Выбор и расчет системы водоподготовки

Q_g=(q*Д_р)/(100*р*b*ρ),м³/час,                                    (10)

 

где  q – расчетный расход воды, м³/час;

Д_р – принятая доза реагента, г/м³;

р – содержание сухого активного вещества  в реагенте, %;

b – концентрация раствора реагента, %;

ρ- плотность единицы раствора реагента, т/м³ (принимается в пределах

1 – 1.1 т/м³).

Q_g=(189,75 *38)/(100*51*5*1,1)=0,2570,м³/час = 257л/час.

 

      Принимаем 1 рабочий и 1 резервный  насос. Марка насоса НД –400/16 со следующими параметрами: подача  насоса 100 – 400 л/час, давление  нагнетания 

1,6 МПа,  мощность электродвигателя 1,1 кВт.

 

2.3.9. Подбор воздуходувов

 

Для лучшего растворения коагулянта в баках – хранилищах и перемешивания  в расходных баках следует  предусматривать подачу сжатого  воздуха.

Зная площадь баков, их количество и задавшись величиной интенсивности  подачи воздуха, определяем потребный  его расход, Q_возд, л/с, по формуле:

 

Q_возд=q_возд*F*n, л/с,                                                   (11)

 

где q_возд – интенсивность подачи сжатого воздуха, которая принимается для растворных баков 8 – 10, для расходных – 3 – 5 л/с*м²;

F – площадь одного бака, м²; n – количество баков.

а) расходный  бак: Q_возд ^расх =4*0,9*2=7,2, л/с;

б) растворный бак: Q_возд ^раств =9*14,18*3=382,86, л/с;

Суммарный расход баков определяется по формуле:

 

∑Q_возд =Q_возд ^расх  + Q_возд ^раств , м³/мин                                   (12)

∑Q_возд =7,2+ 382,86 =390,06, л/с = 23,4, м³/мин = 1404,2, м³/час.

       Принимаем воздуходувки марки  ВК – 12 со следующими параметрами:

                                     подача –23,4, м³/мин;

                                     давление 25м

 

 

3. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В зависимости от мутности и цветности воды выбираем тип ее обработки.

 

Рекомендуемые типы обработки  воды в зависимости от мутности

 

 В соответствии с данными  характеристиками в качестве  очищающего оборудования выбран  осветлитель контактный..

 

3.1. Смесители

 

Смесители служат для быстрого и  возможно более полного смешения реагентов с обрабатываемой водой. Время пребывания воды в смесителях не должно превышать 2 минут.

Смесители бывают:

• Гидравлического типа, перемешивание реагентов с водой в которых осуществляется благодаря изменению скорости движения воды, изменению направления движения воды, вследствие чего образуются вихревые токи способствующие эффективному смешению;
• Вихревые (вертикальные) смесители. Обычно это квадратный в плане с нижней призматической частью диффузор, с углом наклона стенок в нижней части 30 - 45º.

Продолжительность пребывания в смесителе 1,5 – 2 мин., скорость движения воды в  трубопроводе, подающем воду в смеситель  до 1,2 - 1,5 м/сек., скорость отведения  воды из смесителя 0,6 – 1 м/сек.

• Перегородчатые смесители с изменением направления движения воды на 180º как в горизонтальных, так и в вертикальных плоскостях.
• Перегородчатые смесители с дырчатыми перегородками, расположенными перпендикулярно движению воды. Вместо отверстий в перегородках могут устраиваться проемы.
• Механические смесители, в которых используются разные типы мешалок. Механические смесители обеспечивают практически 100%-ое перемешивание воды с реагентами, что способствует более успешному протеканию процесса коагулирования воды и в итоге приводит к экономии коагулянта в среднем до 20 – 30%,  иногда до 40%.

Продолжительность пребывания воды в  механическом смесителе 30 – 60 сек.

• Индукционные смесители мгновенного действия, разработанные фирмой «Wallace and Tirnan», усовершенствованные фирмой «Usfilter».

Высокая эффективность индукционных смесителей обеспечивается скоростью  выхода реагента из него в воду (υ=18м/сек). Благодаря этому происходит мгновенное 100%-ое смешивание воды с реагентами.

Имеются два типа индукционных смесителей:

1. погружные смесители;
2. смесители in-line.

В обход смесителей  проектируют  обводные линии, при этом резервные  смесители не предусматриваются.

Открытые смесители должны иметь  переливные трубы, а так же трубы  для опорожнения и выпуска  осадка.

Рассмотрим индукционные смесители  мгновенного перемешивания марки  ILW3, со следующими параметрами: мощность 3 л. силы; максимальный расход 3,4 м³/час.

 

3.2. Проектирование и расчет осветлителей

Общие сведения

 

Для предварительной  очистки воды на водоподготовительных установках АЭС обычно используются технологические схемы с осветлителями (рис. 5).

Рис. 5. Схема осветлителя ВТИ для известкования воды производительностью 400,

630, 1000 м³/ч:

А – вход исходной воды; Б – вход насыщенного  раствора извести; В – выход умягченной воды;

Г – вход коагулянта; Д – вход флокулянта; Е – выход шлама; Г, Ж – промывочные воды осветлительных фильтров; 0-9 – номера пробоотборных точек

 

Основные  технологические показатели осветлителей приведены в табл. 6.

Осветлители ВТИ выполнены в виде стальных сварных сосудов, установленных  вертикально. Вода, поступающая в  осветлитель, проходит через тангенциально  направленное сопловое устройство, попадает в нижнюю часть осветлителя-смесителя. Туда же вводятся реагенты: известковое  молоко и коагулянт. Несколько выше смесителя вводится  флокулянт. Предусмотрена также подача в смеситель воды после промывки механических фильтров для лучшего формирования твердой фазы. В процессе перемешивания в смесителе реагенты взаимодействуют с примесями воды, и образуется твердая фаза. Затем поток воды, подымаясь вверх, проходит через успокоительную систему для уменьшения вращательного движения и поступает в цилиндрическую часть осветлителя. На определенной высоте этой зоны формируется взвешенный слой. Вода проходит через слой взвешенного осадка с восходящей скоростью 0,5-1,2 мм/с в зависимости от содержания взвеси и времени года.

Таблица 6

Осветлитель для коагуляции и известкования воды ВТИ

Показатель	Типы осветлителей и их шифры
	63-И	100-И	160-И	250-И	400-И	630-И	1000-И
Вид обработки воды	Коагуляция-известкование
Диаметр осветлителя, м	4,25	5,5	7	9	11	14	18
Площадь сечения зоны осветлителя, м2	11,3	19,5	31	53	80	135	225
Объем общий, м3	76	133	236	413	650	1240	2127
Высота общая, м	8,0	8,45	9,65	10,7	11,9	14,6	16,3
Производительность, м3/ч	63	100	160	250	400	630	1000
Скорость подъема в зоне зашламления, м/ч	5,65	5,45	5,21	5,0	5,15	5,17	4,8
Скорость подъема в зоне осветления, м/ч	4,52	4,35	4,18	4,0	4,12	4,1	3,9
Высота зоны осветления, м	1,9	1,9	1,95	2,1	2,2	2,3	2,5
Время пребывания воды в осветлителе, ч	1,2	1,33	1,47	1,65	1,63	1,97	2,13
Масса металла, т	8,0	13,55	19,35	32,5	55,0	88,7	147,0
Нагрузочная масса, т	84	170	280	480	205	1400	2350

 

Над слоем  взвешенного осадка находится зона осветления, представляющая собой водяную  подушку высотой 1,5-2 м. Грубодисперсные  примеси осаждаются в зоне, находящейся  ниже патрубка ввода воды, шлам удаляется  периодически продувкой. При обработке  воды с небольшим содержанием  взвеси продувка через грязевик не обязательна.

Контактные осветлители представляют собой разновидность фильтровальных аппаратов, работающих по принципу фильтрования воды в направлении убывающей крупности зерен через слой загрузки большой толщины, который реализуется применением восходящего фильтрования, снизу вверх. Обрабатываемая вода через распределительную систему, уложенную на дне сооружения, вводится в нижние гравийные слои (вариант) и затем фильтруется последовательно через слои загрузки, крупность зерен которых постепенно уменьшается.

При этом основная масса примесей воды задерживается в нижних крупнозернистых  слоях, характеризующихся большой  грязеемкостью, что уменьшает темп прироста потери напора. Снижение темпа прироста потери напора и увеличение продолжительности защитного действия загрузки вследствие большой высоты слоя позволяют очищать на контактных осветлителях воду с содержанием взвеси, значительно превышающим обычно допустимое для скорых фильтров. Скорые фильтры могут работать нормально, если содержание взвеси в поступающей на фильтры воде составляет 5 ... 15 мг/л. Контактные же осветлители, как показала практика, работают нормально при содержании взвеси в очищаемой воде до 120 мг/л и ее цветности до 120 град.

При водообработке на контактных осветлителях коагулянт вводят в воду непосредственно  перед ее поступлением в загрузку осветлителей, процесс коагуляции происходит в ее толще.

За короткий промежуток времени  от момента введения коагулянта до начала фильтрования в воде могут  образовываться лишь микроагрегаты  коагулирующих частиц. Дальнейшая агломерация  примесей происходит не в свободном  объеме воды, а на зернах загрузки контактных осветлителей; частицы адсорбируются  на поверхности зерен, образуя отложения  характерной для геля сетчатой структуры. Такой процесс является контактной коагуляцией, что обусловливается  контактом воды, содержащей коагулированные  примеси, с поверхностью зерен контактной массы.

Как показали исследования и практика эксплуатации, процесс контактной коагуляции идет с большей полнотой и во много  раз быстрее, чем при обычной  коагуляции в объеме. Доза коагулянта для контактной коагуляции, как правило, меньше, чем доза, необходимая для  коагулирования примесей в свободном объеме. Для протекания процесса контактной коагуляции необходимо ввести в воду такую дозу коагулянта, при которой частицы примесей теряют свою агрегативную устойчивость в отношении прилипания к поверхности зерен контактной массы. Такие дозы обычно недостаточны для того, чтобы обеспечить быстрое хлопьеобразование в свободном объеме с получением тяжелых, хорошо декантирующих хлопьев. Кроме того, при контактной коагуляции на процесс почти не влияют температура воды, ее анионный состав, наличие грубодисперсных взвесей и ее щелочность.

 

При конструировании осветлителей необходимо решать две основные задачи, связанные с отсутствием выноса взвешенной фазы из осветлителя и  получением минимального остаточного  содержания первично образующихся хлопьев. Первая задача решается выбором скорости потока. Скорость движения воды через  взвешенный слой в осветлителе типа ВТИ принимают 1-1,5 мм/с в зависимости от состава осадка и производительности аппарата. Изменение производительности осветлителей типа ВТИ допускается не выше 125% расчетной. При хорошей работе осветлителя вода не должна содержать более 10 кг/л твердой фазы.

Вторая  задача – повышение степени очистки  воды от первичных хлопьев во взвешенном слое – связана с выбором его  оптимальной высоты и концентрации. Степень очистки (критерий сепарации  К_с) по Е.Ф. Кургаеву зависит от высоты взвешенного слоя и концентрации коагулированной взвеси в контактной среде осветлителя в соответствии с уравнением

                                                         ₍₁₁₎                                         

где α и  β – эмпирические коэффициенты, характеризующие влияние температуры  и физико-химических свойств хлопьев на степень очистки; L – высота взвешенного слоя хлопьев в осветлителе.

Линейная  зависимость эффективности очистки  от высоты взвешенного слоя сохраняется  до некоторого значения L, а дальнейшее увеличение высоты практически не снижает остаточное содержание взвешенных веществ. Высокие коэффициенты очистки и жидкое содержание веществ в осветленной воде (10 мг/л) могут быть получены при высоте взвешенного слоя 3-4 м.

Осветлители располагаются обычно вне здания водоподготовки и покрываются тепловой изоляцией. Осветлители для коагуляции должны иметь внутреннее антикоррозионное покрытие. Дозирование известкового молока, растворов коагулянта и ПАА  осуществляется насосами-дозаторами серии  НД. 

Коагуляция  осуществляется не только при использовании  осветлителей, но и по прямоточной  схеме с отделением воды от взвешенных в ней хлопьев непосредственно  на осветлительных фильтрах. (При содержании взвешенных веществ более 100 мг/кг коагуляция по прямоточной схеме вызывает частные промывки осветлительных фильтров.) Прямоточную коагуляцию используют только после практической проверки возможности ее применения.

 

Производительность  осветлителя

[м³/ч],                                                 (12)

где F_к.с. – площадь поперечного сечения зоны контактной среды, м²;