Проект производственно-отопительной котельной мощностью 115,17 МВт

5. ВЫБОР И РАСЧЁТ СХЕМЫ  ВОДОПОДГОТОВКИ

 

5.1. Вода и её свойства. Общие сведения

 

Исходная вода, поступающая  из хозяйственно-питьевых водопроводов (в данном случае), артезианских скважин или из поверхностных водоемов, содержат различные примеси.

Примеси, содержащиеся в природной воде, по степени крупности их частиц подразделяются на три группы:

1. Механические – взвешенные вещества в виде частиц песка, глины и др. от 0,2 мк и выше, способные с течением времени отстаиваться.
2. Коллоидно-растворенные – соединения железа, алюминия, кремния и др. от 0,001 до 0,2 мк, не отстаивающиеся даже в течение длительного времени.
3. Истинно-растворенные  - примеси, состоящие из электролитов (веществ, молекулы которых распадаются на ионы, в частности карбонаты кальция и магния) и неэлектролитов (веществ, не распадающихся на ионы, именно кислорода, азота, углекислого газа).

В зависимости от тех  или иных примесей изменяются показатели качества воды.

Основные показатели качества воды:

1. Прозрачность – содержание в 1 кг воды взвешенных частиц, легко удаляемых при фильтровании.
2. Сухой остаток – осадок, состоящий из минеральных и органических примесей, полученных после выпаривания 1 кг профильтрованной воды и после его высушивания.

 

 

Величина сухого остатка является одним из критериев пригодности воды для питания котлов.

3. Минеральный остаток (или общее солесодержание) – общее количество минеральных веществ, растворенных в 1 кг воды.
4. Окисляемость – косвенный показатель загрязнения воды органическими примесями, характеризуется в определенных условиях раствором кислорода на их окисление.
5. Жесткость – содержание в 1 кг воды растворенных солей кальция и магния. За единицу измерения жесткости в настоящее время приняты миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л) и микрограмм-эквивалент на литр (мкг-экв/л). 1 мг-экв/л жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/л иона кальция Ca²⁺ или 12,16 иона Mg²⁺.
6. Щелочность – содержание в 1 кг воды растворенных гидратов, карбонатов и бикарбонатов.
7. Степень кислотности или щелочности – характеризуется составом растворенных солей и газов и определяется концентрацией водородных или гидроксильных ионов, образующихся при диссоциации (расщеплении) вводы; выражается величиной рН. При рН = 7 водный раствор нейтрален; чем ближе рН к нулю, тем сильнее кислотность, а чем ближе рН к 14, тем сильнее щелочность.
8. Содержание растворенных агрессивно-коррозионных газов (кислород, углекислота, сероводород, аммиак).

Для нормальной и безаварийной работы котельных установок исходная вода должна обладать определенными  качествами, а если они не отвечают требуемым, то воду необходимо соответственно обрабатывать.

При пониженной щелочности воды и  наличии в ней растворенных газов  усиливается процесс коррозии, т.е. разъедании и изъязвлении стенок котлов. При повышенной щелочности наблюдается явление межкристаллитной коррозии, т.е. появление трещин в заклепочных швах и развальцованных концах кипятильных и экранных труб.

При повышенной жесткости, т.е. большом содержании растворенных солей кальция и магния, на стенках  котлов усиленно отлагается накипь.

Таким образом, обработка  воды в общем случае предусматривает:

1. удаление взвешенных примесей;

2. снижение жесткости (т.е. ее умягчение);
3. поддержание определенной величины щелочности;
4. снижение общего солесодержания;
5. удаление растворенных агрессивных газов (О₂ и СО₂).

Решающее значение на выбор схемы водоподготовки оказывает  общее солесодержание. Общее солесодержание – результат наличия в воде следующих компонентов:

1. солей, вызывающих накипеобразования, к которым относятся сульфаты (CaSO₄, MgSO₄ ) и хлориды (CaCl₂, MgCl₂), обуславливающие некарбонатную ( или постоянную ) жесткость, а совместно с гидратами (NaOH) и карбонатами (CaCO₃, MgCO₃) – щелочность.
2. солей, не вызывающих накипеобразования (CaCl, Na₂SiO₃, FeSO₄, Al(SO₄)₃) и т.д.
3. органических и других соединений.

 

5.2. Исходные  данные

 

В качестве сырой воды используется вода из городского водопровода. Показатели качества воды приведены в таблице 5.2.1.

 

 

 

 

Таблица 5.2.1 − Состав исходной технической воды                                        

№ п/п	Наименование	Обозна-чение	Единица измерения
			мг-экв/л	мг/л
1	Сухой остаток	Sо	-	1017
2	Жесткость общая	Жо	5,5	-
3	Жесткость карбонатная	Жк	4	-
	Катионы:
4	кальций	Са2+	4,8	96,2
5	магний	Mg2+	3,8	46,2
6	натрий	Na2+	1,16	32,6
	Сумма катионов		9,76	175
	Анионы:
7	хлориды	Cl-	-	124
8	сульфаты	SO42-	-	390
9	бикарбонаты	HCO3-	-	-
	Сумма анионов		-
10	рН = 7,5

Требования к качеству питательной  воды для паровых водотрубных  котлов с рабочим давлением до 1,4МПа (ГОСТ 20995-75):

• общая жесткость – 0,015 мг-экв/л;
• растворенный кислород – 0,03 мг-экв/л;
• свободная углекислота – отсутствует;
• взвешенные вещества – 5 мг/л;
• рН – 8,5-10,5;
• железо – 0,3 мг/л;
• масло – 3 мг/л.

 

5.3. Выбор схемы химводоочистки

 

Выбор схемы химводоочистки производим согласно рекомендации [7].

1. Величину непрерывной продувки котлов рассчитываем по формуле:

                                ,%                                                            (5.3.1)

       где  S_ов – сухой остаток химочищенной воды: S_ов = 1062мг/кг; [7];

   П_к – доля потерь пара и конденсата в долях от паропроизводительности котельной;

   S_кв– солесодержание котловой воды: S_кв = 3000мг/л [];

                                %;

Т. к. величина продувки относительно невелика, (для котлов давлением, меньшим или равным 14 кгс/см², не должна превышать 10%) возможно применение Nа- катионирования. [7]

 

2. Относительная щелочность котловой воды равна относительной щёлочности обработанной воды и  определяется по формуле:

                               , %                 (5.3.2)

        где  40 – эквивалент NaOH, мг/л;

    Щ_ов – щелочность обработанной воды: Щ_ов = Ж_к= 4 мг-экв/л;

                                

Т. к. относительная щёлочность котловой воды не превышает допустимой нормы, (для паровых котлов 20%), возможно применение Nа- катионирования. [7]

 

3. Концентрация углекислоты в паре при деаэрации питательной воды с барбатажем определяют по формуле:

           , мг/кг                (5.3.3)

       где - доля обработанной воды в питательной;

              - доля разложения Na₂CO₃ в котле при соответствующем давлении 1,4 кгс/см²: ;

     – доля разложения NaHCO₃ в котле: [7]

           мг/кг

Т. к. концентрация углекислоты  в паре мг/кг, возможно применение Nа- катионирования.

По трем показателям (продувка, относительная щелочность и содержание углекислоты) применяем схему двухступенчатого Na-катионирования.

5.4. Определение производительности водоподготовки

 

Расход химически обработанной воды на питание паровых котлов слагается из потерь пара и конденсата, при этом учитывается возможность недовозврата 30% конденсата и 3% продувка котлов, 20% от потерь на производство, 3% от паропроизводительности котельной.

Паропроизводительность котельной определяется формуле:

                                                                                                    (5.4.1)

        где - cуммарный расход свежего пара внешним потребителям,

                      т/ч (согл. п.1);

            - расход пара на собственные нужды котельной, т/ч

                      (согл. п.1);

                                 т/ч= кг/с

Расход пара на производство: G₁=61 т/ч

Производительность ВПУ слагается  из расхода на питание паровых  котлов:

                               , т/ч                                (5.4.2)

         где к- коэффициент, учитывающий недовозврат 30% конденсата: к=1,3;

                - процент продувки котла: ;

                q₃- потери на производство:

                                , %                                                                   (5.4.3) 

                               

                q₄- потери в котельной:

                                ,%                                                                      (5.4.4)

                               

               q₅- суммарные потери пара и конденсата:

                                ,%                                                                        (5.4.5)

                                %

                q₆- потери в деаэраторе подпиточной воды:

                                ,%                                                                    (5.4.6)

                               

                q₇- потери с выпаром в деаэраторе:

                                ,%                                                                        (5.4.7)

                               

                т/ч= кг/с

 

5.5. Расчет основного оборудования

 

Расчёт необходимо начинать с хвостовой части, т. е. с Nа- катионитных фильтров второй ступени, т. к. головная часть установки должна пропустить дополнительное количество воды.

5.5.1. Na-катионитные фильтры второй ступени

 

Таблица 5.5.1.1 − Расчет натрий-катионитных фильтров второй ступени                                      

№ п/п	Параметр	Численное значение
1	Производительность фильтров: , т/ч	31,3
2	Площадь фильтрования Nа-катионитного фильтра м2:             ,       где а- количество работающих фильтров: а=2 шт;               - скорость фильтрования при нормальном режиме работы фильтров:                              м/с	1,565
3	Диаметр фильтра: d, мм	1500
4	Высота слоя катионита: Нсл, м	2
5	Площадь фильтрования:        , м²	1,72
6	Объем катионита: Vк, м³	3,44
7	Количество работающих фильтров: a1, шт	2
8	Количество резервных  фильтров: а2, шт	1
9	Начальная жесткость: Жо, мг-экв/кг	5,5
10	Общая остаточная жесткость фильтрата: Жост, мг-экв/л	0,1
11	Скорость фильтрования, м/ч:	9,09
12	Количество солей жесткости А, удаляемое на фильтрах, г-экв/сут:	4131,6
13	Число регенераций каждого  фильтра в сутки, шт:     где  а1- число работающих фильтров, шт;   -  рабочая обменная способность катионита, г-экв/м3:	1,38   2