Расчёт водоподготовительной установки для электростанции – КЭС суммарной мощностью 1800 МВт

К числу важнейших технологических процессов современных тепловых электростанций (ТЭС) относится комплекс процессов водоприготовления, обеспечивающих нормированный состав примесей в паре и питательной воде котлов.

Каждая электростанция располагает системой ВПУ, объединённых общей целью подготовки и поддержания состава питательной воды и пара перед турбиной в соответствии с нормами Правил технической эксплуатации электростанций и сетей ПТЭ.

В данном курсовой проекте производится расчёт водоподготовительной установки для электростанции — КЭС суммарной мощностью 1800 МВт.

Подготовка воды на современных электростанциях является весьма ответственной задачей, т.к. от её качества в большей мере зависит надёжность и экономичность эксплуатации оборудования.

Развитие ВПУ обусловлено не только мощностью электростанций, но и значительным усложнением схем водоподготовки в связи с повышением требований к качеству обработанной воды и конденсатов.

1. Выбор источника водоснабжения ТЭС. Анализ показателей исходной воды При выборе источника водоснабжения необходимо учитывать, что в качестве исходных вод для электростанций используют:

воды поверхностных источников;

воды артезианских скважин непитьевого качества, если по основным показателям они не хуже вод открытых водоёмов;

воды прямоточных и циркуляционных систем охлаждения конденсаторов турбин;

очищенные промышленные стоки, хозяйственно-бытовые сточные воды после их биологической очистки.

В данном курсовом проекте в качестве источника водоснабжения принята река со следующими показателями качества:

Жёсткость, мг-экв./кг: Ж_о = 4,8; Ж_к = 3,2; Ж_нк = 1,6.

Содержание ионов и окислов, мг/кг: Са²⁺ = 84; Mg²⁺ 7,3; Na⁺ = 10,75; HCO₃— = 195,2; SO₄^2- = 48; Cl- = 38; NO₃— и NO₂— отсутствуют; SiO₃^2- = 22.

У данной воды карбонатная жёсткость превышает 2 мг-экв./кг, поэтому применяется коагуляция сернокислым железом FeSO₄ с известкованием.

Вода содержит большое количество катионов Са²⁺, Na⁺, анионов HCO₃-, SO₄-, что требует в свою очередь больших расходов химреагента для регенерации катионита и анионита, что влечёт за собой и увеличение сточных вод.

2. Расчёт производительности ВПУ

При расчёте производительности водоподготовительных установок для приготовления добавочной питательной воды для КЭС и отопительных ТЭЦ учитывается, что при нормальной производительности устанавливаемых котлов внутристанционные потери пара и конденсата не должны превышать 2%. Для заданной электростанции с прямоточными котлами расчётную производительность ВПУ увеличивают для блоков мощностью 300 МВт на 25 т/ч.

Производительность ВПУ для ТЭЦ с отдачей пара на производство рассчитывается, исходя из покрытия внутристанционных потерь конденсата в размере 2% установленной паропроизводительности котельной, покрытия потерь конденсата на производство с 75% запасом на невозврат конденсата.

В системах теплоснабжения расчётный часовой расход подпиточной умягчённой деаэрированной воды принимаем равным 2% от объёма воды.

Q_внутр. = 0,02 D_п = 0,02 6 950 = 114 т/ч.

Q_обесс.^ВПУ = Q_внутр. + 25 т/ч = 114 + 25 = 139 т/ч.

Расчёт производительности установки умягчения воды для подпитки потерь в теплосетях:

Q_ум.^ВПУ = 0,02 G_с.в. = 0,02 350 6 = 42 т/ч.

3. Обоснование выбора метода и схемы подготовки воды Выбор способов обработки добавочной воды котлов производится в зависимости от качества исходной воды, типа котельного агрегата.

На отопительных ТЭЦ восполнение потерь питательной воды производится обессоленной водой, если среднегодовое суммарное содержание анионов сильных кислот (SO₄^2-, Cl-, NO₃-, NO₂-) исходной воды менее 5 мг-экв./кг и при отсутствии специфических органических соединений, которые не могут удаляться при коагуляции.

В нашем случае: А_ск = 1,0 + 1,07 = 2,07 < 5 мг-экв./кг.

Водоподготовительные установки включают предочистку и ионитную часть.

В нашем случае Ж_к исходной воды более 2 мг-экв./кг, следовательно, выбираем коагуляцию сернокислым железом FeSO₄ с известкованием в осветлителе с последующим осветлением в осветлительных фильтрах.

Дальнейшая обработка воды производится на ионитной части ВПУ.

Так как все котлы станции прямоточного типа, то независимо от показателей качества исходной воды обработка воды должна вестись по схеме трёхступенчатого обессоливания (Н₁ — А₁ — Н₂ — Д — А₂ — ФСД).

очистка водоподготовительный установка

4. Полное описание технологических процессов обработки воды В настоящее время в теплоэнергетике в качестве исходной воды используется вода поверхностных источников, которая содержит значительное количество примесей в разнообразных формах. Требования к ВПУ — обеспечить высокоэффективную очистку воды при соблюдении экономичности схемы.

Предварительная стадия очистки позволяет избавиться от основных видов примесей при полном отсутствии сточных вод. На стадии предочистки вода освобождается от грубых, коллоидных, частично молекулярных примесей. Кроме того, снижается её щёлочность, происходит частичная дегазация. Качественная предочистка позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели ВПУ в целом.

На стадии предочистки используются в основном методы осаждения, при применении которых примеси выделяются из воды в виде осадка. Данные методы обработки относятся к реагентным, т.к. в воду дозируют специальные химические реагенты. Обычно эти процессы совмещены и происходят в осветлителе. В данной схеме предочистка на ВПУ проводится коагуляцией FeSO₄ с известкованием Ca (OH)₂.

Коагуляция — физико-химический процесс укрупнения коллоидных частиц за счёт их слипания под действием молекулярных сил притяжения в результате введения в воду коагулянта. Коллоидные частицы имеют весьма малые размеры, поэтому участвуют в броуновском движении, обладают высокой скоростью диффузии, а это способствует их выравниванию по объёму воды. Мелкие коллоидные частицы не способны к укрупнению, т.к. имеют одноимённый заряд, и такая частица окружена двойным слоем ионов, включая потенциалообразующие ионы и противоионы. В результате броуновского движения частица приобретает чаще всего отрицательный заряд. Чтобы укрупнить коллоидные частицы, в обрабатываемую воду необходимо ввести реагент, имеющий положительный потенциал. Такие вещества называются коагулянтами.

В данной схеме используется коагулянт FeSO₄.

Введение

флокулянта (ПАА), вещества, ускоряющего процессы образования хлопьев, но не замедляющего коагулянта, способствует более качественной предочистке.

В данной схеме применяется известкование, т.к. Ж_к > 2 мг-экв./кг, для удаления из воды CO_2, снижения щёлочности (или карбонатной жёсткости). Происходит удаление взвешенных и коллоидных примесей, а также соединений Fe, Al, Si. При известковании воды происходят следующие процессы: прежде всего из воды удаляется свободная углекислота, и образуется труднорастворимое, выпадающее в осадок, соединение — углекислый кальций CaCO₃:

CO₂ + Ca (OH)₂ CaCO₃ + H₂O.

Образуется осадок карбоната кальция:

Ca (HCO₃)₂ + Ca (OH)₂ 2CaCO₃ + 2H₂O, Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃.

Ионы магния, взаимодействуя с гидроксильными ионами, выпадают в осадок:

MgCl₂ + Ca (OH)₂ Mg (OH)₂ + CaCl₂, Mg²⁺ + 2OH- = Mg (OH)₂.

При введении извести в большем количестве, чем это необходимо для связывания CO₂, бикарбонаты HCO₃ переходят в карбонаты CO₃^2-.

OH- + HCO₃ CO₃^2- + H₂O.

Остаточная жёсткость, достигаемая в процессе известкования Ж_о^ост = 2,5 мг-экв./кг. Коагуляция FeSO₄ совместно с известкованием происходит в осветлителе при температуре 30 — 40С и оптимальной дозе коагулянта _opt = 0,2 мг-экв./кг. Первоначально организуется активное перемешивание коагулянта с исходной водой в течении 10 минут, а затем процесс должен протекать в спокойной гидродинамической обстановке. Для этого в осветлителе предусматриваются специальные успокоительные короба. Процесс коагуляции имеет две стадии (скрытую и явную). На первой стадии происходит формирование микрохлопьев Fe (OH)₃. На второй стадии образуются флокулы — крупные хлопья (1 — 3 мм), которые собирают на своей поверхности мельчайшие коллоидные частицы, т. е. происходит окончательная очистка воды. Реакция гидролиза сернокислого железа будет происходить в 2 этапа:

FeSO₄ + 2H₂O Fe (OH)₂ + H₂SO₄, pH = 810,5;

4Fe (OH)₂ + O₂ + 2H₂O 4Fe (OH)₃.

После осветлителей вода направляется в осветлительные фильтры, где окончательно осветляется. Осветлительные фильтры загружаются пористым дроблёным материалом. Фильтрование воды через слой сернистой загрузки происходит по действием разности давлений на входе в зернистый слой и на выходе из него. Данный перепад давлений зависит от скорости фильтрования, вязкости, диаметра фильтра, высоты загрузки. В процессе фильтрования на загрузке задерживаются взвешенные вещества, что приводит к увеличению разности давлений. По достижению некоторой предельной величины перепада начинается проскок взвеси через фильтрующий слой или скорость фильтрации падает ниже допустимого предела.

В этом случае фильтр необходимо отключить и произвести его промывку путём подачи воды в направлении обратном фильтрованию. Фильтр на промывку может отключаться по одному из следующих показателей:

мутности фильтра;

количеству пропущенной воды за фильтроцикл;

времени работы;

возрастанию перепада давления на слой.

Остаточное содержание взвеси после фильтра: 1 — 1,5 мг/кг. После предочистки вода направляется в ионообменные фильтры. Сущность ионообменного метода заключается в способности некоторых практически нерастворимых в воде материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав воды. Способность ионитов к такому обмену объясняется их строением. Они состоят из твёрдой основы — матрицы, на которую нанесены функциональные группы, способные в растворе к образованию на поверхности потенциалообразующих ионов. Вследствие этого вокруг твёрдой фазы образуется диффузионный слой из противоположно заряженных ионов. Они обладают высокой кинетической энергией, способны выходить из слоя, а их место занимает эквивалентное количество других ионов того же знака.

В работе ионитных фильтров различают следующие стадии:

ионирование воды (удаление примесей);

регенерация после истощения ионитной ёмкости;

2.1) взрыхление слоя ионита (вода подаётся в обратном направлении, объём ионита увеличивается на 30 — 40%);

2.2) непосредственно регенерация (пропуск раствора определённой концентрации);

2.3) отмывка от продуктов регенерации и избытка реагентов.

После осветлительных фильтров вода поступает на Н-катионитные фильтры первой ступени. В процессе Н-катионирования вода умягчается за счёт удаления из неё всех катионов (в том числе катионов жёсткости), и происходит изменение анионного состава за счёт разложения в кислой среде бикарбонатов с выделением СО₂. Его используют в комбинированных схемах умягчения с Na-катионитными фильтрами, а также в схемах обессоливания.

Фильтр загружен сильнокислотным катионом марки КУ-2. Фильтрат представляет собой смесь сильных и слабых кислот.

Реакции, протекающие при работе фильтра:

CaCl₂ + 2HR CaR₂ + 2HCl,

MgSO₄ + 2HR MgR₂ + H₂SO₄,

Ca (HCO₃)₂ + 2HR CaR₂ + 2H₂O + 2CO₂,

Mg (HCO₃)₂ + 2HR MgR₂ + 2H₂O + 2CO₂.

Регенерацию таких фильтров проводят 1 — 1,5% раствором H₂SO₄, при этом протекают следующие реакции:

CaR₂ + H₂SO₄ CaSO₄ + 2HR,

MgR₂ + H₂SO₄ MgSO₄ + 2HR.

Продуктами регенерации являются сульфаты Ca и Mg — жёсткие стоки.

При использовании Н-катионирования в схемах обессоливания воды на Н-фильтре будут протекать реакции с натриевыми солями, имеющимися в воде:

NaCl + HR NaR + HCl,

Na₂SO₄ + 2HR 2NaR + H₂SO₄.

При использовании Н-фильтров в схемах умягчения фильтр не регенерацию отключают по проскоку катионов Ca и Mg, а в схемах обессоливания — по Na.

Н-катионированная вода является мягкой, т.к. не содержит катионов жёсткости, но использоваться в котлах не может, т.к. имеет кислую среду, и кислотность её тем выше, чем выше суммарное содержание в исходной воде анионов сильных кислот.

В данной схеме ВПУ Н₁ берёт на себя основную нагрузку по удалению катионов, фильтр Н₂ улавливает проскоки катионов. После Н₁ вода попадает в группу фильтров А₁, загруженных низкоосновным анионитом АН-31. В этом фильтре происходит удаление анионов сильных кислот.

Реакции, протекающие при работе фильтра:

HCl + OH RCl + H₂O,

H₂NO₃ + ROH RNO₃ + H₂O,

H₂SO₄ + 2ROH R₂SO₄ + 2H₂O.

Регенерация слабои сильноосновных анионитов осуществляется 4-% раствором NaOH:

RCl + NaOH ROH + NaCl,

R₂SO₄ + 2NaOH 2ROH + Na₂SO₄,

R₂SiO₃ + 2NaOH 2ROH + Na₂SiO₃.

Группа фильтров А₂ служит для удаления анионов слабых кислот и проскоков сильных. Она загружена сильноосновным анионитом марки АВ-17−8. В этой группе фильтров протекают следующие реакции:

H₂SiO₃ + ROH R₂SiO₃ + 2H₂O,

H₂CO₃ + 2ROH R₂CO₃ + 2H₂O.

В схеме также используются фильтры смешанного действия, т.к. на ТЭС установлены прямоточные котлы. ФСД предназначены для глубокого обессоливания и обескремнивания добавочной воды.

В ФСД загружается одновременно сильнокислотный катионит и высокоосновной анионит.

В схеме установлены ФСД с внутренней регенерацией. Фильтры оборудованы средней дренажной системой. Скорость воды ограничивается до 50 м/ч. Разделение ионитов производится в самом фильтре восходящим потоком взрыхляющей воды. Анионит располагается в верхнем слое, катионит — в нижнем. Качество воды после ФСД:

Na⁺ < 5 мкг/кг,

SiO₃ < 10 мкг/кг.

Na-катионитный фильтр имеет самостоятельное применение для умягчения воды для подпитки теплосетей и подготовки добавочной воды котлов низкого давления.

Обработка воды путём Na-катионирования заключается в фильтровании её через слой катионита, содержащего обменный катион Na, который обменивается на содержащиеся в воде катионы Ca и Mg.

Ca (HCO₃)₂ + 2NaR CaR₂ + 2NaHCO₃,

MgCl₂ + 2NaR MgR₂ + NaCl,

CuSO₄ + 2NaR CuR₂ + NaSO₄,

MgSiO₃ + 2NaR MgR₂ + Na₂SiO₃.

Суммарная концентрация катионов постоянна, но массовая концентрация их возрастает. За счёт этого несколько увеличено солесодержание воды. Na-катионированная вода является мягкой, т.к. все катионы жёсткости остаются на ионите. Недостатком является неизменность анионитного состава воды:

Щ_ост. = Щ_исх.

Регенерация осуществляется раствором 8 — 10% NaCl:

CaR₂ + NaCl 2NaR + CaCl₂,

MgR₂ + NaCl 2NaR + MgCl₂.

Для удаления из обрабатываемой воды СО₂ в ряде случаев устанавливают декарбонизатор. Он представляет собой цилиндрический аппарат, имеющий штуцера подвода обрабатываемой воды, вывода обработанной воды, выделившегося СО₂ и слива в дренаж. На эффективность декарбонизатора влияют:

температура обрабатываемой воды;

рН среды;

расход подаваемого воздуха;

площадь поверхности контакта фаз.

5. Пересчёт показателей качества воды на отдельных стадиях обработки Показатели качества исходной воды:

Производим пересчёт показателей из мг/кг в мг-экв./кг.

где М-молекулярная масса;

n-валентность.

экв., .

а)Т.к. Ж_к = 3,2 > 2, то осуществляем коагуляцию сернокислым железом FeSO₄ с известкованием в осветлителе с последующим осветлением в осветлительных фильтрах.

Жёсткость остаточная:

карбонатная Ж_к^ост = 0,7 мг-экв/кг, некарбонатная6

Ж_нк^ост = Ж_нк^исх + К_Fe, мг-экв/кг.

Принимаем: K_Fe = 0,2 мг-экв/кг. Тогда Ж_нк^ост = 1,6 + 0,2 = 1,8 мг-экв/кг.

Общая жёсткость:

Ж_о^ост = 0,7 + Ж_нк^исх + K_Fe,

Ж_о^ост = 0,7 + 1,6 + 0,2 = 2,5 мг-экв/кг.

б)Щёлочность остаточная:

Щ^ост = 0,7 + _изв, мг-экв./кг, где — избыток извести при известковании исходной воды.

_изб. = 0,30,4 мг-экв/кг, Щ^ост = 0,7 + 0,3 = 1,0 мг-экв/кг.

в)Концентрация сульфат-ионов:

SO₄^{2- (ост.)} = SO₄^{2- (исх.)} + K_Fe, мг-экв/кг,

SO₄^{2- (ост.)} = 1,0 + 0,2 = 1,2 мг-экв/кг.

г)Концентрация ионов Clне изменяется.

д)Концентрация SiO₃^{2- (ост.)} = 0,6 SiO₃^{2- (исх.)}, мг-экв/кг,

SiO₃^{2- (ост.)} = 0,6 0,578 = 0,3468 мг-экв/кг.

Схема предочистки Дальнейшая обработка воды производится на ионитной части ВПУ.

Трёхступенчатая схема обессоливания.

Ионитная часть схемы ВПУ

Первая ступень Н-катионирования (Н₁).

В этом фильтре удаляются катионы Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ в количестве:

Ж_о^ост + 2,15Na⁺, мг-экв/кг,

где Ж_о^ост — общая остаточная жёсткость после предочистки.

U_Н1 = Ж_о^ост + 2,15Na = 2,5 + 2,150,467 = 3,5 мг-экв/кг.

Жёсткость воды после Н₁ составит 0,20,3 мг-экв/кг.

Кислотность воды равна:

(SO₄^2- + Cl- + NO₃— + NO₂-)_исх. + K_Fe =

= 1,2 + 1,07 + 0,2 = 2,47 мг-экв/кг.

II.Первая ступень анионирования (А₁) (слабоосновное анионирование).

В фильтре удаляются анионы сильных кислот в количестве:

U_А1 = (SO₄^2- + Cl- + NO₃— + NO₂-)_исх. + K_Fe =

= 1,2 + 1,07 + 0,2 = 2,47 мг-экв/кг.

Щёлочность воды после фильтра А₁ = 0,2 мг-экв/кг.

III.Вторая ступень Н-катионирования (Н₂).

В фильтре удаляются катионы в количестве:

U_Н2 = 0,20,3 мг-экв/кг.

Выберем U_Н2 = 0,2 мг-экв/кг.

Кислотность воды после фильтра Н₂ не более 0,05 мг-экв/кг.

IV.Декарбонизатор.

Остаточную концентрацию CO₂ после декарбонизатора можно принять равной в пределах 310 мг/кг. Принимаем 5 мг/кг = 0,11 мг-экв/кг.

V.Вторая ступень анионирования А₂ (сильноосновное анионирование).

При двухступенчатом обессоливании на фильтре А₂ в основном удаляются SiO₃^{2- (ост.)} и СО₂^ост., после декарбонизатора в количестве:

U_А2 = SiO₃^{2- (ост.)} + СO₂^ост., мг-экв/кг.

U_А2 = 0,3468 + 0,11 = 0,4568 мг-экв/кг.

Качество обессоленой воды после А₂ в схеме двухступенчатого обессоливания:

солесодержание — не более 0,2 мг/кг;

кремнесодержание — не более 0,04 мг/кг.

VI.Фильтр смешанного действия (ФСД).

В схеме трёхступенчатого обессоливания ФСД глубоко удаляет из воды катионы и анионы.

Качество исходной воды после ФСД:

солесодержание — не более 0,1 мг/кг;

кремнесодержание — не более 0,03 мг/кг.

6. Расчёт схемы ВПУ

Производим расчёт ионитных материалов без учёта собственных нужд с конца выбранной трёхступенчатой схемы обессоливания.

Расчёт ионообменной части ВПУ.

Расчёт ФСД.

Необходимая площадь фильтрования:

м²,

гдеQ-производительность фильтров без учёта расхода воды на их собственные нужды, м³/ч,

— скорость фильтрования, должна быть не большей 50 м/ч для ФСД с внутренней регенерацией.

м².

Необходимая площадь фильтрования

м².

Число установленных фильтров m не менее 3:

м².

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

гдеТ_ФСД-полезная продолжительность фильтроцикла;

f_ст-сечение стандартного фильтра, м²;

m-число установленных фильтров одинакового диаметра;

Q-производительность рассчитываемого фильтра, м³/ч.

Диаметр:

м.

Принимаем ФИСДВР-2,0−0,6. Рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра d = 2000 мм, высота загрузки h = 1950 мм, расход воды при расчётной скорости фильтрования — 160 м³/ч.

м²,

ч.

Количество регенераций в сутки:

Где t-продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, равная для ФСД 3 — 4 ч.

.

Объём ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

_вл. = f_ст h, м³,

_вл^АВ = 3,14 0,975 = 3,06 м³,

_вл^КУ = 3,14 0,975 = 3,06 м³,

_вл = (3,06 + 3,06)3 = 18,36 м³.

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч,

м³/ч, гдер_и-удельный расход воды на собственные нужды ионитных материалов, м³/м³ фильтра.

м³/ч.

Расход химического реагента NaOH на регенерацию фильтра:

кг,

кг.

Расход химического реагента H₂SO₄ на регенерацию фильтра:

кг,

кг.

Где С-содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, %.

кг,

кг.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

кг,

кг,

кг,

кг,

кг,

кг.

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

Q_бр. = Q + q_сн., м³/ч,

Q_бр. = 139 + 0,556 = 139,556 м³/ч.

Расчёт фильтра А₂

Необходимая площадь фильтрования определяется как:

м²,

где = 20 м/ч в анионитных фильтрах.

м².

Число установленных фильтров m не менее 3 одинакового диаметра.

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м²,

м².

Диаметр фильтра:

м.

По справочным данным принимаем ближайший больший стандартный диаметр, а затем площадь фильтра пересчитываем с учётом изменения диаметра. ФИПа-II-2,0−0,6, рабочее давление — 0,6 МПа, диаметр фильтра — 2000 мм, высота фильтрующей загрузки h = 1500 мм, расход воды при расчётной скорости фильтрования — 150 м³/ч.

м².

Продолжительность фильтроцикла:

ч.

Продолжительность фильтрации должна быть не менее 8 часов, данное условие выполняется.

Количество регенераций в сутки:

.

Объём ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

_вл. = f_ст h, м³,

_вл. = 3,14 1,5 = 4,71 м³,

_вл = 4,71 3 = 14,13 м³.

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч,

м³/ч.

Расход химического реагента NaOH на регенерацию фильтра:

кг,

кг, Где С-содержание активнодействующего вещества в техническом продукте, %.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных фильтров:

кг,

кг.

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

Q_бр. = Q + q_сн. = 288,16 + 4,05 = 292,21 м³/ч.

Расчёт и выбор декарбонизатора Расчёт декарбонизатора состоит в определении геометрических размеров необходимой поверхности колец Рашига и определении напора. Площадь поперечного сечения декарбонизатора определяется по плотности орошения, т. е. по расходу воды, приходящегося на единицу площади поперечного сечения декарбонизатора. Для декарбонизатора с кольцами Рашига плотность орошения принимаем равной = 60 м³/м²ч, тогда площадь поперечного сечения декарбонизатора будет равна:

м²,

где Q — производительность декарбонизатора, м³/ч;

м².

Таким образом, диаметр определяем из выражения:

м,

м.

Необходимая поверхность насадки определяется из выражения:

м²,

Где G-количество удаляемого газа, кг/ч;

С_р-средняя движущая сила десорбции, кг/м³;

К_ж-коэффициент десорбции, м/ч.

Значения С_р и К_ж определяем по графикам, они зависят от количества углекислоты после предочистки и остаточной углекислоты.

С_р = 0,02 кг/м³, К_ж = 0,58 м/ч.

Количество удаляемого газа G определяют исходя из значений углекислоты в воде, поступающей в декарбонизатор — С_вх., в декарбонизированной воде С_вых. и нагрузки декарбонизатора Q:

мг/кг,

мг/кг,

мг/кг,

где — карбонатная жёсткость после предочистки;

С_нач. = (0,7)³ = 0,343 мг-экв/кг, С_вх. = 44(0,7 + 0,343) = 45,9 мг/кг;

мг/кг,

м².

Высоту слоя насадки из колец Рашига определяем из выражения:

м, где ,

где204-площадь поверхности единицы объёма слоя насадки, м²/м³.

м³, м.

Масса 1 м³ колец Рашига равна 532 кг. Определим вес насадки:

m = 532 = 5,05 532 = 2686,6 кг.

Определяем количество колец Рашига в загрузке, если в 1 м³ содержится 53 200 штук:

n = 53 200 ,

n = 53 200 5,05 = 268 660 шт.

Расход воздуха на декарбонизацию воды:

при мг/кг, К = 10;

Q_возд. = 40 5000 = 200 000 м³/ч.

На основании расчёта произведён выбор стандартного декарбонизатора с обеспечением 25% запаса производительности по воде: выбираем 2 декарбонизатора производительностью 200 м³/ч каждый, с диаметром 2000 мм, площадью поперечного сечения 3,33 м² и расходом воздуха — 5000 м³/ч.

Расчёт фильтра Н₂

Необходимая площадь фильтрования:

м², м/с,

м².

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м².

Диаметр фильтра:

м.

По справочным данным принимаем ФИПа-II-2,0−0,6 с рабочим давлением 0,6 МПа, диаметром 2000 мм, высотой загрузки 1500 мм, расходом воды при расчётной скорости фильтрования 150 м³/ч:

м².

Продолжительность фильтроцикла:

ч.

Количество регенераций в сутки:

.

Объём ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

м³,

м³.

Расход воды на собственные нужды:

м³/ч.

Расход химического реагента H₂SO₄ на регенерацию фильтра:

кг,

кг.

Суточный расход химического реагентов на регенерацию:

кг,

кг.

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

м³/ч.

Расчёт и фильтра А₁

Необходимая площадь фильтрования:

м².

Число устанавливаемых фильтров — не менее 3-х. Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м².

Диаметр фильтра:

м.

По справочным данным принимаем фильтры типа ФИПа-I-2,6−0,6 с рабочим давлением — 0,6 МПа, диаметром — 2600 мм, высотой загрузки — 2500 мм, расходом воды при расчётной скорости фильтрования — 130 м³/ч:

м².

Продолжительность фильтроцикла:

ч.

Количество регенераций в сутки:

.

Объём ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

м³,

м³.

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч.

Расход химического реагента NaOH на регенерацию фильтра:

кг,

кг.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию ионитных материалов:

кг,

кг.

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

м³/ч.

Расчёт фильтра Н₁

Необходимая площадь фильтрования:

м².

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м².

Диаметр фильтра:

м.

По справочным данным принимаем фильтры типа ФИПа-I-2,6−0,6 с рабочим давлением — 0,6 МПа, диаметром — 2600 мм, высотой загрузки — 2500 мм, расходом воды при расчётной скорости фильтрования — 130 м³/ч:

м².

Продолжительность фильтроцикла:

ч.

Количество регенераций в сутки:

.

Объём ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

м³,

м³.

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч.

Расход химического реагента на регенерацию фильтра:

кг,

кг.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию:

кг,

кг.

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

м³/ч.

Расчёт предочистки Расчёт осветлительных фильтров Необходимая площадь фильтрования:

м²,

где м³/ч.

Необходимая площадь фильтрования фильтра:

м².

Диаметр фильтра:

м.

По справочным данным принимаем стандартный вертикальный трёхкамерный фильтр типа ФОВ-3К-3,4−0,6 — 3 шт., с рабочим давлением — 0,6 МПа, диаметром — 3400 мм, высотой загрузки — 9003 мм, расходом воды при расчётной скорости фильтрования — 300 м³/ч.

Расход воды на взрыхляющую промывку каждого осветлительного фильтра:

м³,

где-сечение осветлительного фильтра, м²;

i-интенсивность взрыхления фильтра, загруженного антрацитом, 12 ;

t_взр.-продолжительность взрыхления, 5−10 мин.

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

м³,

где₀-скорость фильтрования, м/ч;

t_отм.-продолжительность отмывки, 10 мин.

м³.

Часовой расход воды на промывку осветлительных фильтров:

м³/ч, гдеm₀-число осветлительных фильтров, шт.;

n₀-число промывок каждого фильтра в сутки, 3 — 1.

м³/ч, Производительность брутто с учётом расхода воды на промывку осветлительных фильтров:

м³/ч,

м³/ч.

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

м/ч.

Так как 22,05 > 7, то предусматриваем один резервный фильтр.

6.8 Расчёт осветлителей Суммарная производительность осветлителей принимается равной 110% от расчётного расхода осветлённой воды, при этом устанавливается не менее двух осветлителей.

Ёмкость каждого из двух осветлителей определяется по формуле:

м³,

где-полная производительность всей установки, м³/ч;

— продолжительность пребывания воды в осветлителе, 1−1,5 ч.

м³.

По справочным данным выбираем серийный осветлитель типа ВТИ-400 с производительностью — 400 м³/ч, геометрическим объёмом — 650 м³, диаметром — 11 000 мм, высотой — 14 889.

Определяем необходимое количество реагентов при коагуляции и известковании. Расход коагулянта FeSO₄7H₂O в сутки:

кг/сут.,

гдеG_к-расход безводного 100% коагулянта, кг/сут.;

Э_к-эквивалент безводного коагулянта: FeSO₄ — 75,16;

К_Fe-доза коагулянта, мг-экв/кг.

кг/сут.,

Расход технического коагулянта в сутки:

кг/сут.,

гдеС-процентное содержание FeSO₄ в техническом продукте, .

кг/сут.,

Расход полиакриламида (ПАА) в сутки:

кг/сут.,

гдеG_ПАА-расход полиакриламида, кг/сут.;

d_ПАА-доза полиакриламида, равная 0,2−1,8 мг/кг.

кг/сут.

Расход извести (в виде Ca (OH)₂):

кг/сут.,

гдеG_изв.-суточный расход извести, кг/сут.;

37,05-эквивалент Ca (OH)₂;

d_изв.-доза извести, мг-экв/кг.

мг-экв./кг,

мг-экв./кг,

кг/сут.

Расчёт схемы подпитки теплосети Расчёт Na-фильтра Необходимая площадь фильтрования:

м².

Необходимая площадь фильтрования каждого фильтра:

м².

Диаметр фильтра:

м.

По справочным данным принимаем фильтры типа ФИПа-I-1,5−0,6-Na с рабочим давлением — 0,6 МПа, диаметром — 1500 мм, высотой загрузки — 2000 мм, расходом воды при расчётной скорости фильтрования — 50 м³/ч:

м².

Продолжительность фильтроцикла:

ч.

Количество регенераций в сутки:

.

Объём ионитных материалов, загруженных в фильтры во влажном состоянии:

м³,

м³.

Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров:

м³/ч.

Расход химического реагента на регенерацию фильтра:

кг,

кг.

Суточный расход химических реагентов на регенерацию:

кг,

кг.

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

м³/ч.

7. Анализ результата расчёта ВПУ Состав выбранного оборудования ВПУ Таблица 1

Анализ расхода реагента на ВПУ, кг/сут.

Таблица 2

Анализ объёмов ионитных материалов, м³

Таблица 3

Для загрузки катионитных фильтров необходимо иметь КУ-2 — 54,94 м³ (учитывая Na-фильтр), АВ-17−8 и АН-31 соответственно 27,06 и 39,9 м³.

Анализ расхода на собственные нужды Таблица 4

Суммарный расход на собственные нужды ионообменной части ВПУ составляет 64,99 м³/ч.

8. описание компоновки схемы Для каждой ХВО вопрос о выборе способа подключения фильтров решается в зависимости от производительности ВПУ. Так как в заданном случае производительность составляет <400 т/ч, то применяется коллекторный способ подключения ионитных фильтров.

При таком способе исходная вода из общего коллектора параллельными потоками подаётся к каждому фильтру данной ступени. После фильтров фильтрат также собирается в общий коллектор и подаётся на группу фильтров следующей ступени (фильтры в схеме соединены параллельно, а ступени обессоливания последовательно). Каждый отдельный фильтр автономен. Его состояние: работа, резерв, регенерация не определяет состояние всей группы фильтров. Число рабочих фильтров ступени может изменяться в зависимости от требуемой производительности, то есть схема хорошо адаптируется к изменениям, как по составу, так и по производительности. Надёжность работы такой схемы высокая, экономично по количеству оборудования и расходу ионита, при автоматизации имеет более простой алгоритм управления работы фильтров. К недостаткам данной компоновки можно отнести более высокий расход химических реагентов на регенерацию, чем в блочных схемах. Это объясняется сложностью регенерации одноимённых фильтров разных ступеней. При автоматизации необходима установка датчиков после каждого фильтра.

9. расчёт и описание системы технического водоснабжения Основными потребителями технической воды на тепловых и атомных станциях являются конденсаторы паровых турбин, которые используют охлаждающую воду для конденсации пара. Техническая вода используется также во вспомогательном оборудовании для восполнения потерь в основном цикле станции и теплосетях.

Существуют как прямоточные, так и оборотные системы водоснабжения (в данном случае применяется прямоточная система водоснабжения с блочной береговой насосной станцией).

Система водоснабжения с водоёмом-охладителем обычно применяется на КЭС. Главный корпус обычно размещают около берега водоёма, а циркуляционные насосы в береговой насосной. Требования к водоёму-охладителю: глубина не менее 3,5−4 м, желательно правильной вытянутой формы. Преимущества перед градирнями:

более низкие и устойчивые температуры охлаждающей воды;

значительно меньшие потери воды на испарение;

простота эксплуатации;

значительно меньшие электрические потери на перекачку воды;

возможность комплексного использования.

Требуемая для охлаждения воды площадь водохранилища зависит от климатических условий, мощности станции, количества сбрасываемой теплоты.

Таблица 5

Общая потребность в технической воде:

т/ч.

гдеК-коэффициент использования водоёма, если К = 0,9, то форма правильная, вытянутая; К = 0,6−0,7 — при неправильной; при округлённой — К = 0,5−0,6.

.

Суммарная мощность:

МВт, для тепловой электрической станции f_уд. = 5 м²/кВт; принимаем водоём округлой формы и К = 0,5;

м².

Для охлаждения конденсаторов турбин принимаем водоём округлой формы площадью 12 км².

10. Характеристика потоков конденсатов и схемы их очистки Конденсаты на любой станции являются основной составляющей частью питательной воды котлов любых давлений и производительностей, и особенно для высоких и сверхвысоких давлений. Их ценность состоит в отсутствии кремниевой кислоты, солей и высокой температуры некоторых потоков.

Конденсаты ТЭС разделяются на следующие группы:

Турбинные конденсаты Т = 24−40?С. Они наиболее чистые.

Конденсаты регенеративных подогревателей Т = 50−100?С, содержат в значительно больших количествах, чем турбинные конденсаты, продукты коррозии.

Очистка турбинного конденсата на БОУ БОУ обеспечивает очистку всего потока конденсата, выходящего из турбины. Она должна иметь высокую единичную производительность оборудования, оптимальную скорость фильтрования на всех фильтрах, оптимальную утилизацию регенерации сточных вод. БОУ проектируется в две ступени очистки. На первой ступени конденсат освобождается от грубо и коллоидно-дисперсных частиц (механические фильтры в последнее время загружаются катионитом КУ-2). Вторая ступень — полное обессоливание конденсата. Может осуществляться различными способами:

ФСД с выносной регенерацией;

установка Ни ОН-фильтров.

Конденсат регенеративных подогревателей. Очистка зажелезенных конденсатов.

Для очистки конденсатов от продуктов коррозии с учётом температуры конденсата применяют катионитные фильтры, загруженные сульфоуглём при температуре конденсата < 50? С, либо КУ-2 при температуре < 100? С. Кроме насыпных фильтров могут использоваться намывные (целлюлозные или ионитные), а также электромагнитные, для которых нет ограничения по температуре потока.

Очистка конденсатов от нефтепродуктов.

Данная схема определяется и составляется в зависимости от степени загрязнения потока. При содержании нефтепродуктов не более 10 мг/кг чистка производится только на сорбционных фильтрах. В том случае, когда загрязнение превышает указанную норму, схема дополняется специальными отстойниками с нефтеловушками. Продолжительность отстоя конденсата более 3 часов, после чего конденсат подают на сорбционные фильтры. Необходимо предусмотреть не менее 2 отстойников, заполняемых поочерёдно и рассчитанных на трёхчасовой сбор конденсата. В сорбционных фильтрах применяется малозольный активированный древесный уголь (БАУ, ДАК), полукокс, вспенённые полимерные материалы. Загрузка восстановлению не подлежит. По конструкции фильтры не отличаются от ионитных и механических. Высота загрузки 1,5 — 2 м, скорость фильтрования — 8 м³/ч, время работы в среднем 1000 часов.

11. Водно-химичеСкий режим Основной задачей ВХР каждой ТЭС является обеспечение работы теплосилового оборудования без снижения экономичности и повреждений, которые могут быть вызваны:

образованием накипных отложений на поверхностях нагрева парогенераторов;

коррозионными процессами внутренних поверхностей теплоэнергетического оборудования, включая оборудование теплосетей;

образованием отложений в проточной части турбин, а также на поверхностях трубок конденсаторов турбин;

образованием шлама в тракте питательной воды, в котлах, в теплосетях.

Организации на ТЭС того или иного ВХР обычно предшествует проведение целого ряда наладочных и экспериментальных работ, цель которого определить оптимальные условия для обеспечения надёжной и экономичной работы оборудования. Во внимание прежде всего принимается тип котла, затем параметры рабочей среды, паропроизводительность, вид топлива, требования к качеству воды и перегретого пара. Для обеспечения безаварийной работы теплоэнергетического оборудования (по крайней мере, между капитальными ремонтами), необходимо строгое соблюдение установленных норм качества питательной воды и перегретого пара.

Нормы качества воды прямоточных парогенераторов Таблица 6

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.

В нашем случае для прямоточных парогенераторов лучше всего использовать окислительный режим для котловой воды, основанный на существенном повышении окислительного потенциала среды, дозированием в питательную воду кислорода или перекиси водорода и поддержанием рН в пределах 7±0,5.

Спецвопрос СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ПРУДОМ-ОХЛАДИТЕЛЕМ Система водоснабжения с водоёмом-охладителем обычно применяется на КЭС. Главный корпус обычно размещают около берега водоёма, а циркуляционные насосы в береговой насосной. Требуемая для охлаждения технической воды площадь водохранилища зависит от мощности электростанции, количества сбрасываемой теплоты, климатических условий, формы водоёма (пруда). Его сооружают, используя естественные или искусственные озёра, небольшие реки, которые перегораживают плотинами для затопления необходимой территории. Глубина водоёма-охладителя должна быть не менее 3,5−4 м. Преимущества перед градирнями:

более низкие и устойчивые температуры охлаждающей воды;

значительно меньшие потери воды на испарение;

простота эксплуатации;

значительно меньшие электрические потери на перекачку воды;

возможность комплексного использования.

Охлаждение в водоохладителе происходит в результате соприкосновения воды с воздухом при её движении как в границах акватории, так и по высоте водяного слоя. Поступающая в больших количествах с нагретой в конденсаторах водой теплота отводится в основном путём испарительного охлаждения. Такое охлаждение значительно повышает интенсивность теплообмена между водой и воздухом. На большей части водоёмов-охладителей применена гравитационная схема использования их поверхности для охлаждения циркуляционной воды. При этом нагретая в конденсаторах турбин вода должна отводиться в водоём на значительном расстоянии от места приёма, что обеспечит необходимое её охлаждение на пути от места слива до места забора. Более рациональной является схема объёмной циркуляции воды. Глубинный водозабор располагается в непосредственной близости от сброса подогретой в конденсаторах воды. Последняя устойчиво распространяется по всей поверхности за счёт температурной стратификации — градиента, создаваемого тёплой водой. При охлаждении воды повышается её плотность, и она опускается в придонные области водоёма, подходя к водозабору.

Потери воды на испарение зависят от режима работы и времени года и составляют 0,5−1%. Для снижения минерализации воды за счёт её повышенного испарения предусматривают санитарный пропуск воды и регулярную продувку водоёма пропуском воды во время весеннего половодья. Потери на фильтрацию, более значительные в первые несколько лет эксплуатации, затем снижаются.

Водоёмы-охладители проектируют при помощи номограмм и с привлечением методов гидротехнического моделирования.

Активная площадь водоёма определяется как:

гдеК-коэффициент использования водоёма, если К = 0,9, то форма правильная, вытянутая; К = 0,6−0,7 — при неправильной; при округлённой — К = 0,5−0,6.

.

гдеN_Э-суммарная электрическая мощность ТЭС, для тепловой электрической станции f_уд. = 5 м²/кВт.

Схема прямоточного водоснабжения с блочной береговой насосной станцией.

1 — блочная береговая насосная станция; 2 — напорный водовод; 3 — конденсатор турбины; 4 — задвижка на сливной линии конденсатора; 5 — отводящие каналы; 6 — сливной колодец; 7 — переключательный колодец.

заключение

В данном курсовом проекте была разработана водоподготовительная установка ТЭС. В первой части расчёта были изучены показатели качества исходной воды, сделан пересчёт в мг-экв/кг. Затем выбиралась схема обработки воды: предочистка — коагуляция с известкованием, обессоливающая часть — ионитный обмен. Так как парогенераторы прямоточного типа, то обработка воды ведётся по схеме трёхступенчатого обессоливания. Для подготовки воды подпиточной воды в теплосеть на второй стадии обработки применяются Na-фильтры. Был проведён перерасчёт показателей качества исходной воды по отдельным стадиям обработки и полное описание процессов, происходящих на ВПУ.

При подсчёте производительности установки обессоливания были получены значения:

.

По результатам расчёта было выбрано необходимое оборудование.