Проектирование водоподготовительной установки для ТЭЦ 300 МВт

Введение

Разработка и создание экологически безопасных станций становится генеральным направлением в развитии энергетики. Все большое признание в мировой энергетики получают станции, обеспечивающие экологически безопасный режим водоиспользования. Важную роль при этом играет выбор схемы подготовки добавочной воды и регенерация сточных вод. Эксплуатация, надежность и экономичность работы оборудования станции зависит от многих факторов, однако в значительной степени определяется чистотой рабочего тела воды и водяного пара. Примеси природных вод неизбежно тем или иным путем попадают в тракт энергоустановок, некоторые из них даже при очень малых концентрациях вызывают коррозию оборудования, образование отложений, что приводит к ухудшению показателей работы станции. Поэтому основной задачей при подготовке добавочной воды является эффективное и экономичное удаление примесей входящих в состав исходной воды.

Одновременно все более ощутимым становится дефицит пресной природной воды, поэтому задачи технологии воды на электростанциях существенно усложнились в связи с необходимостью решения экологических проблем, то есть защиты окружающей среды от сброса загрязненных стоков.

Задачи технико-экономической оптимизации водного хозяйства электростанции требует тщательного и незамедлительного решения.

Решение этого вопроса зависит прежде всего от сравнительной оценки «затраты — эффект», то есть от оценки ущерба, причиняемого оборудованием системы водоснабжения электростанции окружающей природе и затрат на минимализацию стоков.

Рассмотренные в данной работе технические предложения являются попыткой найти наиболее рациональное решение, сочетающие требования по экологической эффективности водно-химической части станции с надежностью и экономичностью оборудования.

Расположение проектируемой станции предполагается в Курганской области. Мощность станции 300 МВт. В составе четыре котла БКЗ-420−140, три турбины Т-100.

сток водоподготовительный фильтр обессоливание

1. Расчетная часть

1.1 Техническое обоснование проекта Предотвращение загрязнения общественных водоемов сточными водами тепловых электростанций, очистка и повторное использование этих вод являются в настоящее время, в соответствии с принятыми законами по охране окружающей среды, важнейшими задачами проектирования и эксплуатации тепловых энергетических объектов и водоподготовительных установок.

Сточные воды после ВПУ состоят из ряда различных по объему, составу и количеству загрязнений видов воды.

Эти воды обычно загрязнены кислотами, щелочами и нейтральными солями и образуются на одной и той же ВПУ на разных этапах обработки воды.

Количество сточных вод зависит как от схемы обработки воды, так и от количества содержащихся в исходной воде и удаляемых при обработке ее загрязнений, от качества реагентов (коагулянта, кислоты, щелочи) и наличия в них балласта.

1.2 Разработка вариантов обессоливания Первым вариантом ВПУ рассмотренным в данном дипломном проекте, будет химическое обессоливание.

При химическом обессоливании воды все катионы солей в Н-катионитном фильтре замещаются на ионы водорода, катионитные фильтры регенерируются серной кислотой. Из катионитного фильтра удаляются сульфат кальция, магния и натрия.

В анионитных фильтрах анионы кислот замещаются на ионы ОН, анионитовые фильтры регенерируются раствором едкого натра. Из анионита удаляются сульфат, хлорид, карбонат и силикат натрия.

Суммарное количество этих солей эквивалентно сумме анионитов сильных кислот, остатков углекислоты и карбонатной щелочности декарбонизированной воды и кремниевой кислоты в исходной воде.

Таким образом, при методе химического обессоливания количество солей в стоке повышается до уровня, эквивалентного сумме анионов сильных кислот и кремниевой кислоты.

Вторым вариантом ВПУ является термохимическое обессоливание.

Получение обессоленной воды из воды с повышенным солесодержанием путем парообразования с последующей конденсацией пара — один из наиболее старых и распространенных методов опреснения. Основным оборудованием в данном случае являются испарители.

В испаритель подводится тепло из отбора турбины (пар) для испарения воды, прошедший предварительную очистку и умягчение. Далее вторичный пар конденсируется в конденсаторе испарителя.

Полученный дистиллят с доочисткой приравнивается к качеству обессоленной воды, но переход на дистилляцию значительно уменьшает количество стоков ВПУ. Расчеты по сравнению вариантов приведены далее в пояснительной записке.

1.3 Характеристика схемы ВПУ для подпитки пароводяного цикла котлов и теплосети Источником водоснабжения для химической водоочистки ТЭЦ принята река Тобол. Химический состав источника водоснабжения приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Химический состав источника водоснабжения

Исходная вода для химической водоочистки ТЭЦ подается насосами сырой воды, расположенными в береговой насосной, в главный корпус на подогреватели сырой воды и подогревается до температуры плюс 40 °C.

Коагуляция воды производится путем присадки в осветлитель сернокислого железа. Дозирование этого реагента осуществляется автоматически насосамидозаторами.

Режим работы осветлителя проходит в неблагоприятных условиях ввиду малого содержания взвешенных веществ (см. таблицу 1,1), осветлитель с номинальной производительностью 410 м³/ч обеспечивает расход 320 м³/ч. Для обработки воды при полной производительности ХВО на станции установлены 3 осветлителя номинальной производительностью 410 м³/ч.

Из осветлителей обработанная вода поступает в 3 промежуточных бака емкостью по 400 м³/ч, откуда насосами Д 500−65 подается на двухступенчатые механические фильтры.

Всего на ТЭЦ установлено 6 механических фильтра, из которых один резервный один для перегрузки фильтрующих материалов.

После механических фильтров часть воды поступает на ионитные фильтры спараллельным включением, далее вода поступает на подпитку котельных агрегатов. Другая часть воды, в свою очередь, поступает на двух ступенчатые натрий — катионитные фильтры, далее вода поступает на подпитку теплосети.

Для подготовки воды на подпитку котельных агрегатов в данной схеме ВПУ использованы следующие фильтры:

— водород-катионитные фильтры первой ступени, загруженные катионитом марки КУ-2−8;

— анионитные фильтры первой ступени, загруженные анионитом марки АВ-17;

— водород-катионитовые фильтры второй ступени, загруженные катионитом марки КУ-2−8;

— анионитовые фильтры второй ступени, загруженные анионитом марки АН-31.

Для подготовки воды на подпитку теплосети в данной схеме ВПУ использованы следующие фильтры:

— натрий — катионитные фильтры первой ступени, загруженные катионитом марки — сульфоуголь;

— натрий — катионитные фильтры второй ступени, загруженные катионитом марки — КУ2−8.

Нормы качества питательной воды для котлов высокого давления представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Нормы качества воды для котлов высокого давления

Принципиальная схема ВПУ№ 1 представлена на рисунке 1.1 и на листе 1 графической части.

Рисунок 1.1 Принципиальная схема ВПУ: 1 — осветлитель; 2 — бак коагулированной воды; 3 — механический фильтр; 4 — Naкатионитовый фильтр I ступени; 5-Naкатионитовый фильтр II ступени;6 — H-катионитовый фильтр 1-ой ступени; 7 — анионитный фильтр 1-ой ступени; 8 — H-катионитный фильтр 2-ой ступени; 9 — анионитный фильтр 2-ой ступени; 10 — бак обессоленной воды; 11- насос частично обессоленной воды; 12 — насос коагулированной воды.

1.3.1 Расчет схемы ВПУ№ 1 для подпитки котельных агрегатов Расчет начинаем с определения производительности установки для химического обессоливания воды:

Q_впу=50+ (0,01* Д * n)+(0,03* Д * n), (1.1)

где Д — паропроизводительность установленных котлов, т/ч;

n — количество установленных котлов, шт.;

Q_впу=50 + (0,01*420*4)+(0,03*420*4)= 118 м³/ч Химический состав исходной воды представлен в таблице 1.1 Расчет схемы водоподготовки начинаем с оборудования, установленного в хвостовой части схемы.

1.3.2 Расчет анионитных фильтров второй ступени Расчетная производительность анионитных фильтров второй ступени, м³/час:

Q_Аll⁼118 (1.2)

Качество воды, поступающей на фильтры:

а) содержание СО₂

С^НС03 = 3,75 мг-экв/л б) содержание кремнекислоты

С_сд^SiO3= 0,1 мг-экв/л Характеристика фильтров:

количество — два в работе, один в резерве;

а) диаметр d = 2,6 м;

б) площадь фильтрования f = 5,3 м²;

в) высота слоя h_cл = 1,7 м.

Действительная скорость фильтрования, м/ч:

Wn= Q_All / n* f, (1.3)

где Q_All — расчетная производительность анионитных фильтров второй ступени, м³/час;

n — количество фильтров, шт;

Fплощадь фильтра, м²;

Wn= 118/(2 *5,3) = 11,13

Тип загруженного материала:

АВ-17

Рабочая емкость:

Ер = 1000 г — экв/м³ /4/

Продолжительность фильтроцикла, ч:

T+t= f* h_СЛ* Ер * п / (Q_all* С), (1.4)

где T+tдлительность фильтроцикпа, час;

fплощадь фильтра, м²;

h_сл — высота слоя, м;

n — количество фильтров, шт.;

Q_All— расчетная производительность анионитных фильтров второй ступени, м³/час;

T+t= 5,3 * 1,7 * 1000 * 2 / 118 * (3,75+0,1) = 40,61

m= 24 * n/ (T+t), (1.5)

где mсуточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут;

nколичество фильтров, шт.;

T+tдлительность фильтроцикла, час;

m= 24 * 2 / 40,61 = 1,2

Удельный расход 100% NaOHна регенерацию:

?¹⁰⁰_NaOH⁼f * h_ан * Ь_щ, (1.6)

где ?¹⁰⁰_NaOH— расход 100%NaOHна регенерацию, кг/регенерация;

fплощадь фильтра; м²;

h_aн— высота слоя анионита, м;

Ь_щ= 100 кг/м³ — удельный расход 100% NaOHна регенерацию, кг/м³;

?¹⁰⁰_NaOH = 5,3 * 1,7 * 100 = 901

Суточный расход 100% NaOHна регенерацию, кг/сут:

(?¹⁰⁰_NaOH)сут⁼ ?¹⁰⁰_NaOH* m (1.7)

где ?¹⁰⁰_NaOH— расход 100% NaOHна регенерацию, кг;

mсуточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут;

(?¹⁰⁰_NaOH)сут = 901 * 1,2 = 1090

Удельный расход воды на взрыхление фильтра

i= 2,8 л/(с*м²)

Время взрыхления фильтра

t_ВЗР=20мин расход воды на взрыхление Расход воды на взрыхление, м³/регенерация:

V_B3P= f* i* t_ВЗР*60/1000, (1.8)

где fплощадь фильтра, м²;

iудельный расход воды на взрыхление фильтра, л/(с*м²);

t_ВЗР— время взрыхления фильтра, мин;

V_B3P= 5.3 * 2,8 * 20 * 60 /1000 = 17,8

Концентрация регенерационного раствора С_р.р. = 4%

Расход воды на приготовление 4%-ногоNaOH, м³/регенерация:

V⁴_NaOH= ?¹⁰⁰_NaOH* 100 / (С_р.р* 10³), (1.9)

где ?¹⁰⁰_NaOH— расход 100%NaOHна регенерацию, кг;

С_р.р — концентрация щелочи, %;

V⁴_NaOH = 901 * 100 / (4 * 10³) = 22,5

Удельный расход воды на отмывку, а = 9 м³/м Расход воды на отмывку, м³/регенерация:

V_ОТМ= f * h_сл* а, (1.10)

где fплощадь фильтра, м²;

h_сл — высота слоя анионита, м;

а — удельный расход воды на отмывку, м³/м;

V_ОТМ= 5,3 * 1,7 * 9 = 81,1

Суммарный расход воды на регенерацию, м³/регенерация:

V_?=V_ВЗР+ V⁴_NaOH +V_ОТМ, (1.11)

где V_B3Р— расход воды на взрыхление, м³/регенерация;

V⁴_NaOH— расход воды на приготовление 4%-ногоNaOH, м³/регенерация;

V_отм — расход воды на отмывку, м³/регенерация;

V_?= 17,8 + 22,5 + 81,1 = 121,4

Часовой расход на собственные нужды, м³/ч:

q_СТ^CH = V_?m/24, (1.12)

где V_?— суммарный расход воды на регенерацию, м³/регенерация;

mсуточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут;

q_CT^CH = 70,5 *1,2 /24 = 3

Время пропуска регенерационного раствора, мин:

t_pp= V⁴_Na0H* 60 / (f* W_pp), (1.13)

где V⁴_NaOH— расход воды на приготовление 4%-ногоNaOH, м³/регенерация;

fплощадь фильтра, м²;

W_pp= 5 м³/чскорость пропуска регенерационного раствора, м³/ч;

Т_рр = 22,5 *60/(5.3*5) = 50,9

Время отмывки, мин:

T_отм=V_отм60 / (f* W_отм), (1.14)

где V_отм— расход воды на отмывку, м³/регенерация;

fплощадь фильтра, м²;

W_otm= 5 м/чскорость отмывки, м/ч;

T_отм= 81,1 * 60 / (5.3 * 5) = 183,6

Суммарное время регенерации, мин:

t= t_взр+ t_рр+ t_отм, (1.15)

где t_взр— время взрыхления фильтра, мин;

t_pp— время пропуска регенерационного раствора, мин;

t_отм— время отмывки, мин;

t= 20 + 50,9 + 183,6 = 254,5

1.3.3 РасчетH — катионитных фильтров второй ступени Расчетная производительность Н — катионитных фильтров II ступени, м³/час:

Q_hii⁼Q_aii+ q_ст^СН, (1.16)

где Q_aii— расчетная производительность анионитных фильтров второй ступени, м³/час;

q_CT^CH— часовой расход на собственные нужды, м³/ч;

Q_hii= 118 + 3 = 121

Качество воды, поступающей на фильтры:

а) содержание С0₂

С^C02 =0,1 мг-экв/л б) содержание кремнекислоты

С_СД^SiO3 = 0,02 мг-экв/л Характеристика фильтров:

количестводва в работе, один в резерве;

а) диаметр d = 2 м;

б) площадь фильтрования f = 3,14 м²;

в)высота слоя h_cл = 1,5 м.

Скорость фильтрования

W_ф = 50 м/ч

Действительная скорость фильтрования, м/ч:

Wn= Q_hii/ n* f, (1.17)

где Q_HII — расчетная производительность Н-катионитных фильтров II ступени, м³/час;

n — количество фильтров, шт;

fплощадь фильтра, м²;

Wn = 121/(2 *3,14) = 19,3

Тип загруженного материала

КУ-2−8

Рабочая емкость

Ер = 400 г-экв/м³

T+tдлительность фильтроцикла, час:

T+t= f* h_сл * Ер * n/ (Q_Hii* С), (1.18)

где f — площадь фильтра, м²;

h_СЛ — высота слоя, м;

n — количество фильтров, шт.;

Q_HII— расчетная производительность Н-катионитных фильтров II ступени, м³/час;

T+t= 3,14 * 1,5 *400 * 1 /121(0,02 + 0.1) = 259,5

Суточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут:

m= 24 * n/(T+t), (1.19)

где n — количество фильтров, шт.;

T+t — длительность фильтроцикпа, час;

m= 24 * 2 /259,5 = 0,18

Расход 100%-ной H₂S0₄на регенерацию, кг:

?¹⁰⁰_H2SO4=f * h_KAT * b_k, (1.20)

где fплощадь фильтра, м²;

h_кат — высота слоя катионита, м;

Ь_к = 60 — удельный расход 100% серной кислоты на регенерацию, кг/м³;

?¹⁰⁰_H2SO4= 3.14 * 1.5 * 60 = 282.6

Суточный расход 100% H₂S0₄на регенерацию, кг:

(?¹⁰⁰_H2SO4)cyт=?¹⁰⁰_H2SO4 * m, (1.21)

?¹⁰⁰_H2SO4 = 282,6 *0.18 = 50,9

Удельный расход воды на взрыхление фильтра

i= 3 л/(с*м²)

Время взрыхления фильтра

t_ВЗР=20 мин Расход воды на взрыхление, м³/регенерация:

V_ВЗР= f* i* t_B3p60/1000, (1.22)

где fплощадь фильтра, м²;

iудельный расход воды на взрыхление фильтра, л/(с*м²);

t_ВЗР— время взрыхления фильтра, мин;

V_B3P= 3,14 * 3 * 20 * 60 /1000 = 11,3

Расход воды на приготовление 3%-ной H₂S0₄, м³:

V³_H2S04= ?¹⁰⁰_H2SO4* 100 / (С * 10³), (1.23)

где ?¹⁰⁰_H2SO4— расход 100%-ной H₂S0₄на регенерацию, кг;

С_р.р. = 3% - концентрация серной кислоты, %;

V³_H2SO4= 282,6 * 100/(3 * 10³) = 9,4

Расход воды на отмывку, м³/регенерация:

V_ОТМ=f * h_сл * а, (1.24)

где f— площадь фильтра, м²;

h_сл— высота слоя катионита, м;

а = 5 — удельный расход воды на отмывку, м³/м;

V_ОТМ= 3,14* 1.5* 5= 23,6

Суммарный расход воды на регенерацию, м³ /регенерация:

V_?= V_ВЗР+ V³_H2S04 + V_0TM, (1.25)

где V_ВЗР — расход воды на взрыхление, м³/регенерация;

V³_H2S04— расход воды на приготовление 3%-ногоH₂S0₄, м³/регенерация;

V_ОТМ— расход воды на отмывку, м³/регенерация;

V_?= 11,3+9,4+23,6 = 44,3

Часовой расход на собственные нужды, м³/ч:

q_CT^CH= V_? * m/ 24, (1.26)

где V_?— суммарный расход воды на регенерацию, м³/регенерация; mсуточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут;

q_CT^CH = 44,3*0.18/24 = 0,35

Время пропуска регенерационного раствора, мин:

t_pp = V³_H2S04*60/(f*W_pp), (1.27)

где V³_H2SO4— расход воды на приготовление 3%-ногоH₂S0₄, м³/регенерация;

fплощадь фильтра, м²;

W_pp=10 — скорость пропуска регенерационного раствора, м³/ч;

t_р.р= 9,4*60/(3.14*10) = 18

Время отмывки, мин:

t_0TM =V_ОТМ*60/(f * W_ОТМ), (1.28)

где V_ОТМ— расход воды на отмывку. м³/регенерация fплощадь фильтра, м²;

W_ОТМ= 10 м/чскорость отмывки, м/ч;

t_ОTM= 23,6*60/3,14*10 = 45,1

Суммарное время регенерации, мин:

t= t_ВЗР+ t_p.p + t_ОТМ (1.29)

где t_ВЗР— время взрыхления фильтра, мин;

t_p.p.— время пропуска регенерационного раствора, мин;

t_0TM— время отмывки, мин;

t= 20 + 18 + 45,1 = 83,1

1.3.4 Расчет анионитных фильтров первой ступени Расчетная производительность анионитных фильтров первой ступени, м³/час:

Q_aI⁼Q_HII+ q_СТ^СН, (1.30)

где Q_HII— расчетная производительность Н — катионитных фильтров II ступени, м³/час;

q_CT^CH— часовой расход на собственные нужды Н — катионитных фильтров II ступени, м³/ч;

Q_AI,=121 + 0.35 = 121,35

Качество воды, поступающей на фильтры:

содержание CI

С_cl = 8,6 мг-экв/л содержание S0₄^-2

C_SO4^-2= 6,1 мг-экв/л Характеристика фильтров:

количестводва в работе, один в резерве;

диаметр, d= 2,6 м;

площадь, f= 5,3 м²;

высота слоя, h_СЛ= 2 м Скорость фильтрования

W_Ф = 20 м/час Действительная скорость фильтрования, м/ч:

W_n= Q_AI/ n* f, (1.31)

где Q_AI— расчетная производительность анионитных фильтров первой ступени м³/час;

n — количество фильтров, шт;

fплощадь фильтра, м²;

W_n= 121,35/(2 *5,3) = 10,45

Тип загруженного материала

АН-31

Рабочая емкость

Ер = 800 г-экв/м³

Длительность фильтроцикпа, час:

T+t= f*h_СЛ*Е_р*n/(Q_ai*С), (1.32)

где fплощадь фильтра, м²;

h_сл — высота слоя, м;

n — количество фильтров, шт.;

Q_AI— расчетная производительность анионитных фильтров первой ступени м³/час;

T+t= 5.3 * 2 * 800 * 2 / (121,35 +(6,1+8,6)) = 9,5

Суточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут:

m= 24 * n/ (T+t), (1.33)

где n — количество фильтров, шт.;

T+tдлительность фильтроцикпа, час;

m= 24 * 2 /9,5 = 5,05

Расход 100%NaOH на регенерацию, кг/регенерация:

?¹⁰⁰_NaOH=f*h_СЛ*b_щ, (1.34)

где ?¹⁰⁰_NaOH— расход 100% NaOH на регенерацию, кг/регенерация;

fплощадь фильтра, м²;

h_сл — высота слоя анионита, м;

Ь_щ = 50 кг/м³— удельный расход 100% NaOH на регенерацию, кг/м³;

?¹⁰⁰_NaOH = 5.3* 20*50 = 530

Суточный расход 100% NaOH на регенерацию, кг/сут:

(?¹⁰⁰_NaOH)cyт=?¹⁰⁰_NaOH*m, (1.35)

где ?¹⁰⁰_NaOH — расход 100%NaOHна регенерацию, кг;

mсуточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут;

(?¹⁰⁰_NaOH)сут = 530 * 5,05= 2676,5

Удельный расход воды на взрыхление фильтра

i= 2,8 л/(с*м)

Время взрыхления фильтра

t_ВЗР-20 мин Расход воды на взрыхление, м /регенерация:

V_ВЗР= f* i* t_ВЗР*60/1000, (1.36)

где fплощадь фильтра, м²;

iудельный расход воды на взрыхление фильтра, л/(с*м²);

t_ВЗР— время взрыхления фильтра, мин;

V_B3P= 5.3 * 2,8 * 20 * 60 / 1000 = 17,8

Расход воды на приготовление 4%-ного NaOH, м^З/регенерация:

V⁴_NaOH= ?¹⁰⁰_NaOH* 100/(С_р.р. * 10³), (1.37)

где ?¹⁰⁰_NaOH — расход 100%NaC)Hна регенерацию, кг;

С_р.р. = 4% - концентрация щелочи, %;

V⁴_NaOH= 530* 100/(4 * 10³) = 13,3

Расход воды на отмывку, м³/регенерация:

V_ОТМ= f* h_cл*а, (1.38)

где fплощадь фильтра, м²;

h_сл — высота слоя анионита, м;

а = 8 — удельный расход воды на отмывку, м³/м;

V_ОТМ = 5.3* 2*8 = 84,8

Суммарный расход воды на регенерацию, м³/регенерация:

V_? = V_ВЗР+ V⁴_NaOH ⁺V_ОТМ, (1.39)

где V_ВЗР— расход воды на взрыхление, м³/регенерация;

V⁴_NaOH— расход воды на приготовление 4%-ногоNaOH, м³/регенерация;

V_ОТМ — расход воды на отмывку, м³/регенерация;

V_?=17,8 + 13,3 + 84,8 = 115,9

Часовой расход на собственные нужды, м³/ч:

q_CT^CH = V_? *m/24, (1.40)

где V_?— суммарный расход воды на регенерацию, м³/регенерация;

mсуточное число регенераций всех фильтров; регенерация/сут;

q_CT^CH= 115,9 * 5,05 / 24 = 24,4

Время пропуска регенерационного раствора, мин:

t_pp= V⁴_NaOH* 60 / (f* Wpp), (1.41)

где V⁴_NaOH— расход воды на приготовление 4%-ногоNaOH, м³/регенерация;

fплощадь фильтра, м²;

W_pp= 5- скорость пропуска регенерационного раствора, м³/ч;

t_pp= 13,3*60/(5.3*5) = 30,1

Время отмывки, мин:

t_отм = V_ОТМ * 60/ (f *W_otm), (1.42)

где t_отм — время отмывки, мин;

V_ОТМ— расход воды на отмывку. м³/регенерация;

fплощадь фильтра, м²;

W_otm⁼ 5- скорость отмывки, м/ч;

Суммарное время регенерации, мин:

t_0TM= 84,8*60/(5.3*5) = 192

t= t_ВЗР+ t_p.p. + t_0TM, (1.43)

где t_ВЗР— время взрыхления фильтра, мин;

t_p.p.— время пропуска регенерационного раствора, мин;

t_0TM— время отмывки, мин;

t= 20 + 30,1 + 192 = 242,1 мин

1.3.5 РасчетH — катионитных фильтров первой ступени Расчетная производительность Н — катионитных фильтров I ступени, м³/час:

Q_hI⁼Q_aI+ q_CT^CH, (1.44)

где Q_ai— расчетная производительность анионитных фильтров первой ступени, м³/час;

q_CT^CH— часовой расход на собственные нужды анионитных фильтров первой ступени м³/ч;

Q_hi= 118,35 + 24,4 = 142,75

Качество воды, поступающей на фильтры:

содержание Са²⁺ + Мg²⁺

Са²⁺ + Мg²⁺ =8,2 мг-экв/л;

содержаниеNa⁺ = 3,98 мг-экв/л.

Характеристика фильтров:

количестводва в работе, один в резерве;

диаметр, d= 2,6 м;

площадь, f= 5,3 м²;

высота слоя, h_сл⁼ 2 м.

Скорость фильтрования

W_СД=30 м/час Действительная скорость фильтрования, м/ч:

W_n= Q_HI/ n* f, (1.45)

где Q_HI— расчетная производительность Н — катионитных фильтров I ступени, м³/час;

n — количество фильтров, шт;

f — площадь фильтра, м²;

Wn = 142,75/(2*5.3)=13,5

Тип загруженного материала

КУ-2−8

Рабочая емкость

Ер = 600 г-экв/м³

Длительность фильтроцикла, час:

T+t= f* h_сл * Ер * n/ (Q_HI* С), (1.46)

где fплощадь фильтра, м²;

h_сл — высота слоя, м;

n — количество фильтров, шт.;

Q_HI — расчетная производительность Н — катионитных фильтров II ступени, м³/час;

T+t= 5,3 * 2 * 650 * 2 / (142,75*(8,2+3,98)) =7,93

Суточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут:

m= 24 * n/ (T+t), (1.47)

где n — количество фильтров, шт.;

T+tдлительность фильтроцикла, час;

m= 24 * 2 /7,93 = 6,05

Рсход 100%~ной H₂S0₄на регенерацию, кг:

?¹⁰⁰_H2SO4 = f* h_кат * b_K, (1.48)

где fплощадь фильтра, м ;

h_кат— высота слоя катионита, м;

Ь_к = 60 — удельный расход 100% серной кислоты на регенерацию, кг/м³;

?¹⁰⁰_H2SO4 = 5.3 * 2 * 60 = 636

Суточный расход 100% H₂S0₄на регенерацию, кг:

(?¹⁰⁰_H2SO4)сут =?¹⁰⁰_H2SO4 * m, (1.49)

где mсуточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут;

(?¹⁰⁰_H2SO4)сут = 636 * 6,05 = 3847,8

Удельный расход воды на взрыхление фильтра

i= 3 л/(с*м)

Время взрыхления фильтра

t_ВЗР-20 мин

V_ВЗР= f* i* t_ВЗР*60/1000, (1.50)

где V_ВЗР — расход воды на взрыхление, м /регенерация;

fплощадь фильтра, м²;

iудельный расход воды на взрыхление фильтра, л/(с*м²);

t_ВЗР— время взрыхления фильтра, мин;

V_B3P= 5.3 * 3 * 20 * 60 / 1000 = 19,1

Расход воды на приготовление 1%-ной H₂S0₄, м³:

V¹_H2S04= ?¹⁰⁰_H2SO4* 100 / (С * 10³), (1.51)

где ?¹⁰⁰_H2SO4— расход 100%-ной H₂S0₄на регенерацию; кг;

С_рр= 1- концентрация серной кислоты. %.

V¹_H2S04⁼636 * 100/(1 * 10³) = 63,6

Расход воды на отмывку, мЗ/регенерация:

V_otm=f *h_сл*а, (1.52)

где fплощадь фильтра, м;

h_cл— высота слоя катионита, м;

а = 5- удельный расход воды на отмывку, м³/м;

V_отм= 5,3 * 2 * 5 = 53

Суммарный расход воды на регенерацию, м³/регенерация:

V_?= V¹_H2S04+V_ВЗР+V_отм, (1.53)

где V¹_H2SO4— расход воды на приготовление 3%-ногоH₂S0₄, м³/регенерация;

V_ОТМ— расход воды на отмывку, м³/регенерация;

V_ВЗР — расход воды на взрыхление, м /регенерация

V_? = 19,1+63,6+53=135,7

Часовой расход на собственные нужды, м³/ч:

q_CT^CH= V_?* m/ 24, (1.54)

где V_? — суммарный расход воды на регенерацию, м³/регенерация;

mсуточное число регенераций всех фильтров, регенерация/сут;

q_CT^CH= 135,7 * 6,05/24 = 34,2

Время пропуска регенерационного раствора, мин:

t_PP= V¹_H2S04* 60 / (f * W_pp), (1.55)

где V¹_H2SO4— расход воды на приготовление 1%-ногоH₂S0₄, м³/регенерация;

fплощадь фильтра, м²;

W_pp=10- скорость пропуска регенерационного раствора, м /ч;

t_pp= 63,6*60/(5.3* 10) = 72

Время отмывки, мин:

t_0TM=V_ОТМ* 60/(f*W_otm), (1.56)

гдеV_0TM— расход воды на отмывку, м³/регенерация; fплощадь фильтра, м²:

W_ОТМ= 10- скорость отмывки, м/ч;

t_0TM=53*60/(5,3* 10) = 60

Суммарное время регенерации, мин:

t⁼t_pp+ t_0TM+t_взр, (1.57)

где t_pp— время пропуска регенерационного раствора, мин;

t_0TM— время отмывки, мин;

t_взр— время взрыхления фильтра, мин;

t= 120+72+60 = 252

Результат расчета схемы ВПУ № 1 для подпитки котельных агрегатов, сводим в таблицу 1.3

Таблица 1.3 — Результат расчета схемы ВПУ № 1 для подпитки котлов

1.3.6 Расчет схемы ВПУ для подпитки теплосети

Рисунок 2- Принципиальная схема ВПУ № 1 для подпитки теплосетей

1.3.7 Расчет Na-катионитовых фильтров II ступени

Исходные данные:

Производительность Naкатионитовых фильтров II ступени:

Q^II_Na= 194 м³/ч Характеристика фильтров:

А) диаметр Д = 2 м;

Б) площадь фильтрования F_Na= 3,14 м² [6]

Характеристика катионита:

А) марка — КУ2−8;

Б) насыпная масса набухшего и товарного катионита

Скорость пропуска регенерационного раствора

Удельный расход воды на отмывку

Скорость отмывки катионита

Расчетные технологические показатели Na-катионитного фильтра 2 ступени приведены в таблице 6

Таблица 6 — Расчетные технологические показатели фильтра

Скорость фильтрования, м/ч:

Нормальная — при работе всех фильтров:

W_H=Q_Na/(F_Na* n_раб), (1.58)

где Q_Na— производительность Na-катионитовых фильтров II ступени, м³/ч;

F_Na— площадь фильтрования, м²;

n_раб — количество работающих фильтров, шт.;

Находим необходимое количество работающих фильтров, шт:

n_раб=194/40*3,14=1,55

Следовательно принимаем два фильтра в работе, один в резерве.

Число регенераций фильтра в сутки, раз/сутки:

n_Na= (Q_Na* Ж₀* 24)/(h* F_Na * *n_раб), (1.59)

где Q_Na — производительность Naкатионитовых фильтров II ступени, м³/ч;

Ж₀ — общая жесткость фильтрата, поступающего на фильтры, мг-экв/кг;

h — Высота слоя катионита, м;

— Рабочая емкость поглощения катионита, г-экв/м³;

F_Na— Площадь фильтрования Na — катионитного фильтра, м²;

n_раб — число фильтров в работе, шт.

n_Na = 194 * 0,1 * 24 / (1,5 * 300 * 3,14 * 2) = 0,165

Расход соли на одну регенерацию, кг:

Q_c= *h* F_Na *q_c/1000, (1.60)

где — Рабочая емкость поглощения катионита, г-экв/м³;

h — Высота слоя катионита, м;

F_Na— Площадь фильтрования Na — катионитного фильтра, м²;

q_c— удельном расходё соли, г/г-экв.

Q_c= 300 * 3,14* 1,5 * 200 /1000 = 282,6

Расход технической соли в сутки на регенерацию фильтра, кг/сутки:

Q_т.c. = Qc * n_Na * n_раб* 100 / 93, (1.61)

где Q_c— расход соли на одну регенерацию, кг;

n_Na — число регенераций фильтра в сутки, раз/сутки;

n_раб — количество работающих фильтров, шт.;

Q_т.c= 282,6 * 0,165 * 2* 100 / 93 = 100,3

Расход воды на регенерацию Naкатионитового фильтра слагается из:

— расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра, м³:

Q_B3P = i * F_Na * 60 * t_ВЗР/1000, (1.62)

где iинтенсивность взрыхляющей промывки фильтров, л/сек*м /б/;

F_Na— площадь фильтрования, м²;

t_B3P— продолжительность взрыхляющей промывки;

Q_B3P= 4 * 3.14*60* 30/1000=22,6

— расхода воды на приготовление регенерационного раствора соли, м³:

Q_pc = Qc* 100/(1000 *b*р_рр), (1.63)

где Q_c— расход соли на одну регенерацию, кг;

b — концентрация регенерационного раствора, %

р_рр— плотность регенерационного раствора, т/м³

Q_pc= (282,6*100)/(1000*12* 1,086) = 2,17

— расхода воды на отмывку катионита от продуктов регенерации, м³:

Q_OT=q_0T*F_Na *h, (1.64)

где q_0T— удельный расход воды на отмывку катионита, м³/м³;

F_Na— площадь фильтрования, м²;

hвысота слоя катионита (сульфоугль), м.

Q_0T= 8 * 3,14 *1,5 = 37,68

Расход воды на регенерацию Na-катионитового фильтра, с учетом использования отмывочных вод при взрыхлении, м³:

Q_C.H.=Q_pc. +Q_ot. (1.65)

где Q_pc.— расход воды на приготовление регенерационного раствора соли, м³;

Q_ot— расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации, м³;

Q_c.h= 2,17 + 37,68 = 39,85

Расход воды на регенерацию фильтров в сутки, м³/сутки:

Q^сут_с.н, = Q_c.h.* 2 * n_Na, (1.66)

где n_Na — число регенераций фильтра в сутки, раз/сутки;

Q^cyт_с.н. = 39,85*2*0,165= 13,15

Расход воды на регенерацию фильтров в час, м³/час:

Q^ч_c.н. = Q^cyт_c.н./24 (1.67)

Q^ч_c.h.=13,15/24 = 0,55

Межрегенерационный период каждого Na-катионитного фильтра, мин:

(1.68)

где — количество регенераций каждого катионитного фильтра в сутки;

— время регенерации фильтра.

Определяем время регенерации фильтра, мин:

(1.69)

где — продолжительность взрыхляющей промывки, мин;

— время пропуска регенерационного раствора через фильтр, мин;

— время отмывки фильтра от продуктов регенерации, мин.

(1.70)

где — количество регенерационного раствора, м³;

— скорость пропуска регенерационного раствора, (м/ч);

— площадь фильтрования, м².

(1.71)

где — расход воды на отмывку фильтра, м³;

— скорость отмывки катионита.

1.3.8 Расчет Na-катионитовых фильтров I ступени Исходные данные:

Производительность Naкатионитовых фильтров I ступени, м³/ч:

Q^I_Na = Q^II_Na+ Q^ч_C.H, (1.72)

где Q^II_Na — производительность Naкатионитовых фильтров II ступени, м³/ч;

Q^ч_CH— расход воды на регенерацию Naкатионитовых фильтров II ступени в час, м³/ч;

Q^I_Na= 194+0,55 = 194,55

Характеристика фильтров:

Фильтр ФИПа1−3,4−0,6

А) диаметр Д = 3,4 м;

Б) площадь фильтрования F_Na= 9,1 м² [6]

Характеристика катионита:

А) марка — сульфоуголь;

Б) насыпная масса набухшего и товарного катионита

Скорость пропуска регенерационного раствора

Удельный расход воды на отмывку

Скорость отмывки катионита

Расчетные технологические показатели Na-катионитного фильтра 1 ступени приведены в таблице 7

Таблица 7 — Расчетные технологические показатели фильтра

Скорость фильтрования, м³/ч:

Нормальная — при работе всех фильтров:

W_H =Q_Na/(F_Na* n_раб), (1.73)

Максимальная — при регенерации одного из фильтров:

W_max =Q_Na/(F_Na* (n_раб-1)) (1.74)

где Q_Na— производительность Na-катионитовых фильтров II ступени, м³/ч;

F_Na— площадь фильтрования, м²;

n_раб — количество работающих фильтров, шт.;

Находим необходимое количество работающих фильтров при нормальной скорости, шт:

n_раб=194,55/25*9,1=0,855

Находим необходимое количество работающих фильтров при нормальной скорости, шт:

n_раб=(194,55/35*9,1)+1=1,61

Следовательно, принимаем два фильтра в работе, один в резерве.

Число регенераций фильтра в сутки, раз/сутки:

n_Na= (Q_Na* Ж₀* 24)/ (h* F_Na * *n_раб), (1.75)

где Q_Na — производительность Na-катионитовых фильтров II ступени, м³/ч;

Ж₀ — общая жесткость фильтрата, поступающего на фильтры, мг-экв/кг;

h — Высота слоя катионита, м;

— Рабочая емкость поглощения катионита, г-экв/м³;

F_Na— Площадь фильтрования Na-катионитного фильтра, м²;

n_раб — число фильтров в работе, шт.

n_Na = 194,55 * 5,75 * 24 / (2,5 * 9,1 * 258 * 2) = 2,04

Расход соли на одну регенерацию, кг:

Q_c = *h* F_Na *q_c/1000, (1.76)

где — Рабочая емкость поглощения катионита, г-экв/м³;

h — Высота слоя катионита, м;

F_Na— Площадь фильтрования Na-катионитного фильтра, м²;

q_c— удельном расходё соли, г/г-экв.

Q_c= 258 * 9,1* 2,5 * 120 /1000 = 704,3

Расход технической соли в сутки на регенерацию фильтра, кг/сутки:

Q_т.c. = Qc * n_Na * n_раб* 100 / 93, (1.77)

где Q_c— расход соли на одну регенерацию, кг;

n_Na — число регенераций фильтра в сутки, раз/сутки;

n_раб — количество работающих фильтров, шт.;

Q_т.c= 704,3 * 2,04 * 2* 100 / 93 = 3029,5

Расход воды на регенерацию Naкатионитового фильтра слагается из:

1) расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра, м³:

Q_B3P = i * F_Na * 60 * t_ВЗР/1000, (1.78)

где iинтенсивность взрыхляющей промывки фильтров, л/сек*м /б/;

F_Na— площадь фильтрования, м²;

t_B3P— продолжительность взрыхляющей промывки;

Q_B3P= 4 * 9,1*60* 30/1000=65,52

2) расхода воды на приготовление регенерационного раствора соли, м³:

Q_pc = Qc* 100/(1000 *b*р_рр), (1.79)

где Q_c— расход соли на одну регенерацию, кг;

b — концентрация регенерационного раствора, %

р_рр=1,056- плотность регенерационного раствора, т/м³

Q_pc= (704,3*100)/(1000*8* 1,056) = 8,34

3) расхода воды на отмывку катионита от продуктов регенерации, м³:

Q_OT=q_0T *F_Na *h, (1.80)

где q_0T— удельный расход воды на отмывку катионита, м³/м³;

F_Na— площадь фильтрования, м²;

hвысота слоя катионита (сульфоугль), м.

Q_0T= 4 * 9,1 *2,5 = 91

Расход воды на регенерацию Na-катионитового фильтра, с учетом использования отмывочных вод при взрыхлении, м³:

Q_C.H.=Q_pc. +Q_ot+Q_B3P (1.89)

где Q_pc.— расход воды на приготовление регенерационного раствора соли, м³;

Q_ot— расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации, м³;

Q_B3P — расход воды на взрыхляющую промывку фильтра, м³

Q_c.h= 8,34+65,52+91 = 164,86

Расход воды на регенерацию фильтров в сутки, м³/сутки:

Q^сут_с.н, = Q_c.h.* 2 * n_Na, (1.90)

где Q_c.h.— расход воды на регенерацию Na-катионитового фильтра, с учетом использования отмывочных вод при взрыхлении, м³;

n_Na — число регенераций фильтра в сутки, раз/сутки;

Q^cyт_с.н. = 164,86*2*2=659,44

Расход воды на регенерацию фильтров в час, м³/час:

Q^ч_c.н. = Q^cyт_c.н./24 (1.91)

Q^ч_c.h.=659,44/24 =27,48

Время между регенерациями фильтра, ч:

(1.92)

где — количество регенераций каждого катионитного фильтра в сутки;

— время регенерации фильтра.

Определяем время регенерации фильтра:

(1.93)

где — продолжительность взрыхляющей промывки, мин;

— время пропуска регенерационного раствора через фильтр, мин;

— время отмывки фильтра от продуктов регенерации, мин.

(1.94)

где — количество регенерационного раствора, м³;

— скорость пропуска регенерационного раствора, (м/ч);

— площадь фильтрования, м².

(1.95)

где — расход воды на отмывку фильтра, м³;

— скорость отмывки катионита.

1.3.9 Расчет механических фильтров ВПУ № 1

Количестве воды, поступающей на фильтры, м³/ч:

(1.96)

где — расчетная производительность Н-катионитных фильтров 1 ступени, т/ч;

— количество воды, на собственные нужды, Н-катионитных фильтров 1 ступени, т/ч;

— производительность Na-катионитных фильтров 1 ступени, т/ч;

— количество воды, на собственные нужды, Na-катионитных фильтров 1 ступени, т/ч;

Характеристика фильтров:

Фильтр ФОВ2Л-3,4−6

а) диаметр D=3,4 м;

б) площадь фильтрования ;

коэффициент учитывающий расход осветленной воды на собственные нужды,.

Расчетные технологические показатели механического фильтра приведены в таблице 8

Таблица 8- Расчетные технологические показатели фильтра

Общая площадь фильтрования, м2:

(1.97)

где — коэффициент учитывающий расход осветленной воды на собственные нужды;

— скорость фильтрования при нормальном режиме работы фильтров;

(1.98)

Необходимое количество работающих фильтров при нормальной скорости, шт:

(1.99)

где — площадь фильтрования каждого фильтра, м2;

— общая площадь фильтров, м2.

Принимаем количество фильтров равное 6 Один фильтр — резервный.

Скорость фильтрования при нормальном режиме работы, м/ч:

(1.100)

где — среднечасовой расход воды на собственные нужды осветлительных фильтров, м3/ч;

1- число фильтров, находящихся в промывке, шт;

а — количество рабочих фильтров, шт;

— производительность механических фильтров, т/ч;

— площадь фильтрования, м2.

Среднечасовой расход воды на собственные нужды, м3/ч:

(1.101)

где dрасход воды на одну промывку фильтра, м3;

а — количество рабочих фильтров, шт;

rчисло промывок каждого фильтра в сутки, раз/сутки.

(1.102)

где iинтенсивность взрыхления, л/(см2);

tпродолжительность взрыхляющей промывки, мин;

— площадь фильтрования, м2.

Скорость фильтрования при форсированном режиме, м/ч:

(1.103)

где 2- число отключенных фильтров (один в ремонте, один в промывке).

а — количество рабочих фильтров, шт;

— производительность механических фильтров, т/ч;

— площадь фильтрования, м2.

1.3.10 Расчет осветлителя ВПУ № 1

Количество воды, вышедшей из осветлителя, м3/ч:

(1.104)

где — расчетная производительность механических фильтров, м3/ч;

— часовой расход на промывку механических фильтров, м3/ч.

(1.105)

где — количество воды, обрабатываемой в осветлители с учетом 3% на продувку осветлителя, м3/ч;

— количество воды, выходящей из осветлителя, м3/ч;

— собственные нужды, с учетом 3% процентов на продувку.

Модель осветлителя — ВТИ-250.

Характеристика осветлителей:

а) диаметр D = 9 м;

б) площадь F = 62 м²;

в) объем V = 330 м³;

г) производительность 220 т/ч;

Удельный расход 100% коагулянта — сернокислого железа FeSO4, k=1,3 мг-экв/л, что составляет 75,2 г/м3;

Содержание Fe2O3 в техническом FeSO4 ;

Удельный вес 1% рабочего раствора коагулянта т/м3; /3/

Количество осветлителей n= 3 шт.

(1.106)

где — время пребывания воды в осветлителях, ч;

n — количество осветлителей, шт;

— количество воды, выходящей из осветлителя.

(1.107)

где — часовой расход технического коагулянта, кг/ч;

— количество воды, обрабатываемой в осветлители с учетом 3% на продувку осветлителя, м3/ч;

kудельный расход 100% коагулянта, г/м³

Суточный расход технического коагулянта, кг/сут:

(1.108)

где — часовой расход технического коагулянта, кг/ч;

Месячный раствор технического коагулянта, т/мес:

(1.109)

гдесуточный расход технического коагулянта, кг/сут.

(1.110)

где — часовой расход 1% рабочего раствора ;

— часовой расход технического коагулянта, кг/ч;

— содержание в техническом;

— удельный вес 1% рабчего раствора коагулянта, т/м³.

Суточный расход 1% раствора коагулянта:

(1.111)

Суточный расход извести, кг/сут:

(1.112)

где =3,75 — бикарбонатная щелочность исходной воды, мг-экв/л;

=0,01- содержание свободной углекислоты в исходной воде, мг-экв/л;

=4,65- содержание магния в исходной воде, мг-экв/л;

=0,1 — избыточная гидратная щелочность, мг-экв/л; /7/

К=0,5 — дозировка коагулянта, мг-экв/л; /7/

Q — производительность установки, ;

А=98 — содержание активной СаО в технической извести, %.

Полученные результаты расчетов схемы ВПУ № 1 для подпитки теплосети сводим в таблицу 9.

Таблица 9- результаты расчетов схемы ВПУ № 1 для подпитки теплосети

2. Характеристика схемы ВПУ № 2 с использованием термохимического способа обессоливания Для подготовки питательной воды испарителей используем то же оборудование, что и при химическом методе обессоливания₎ коагуляция и осветление воды производится в тех же осветлителях и механических фильтрах, водород-катионитные и анионитные фильтры перезагружаем катионитом (сульфоуглем). Количество необходимых фильтров и расход реагентов рассчитываем.

Схема ВПУ для подготовки питательной воды испарителей приведена на рисунке 3

Вода, подготовленная по данной схеме, соответствует нормам качества.

Таблица 2.1 — Нормы качества питательной воды испарителей

Рисунок 3. Принципиальная схема ВПУ для подготовки питательной воды испарителей

2.1 Расчет схемы ВПУ № 2 с использованием термохимического способа обессоливания