу ионита, имеет более простые алгоритмы управления, но расход химических реагентов на регенерацию значительно выше, чем в блочной схеме, и при автоматизации требует большого количества датчиков контроля.

Полный цикл работы ФСД: при открытых задвижках 1−2 идет процесс обессоливания воды. После отключения задвижек 1−2 начинается процесс восстановления объемной емкости фильтра. Для этого смешанный слой ионита необходимо разделить на слой катионита и анионита. Для этого подключают задвижки 3−4-5. После разделения на нижний слой катионита подают раствор серной кислоты через задвижку 8, а на верхний слой анионита через задвижку 9 подают раствор NaOH. Потоки встречаются на средней дренажной системе, взаимно нейтрализуются и отводятся через задвижку 7. Отмывка ионитов проводится послойно обессоленной водой в том же направлении, что и подача реагентов через задвижки 10−11−7. Далее отмывочный ионит перемешивают со сжатым воздухом. Окончательная отмывка смешанного слоя проводится через задвижки 11−6.

2. Водно-химический режим ТЭЦ

2.1 Задачи ВХР

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.

2.2 Нормирование качества теплоносителя основного цикла и тепловых сетей

Нормирование водного режима котлов прямоточного типа производится по нормам качества перегретого пара (табл. 7) и питательной воды (табл. 8).

Таблица 7

Нормы качества перегретого пара

^* При окислительных режимах допустимо значение рН=6.5

Таблица 8

Нормы качества питательной воды

^** Вводится в турбинный конденсат

^** За счёт подбора соотношения катионита и анионита в БОУ или дозирование аммиака после БОУ.

К основным мероприятиям по поддержанию нормируемых показателей ВХР энергоблоков ТЭС относятся:

предпусковые промывки оборудования;

проведение эксплутационных промывок оборудования;

консервация оборудования во время простоев;

герметизация баков питательной воды и её составляющих с целью предотвращения попадания кислорода в пароводяной цикл;

обессоливание и обескремнивание добавочной воды;

удаление свободной угольной кислоты из добавочной химически обработанной воды;

обезжелезивание и обессоливание основного конденсата турбин и других конденсатов;

деаэрация турбинного конденсата и питательной воды;

оснащение конденсаторов специальными дегазирующими устройствами с целью удаления О₂ из конденсата;

обеспечение достаточной герметичности турбин со стороны охлаждающей воды и воздуха;

постоянный вывод неконденсирующихся газов из паровых камер теплообменников;

тщательное уплотнение конденсатных насосов, арматуры и фланцевых соединений трубопроводов под разряжением;

антикоррозионное покрытие оборудования и применение коррозионных материалов;

введение

в пароводяной цикл корректирующих химических реагентов, соответствующих данному ВХР;

дозировка добавок, корректирующих водный режим.

Нормы качества воды для подпитки тепловых сетей и сетевой воды

приведены в таблице 9.

Таблица 9

Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов

^* Для теплосетей, в которых водогрейные котлы работают параллельно с бойлерами, имеющими латунные трубки, верхнее значение pH сетевой воды не должно превышать 9,5.

2.3 Методы коррекции теплоносителя

По вопросу оптимального ВХР ТЭС с прямоточными котлами в мировой энергетике разногласий нет — это окислительный (кислородный) режим. Кроме кислорода используют воздух, перекись водорода. Содержание окислителя в теплоносителе должно быть достаточным для поддержания на поверхности металла пароводяного тракта качественной защитной пленки. Его дозирование необходимо вести автоматически, непрерывно контролируя. Ввод окислителя допускается в конденсатный или питательный тракт. Для реализации окислительного водного режима необходимо выполнение ряда требований:

— глубокая очистка турбинного конденсата (ж=0,1 мкСм/см);

— поддержание значения рН₂₅?7,0;

— концентрация О₂?100 мкг/кг;

— отсутствие в конденсатно-питательном тракте сплавов на основе меди.

Дозирование кислорода: кислород вводится в количестве порядка 400 мкг/кг. Для коррекции величины показателя рН в небольших количествах вводят аммиак (~30−60 мкг/кг). Отказаться от его ввода нельзя, т.к. значение показателя рН переходит в кислую область, что может привести к росту концентрации железа по всему пароводяному тракту за счет активизации процессов коррозии. Для защиты от коррозии питательного тракта и тракта котла кислород вводят также и в питательную воду после деаэратора в количестве порядка 100 мкг/кг.

2.4 Конденсаты и схемы их очистки

Конденсаты являются основной и наиболее ценной составляющей частью питательной воды котлов любых давлений и производительности.

Конденсаты ТЭС можно подразделить на следующие основные группы:

— турбинные конденсаты — наиболее чистые, содержат лишь газы NH₃, CO₂, следы О₂, незначительное количество продуктов коррозии. Температура турбинного конденсата — 25…45⁰С.

— конденсаты пара регенеративных подогревателей низкого и высокого давлений, содержат продукты коррозии в несколько больших количествах, чем турбинные, температура порядка 50…100⁰С.

— конденсаты пара сетевых подогревателей, могут быть загрязнены солями, продуктами коррозии, температура порядка 80⁰С.

Кроме того, на ТЭС имеют место конденсаты подогревателей сырой и химочищеной воды, дренажные конденсаты и др.

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

На блоках с прямоточными котлами очистка всего потока турбинного конденсата является обязательным мероприятием по поддержанию оптимального водного режима. За каждой турбиной такого блока устанавливают блочную обессоливающую установку.

В данном случае очистка основного конденсата на БОУ осуществляется в 2 этапа:

— очистка механических примесей на осветлительных фильтрах диаметром 3,4 м, загруженным дроблёным антроцитом или сульфоуглём.

— обессоливание и обескремнивание на фильтрах смешанного действия с выносной регенерацией со скоростью фильтрования до 100 м/ч.

Состав основного оборудования БОУ для ТЭС с мощностью энергоблока 180 МВт: 3 осветлительных фильтра и 3 ФСД.

Оборудование БОУ размещается в машинном зале. Фильтры компонуются в 2 яруса, что позволяет более полно использовать объём помещения.

Для очистки конденсатов от продуктов коррозии с учётом температуры конденсата принимаем электромагнитные аппараты, для которых нет ограничения по температуре потока.

3. СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

3.1 Назначение системы и расчет потребности ТЭЦ в технической воде

На ТЭЦ вода нужна не только в качестве теплоносителя и пара, отпускаемого на производство, но и для технических нужд. Основная часть технической воды потребляется конденсаторами паровых турбин. 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.

Определим потребности станции в технической воде. Согласно табл. 2.20[1] расход воды на конденденсацию пара турбины Т-180/210−130 — 22 000 (следовательно для двух — 44 000).

Таблица 10

Потребности станции в технической воде

Общая потребность ТЭЦ в технической воде составит 47 706

3.2 Описание системы и ее расчет

На проектируемой ТЭЦ целесообразна оборотная система технического водоснабжения с градирнями, так как градирни характеризуются большой производительностью и компактностью.

Градирни представляют собой сложное гидротехническое сооружение, в которых один и тот же поток воды используется многократно, но требуется добавочная вода для восполнения потерь, имеющих место при охлаждении воды. Процесс охлаждения воды в этих системах происходит за счёт испарения части воды, подогретой в конденсаторе, а также за счет конвективного теплообмена при контакте воды с воздухом.

Такие системы называют циркуляционными системами, т.к. вода многократно проходит через трубную систему конденсатора и ее солесодержание повышается за счет капельного уноса воды и её упаривание. Это требует определенных мероприятий для регулирования солесодержания охлаждающей воды.

Потери воды в системе складываются из следующих видов:

может быть от 1 до 1,5%;

в зависимости от конкретных условий может принимать значения от 0,05 до 3,5%;

рассчитывается исходя из показателей качества охлаждающей воды и ВХР системы охлаждения (в среднем составляет 2%).

К основным достоинствам оборотных систем с градирнями относятся то, что они занимают значительно меньше площади, чем другие охладительные устройства, но при этом они должны обеспечивать эффективность охлаждения, т.к. это напрямую определяет тепловую экономичность ТЭС.

По способу создания тяги воздуха градирни разделяются на вентиляторные и башенные. На ТЭС наиболее широкое применение нашли башенные градирни.

В башенных градирнях тяга воздуха, охлаждающего циркулирующую воду, создается за счет высокой вытяжной башни. Вытяжные башни служат для создания естественной тяги благодаря разности удельных весов воздуха, поступающего в градирню, и нагретого воздуха, выходящего из градирни. Водосборный резервуар находится под оросителем. Вода подается в водораспределительное устройство по размещаемым в центре градирни стоякам. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая — уносится ветром. Поэтому вокруг не образуется сырости, тумана и обледенений в зимнее время, хотя возможно появление льда вокруг оросительных устройств.

Рисунок 1 — Конструкция башенной градирни Башенная градирня имеет более низкую стоимость по сравнению с градирнями открытого типа и брызгальными бассейнами, но обходится дороже вентиляторных градирен. Зато эксплуатационные расходы башенных градирен ниже, чем у других типов охладителей, в том числе, вентиляторных. В данном случае применяются менее жесткие требования к качеству воды, ней может находиться больше растворимых и механических примесей.