Индивидуальное задание по дисциплине

“Водоподготовка для ТЭС”

Студент_____________________ Турушев В.О.

Руководитель __________________ Тайлашева Т.С.

Томск 2011.

2 часть. Расчет водоподготовительной установки.

1. Требуется рассчитать водоподготовительную установку, предназначенную для подготовки на 450 м³/ч добавочной воды для питания паровых котлов высокого давления (10 МПа и выше) со ступенчатым испарением и промывкой пара, и приготовления 680 м³/ч подпиточной воды для теплосетей с открытой системой теплоснабжения.

В качестве исходной используется вода из артезианской скважины с показателями, но так как с данными исходными значениями не сошелся баланс равенства суммы катионов и анионов производим корректировку заданных значений представленных в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели качества исходной воды

Показатели качества воды	Обозначения	Количество
мг/л	мг - экв/л
Жесткость общая	Жо		5,76
Жесткость карбонатная (щелочность)	Жк		3,12
Жесткость некарбонатная	Жнк		2,64
Кальций – ионы	Са^2+		4,56
Магний – ионы	Mg^2+		1,2
Натрий - ионы	Na^+	118,6	5,16
Сульфат – ионы	SO4^2-	202,7	4,22
Хлорид – ионы	Cl^-	126,9	3,58
Бикарбонат – ионы	HCO3^2-		3,12
Кремниевая кислота	SiO3^2-
Свободная углекислота	CO2		0.5 (в пересчете на бикарбонат ионы)
Окисляемость	ОК	-
Сумма анионов и сумма катионов	∑Ан=10,92 ∑Кат=10,92

Так как в качестве исходной используется вода с данными из таблицы 1, она может сразу подвергаться химической очистке по методу ионного обмена без предварительной обработки коагуляцией-известкованием-фильтрованием через механические фильтры.

Исходная вода по классификации относится к водам с повышенной щелочностью, следовательно, для ее обработки на первом этапе может быть выбран метод водород-катионирования с «голодной» ре­генерацией фильтров, применяемый для обработки вод гидрокарбонатного класса, т.е. таких вод, у которых из числа главных анионов (Сl^-, SO₄^2-, НСОз^-) наибольшую концентрацию, выраженную в мг-экв/л, имеет ион НСОз^-. Выделение большого количества углекислоты при водород-катионировании с «голодной» регенерацией фильтров требует промежу­точного удаления углекислого газа в декарбонизаторах.

Добавочная питательная вода для котлов высоких давлений, независимо от принятого водно-химического режима должна обессоливаться, а не умягчаться.

Малое общее солесодержание насыщенного и перегретого пара, определяемое выносимыми солями натрия, а малое содержание в паре кремниевой кислоты требует не только обессоливания, но и обескремнивания добавочной питательной воды.

Требуемое качество воды может быть обеспечено обработкой по схеме трехкратного Н-катионирования и однократного анионирования во­ды через сильноосновный анионит с промежуточной декарбонизацией для котлов и обработкой по схеме Н-катионирования с «голодной» регенера­цией фильтров с декарбонизацией - для тепловых сетей, рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема полного обессоливания и обескремнивания воды: Нг - водород-катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией; Дк - декарбонизаторы; H₁ - водород-катионитовые фильтры первой ступени; Н₂ - водо­род-катионитовые фильтры второй ступени; А₂ -высокоосновные анионитные фильтры второй сту­пени; 1 - исходная вода; 2 - вода в деаэратор и теп­лосеть; 3 - вода в деаэратор и в котел.

Требуемые показатели качества обработанной воды представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Качество обработанной воды

Наименование	Добавочная для котлов	Подпиточная для теплосети
Жесткость, мг-экв/л	0,001	1,2
Щелочность абсолютная, мг-экв/л	0,02	0,7
Концентрация кремнекислоты, SiO3^2- мг/л мг-экв/л	0,4 0,0105
Общее солесодержание, мг/л	2,5 – 3

Столь высокое содержание кремнекислоты в добавочной воде, как следует из таблицы 2 допускается только в данном конкретном случае из-за возврата на электростанцию большого количества доброкачественного конденсата, являющегося основной составляющей питательной воды, и применения устройств для очистки пара. Таким образом, схема рис. 1.1, может применяться для подготовки добавочной воды для питания котлов давлением 10 МПа даже при восполнении больших безвозвратных потерь пара и конденсата.

Показатели качества воды после отдельных стадий ее обработки

1. На головные Н-катионитовые фильтры с «голодной» регенераци­ей и декарбонизацией поступает вода со следующими показателями:

Ж₀=5,76 мг-экв/л; Щ₀=3,12 мг-экв/л; SO₄=4,22 мг-экв/л;

Cl= 3,58 мг-экв/л; Na= 5,16 мг-экв/л;

∑ Кат = ∑Ан;

∑Кат = Ca²⁺ + Mg²⁺ + Na⁺ = 4,56 + 1,2 + 5,16 = 10,92 мг-экв/л;

∑Ан = HCO₃^- + SO₄^2- + Cl^- = 3,12 + 4,22 + 3,58 = 10,92 мг-экв/л.

2. При катионировании с «голодной» регенерацией происходит не глубокое умягчение воды, а разрушение ее карбонатной щелочности без образования кислого фильтрата. Прошедшая через такой фильтр вода не содержит сильных кислот и имеет незначительную щелочность (порядка 0,6 – 0,8 мг-экв/кг) [2, стр. 279]. После обработки этой воды на Н-катионитовых фильтрах с «голодной» регенерацией и пропуска ее через головные декарбонизаторы вода имеет состав:

Щ_ост = Ж_к = 0,7 мг-экв/л;

Ж_нк = 2,64 мг-экв/л;

Ж_о = Ж_к + Ж_нк = 0,7 + 2,64 = 3,34 мг-экв/л;

Na⁺ = 5,16 мг-экв/л;

∑ Кат = Ж_о + Na⁺ = 3,34 + 5,16 = 8,5 мг-экв/л;

∑ Ан = Щ_ост + SO₄^2- + Cl^- = 0,7 + 4,22 + 3,58 = 8,5 мг-экв/л;

3. Эта вода поступает на Н-катионитовые фильтры первой ступени. Н-катионитовые фильтры первой ступени (H₁) разрушают всю карбонат­ную жесткость (0,7 мг-экв/л) собразованием эквивалентного количества угольной кислоты Н₂СО₃с образованием сильных минеральных кислот (HCI + H₂SO₄). Часть кислотности фильтрата в результате замены катионов жесткости на катионы водорода после Н₁ равна:

К₁= Ж_нк = НCl+H₂SO₄=2,64 мг-экв/л;

Н - катионитовые фильтры H₁, кроме жесткости, задерживают часть катионов натрия т.е. 75% в количестве 3,87 мг-экв/л. За счет замены катионов натрия на катионы водорода в эквивалентном количестве уве­личивается и кислотность на величину 75% К₂=3,87мг-экв/л.

Суммарная кислотность фильтрата после водород-катионитовых фильтров Н₁ составляет К₃ = К₁ + К₂ = 2,64 + 3,87= 6,51 мг-экв/л. Все кисло­ты после Н₁ поступают на водород-катионитовые фильтры второй ступени (Н₂) и проходят их транзитом. Остаточная концентрация натрия после водород-катионитовых фильтров H₁ составляет 25%, то есть Na=1,29 мг-экв/л.

4.На водород-катионитовые фильтры второй ступени поступает вода с кислотностью К₃=6,51 мг-экв/л, остаточной концентрацией катио­нов натрия в количестве Na=1,29 мг-экв/л и концентрацией угольной ки­слоты, равной Н₂СО₃=0,7мг-экв/л. Предполагается, что катионы кальция и магния отсутствуют. На водород-катионитовых фильтрах Н₂ удаляются все остаточные катионы натрия, давая эквивалентное количество сильных ми­неральных кислот К₄=1,29 мг-экв/л. Угольная кислота в присутствии сильных минеральных кислот не диссоциирует и удаляется в декарбонизаторах, установленных перед сильно основными анионитными фильтрами А₂, до остаточной концентрации, равной НСО₃ ост = 0,1 мг-экв/л.

5. На анионитные фильтры поступает вода, содержащая слабые кислоты в количестве HCO₃ = 0,1 мг-экв/л, HSiO₃=10 мг-экв/л и сильные кислоты в количестве

К = К₃ + К₄ = 6,51+ 1,29 = 7,8 мг-экв/л.

Следовательно, анионитные фильтры должны задерживать анионы слабых и сильных кислот в общей концентрации

∑Ан = К + НСО₃ + HSiO₃ = 7,8+0,1+10 = 17,9 мг-экв/л

Допустимые показатели качества воды после сильноосновного анионирования водород-катионированной воды представлены в таблице2.

Расчет анионитных фильтров.

Расчет схемы водоподготовки начинают с оборудования, установ­ленного в хвостовой части схемы, т.е. в данном случае с фильтра А₂ с тем, чтобы учесть дополнительную нагрузку на предшествующие фильтры по обработке воды собственных нужд.

Суммарное количество анионов, подлежащих удалению из Н-катионированной воды в анионитных фильтрах, равно:

∑Ан = 17,9 мг-экв/л.

В данном расчете бикарбонат - ионы приняты в количестве, соот­ветствующем остаточной углекислоте в Н-катионированной воде после пропуска ее через декарбонизаторы.

Фильтры А₂ загружаются зернами сильноосновного анионита АВ-17. Принимаем расход едкого натра на регенерацию 81 кг/м³. По рисунку 2.4.а нонограмме учебного пособия [1, стр. 80] находим удельный расход NaOH, равный q_NaОН=225 г/г-экв., при отноше­нии Si/∑ Ан = 10/17,9 = 0,5. Здесь Si - содержание кремнекислоты, мг-экв/л, ∑Ан - сумма всех анионов, присутствующих в фильтруемой воде. По рисунку 2.4.б нонограмме учебного пособия [1, стр. 80] определяется кремнеемкость анионита, составляющая Е_р^а, равное Ер^а= 395 г-экв./м³.

Необходимое количество анионита оценивается по формуле:

Vа = (∑Ан · Q_a · 24) / Е_р^а = 17,9 ∙ 450 ∙ 24 / 395 = 489,4 м³.

Обычно в качестве анионитных фильтров используют конструкции стандартных катионитовых фильтров.

Учитывая максимально допустимую высоту слоя загрузки анионита в фильтрах второй ступени Нслоя = 1,5 м, находим необходимую суммар­ную площадь фильтрования работающих анионитных фильтров:

F = Vа / Нслоя = 489,4 / 1,5 = 326,3 м².

Количество фильтров определяется по формуле:

а = F/f = 326,3/7,1 = 46 шт, где f-площадь фильтрования.

Принимаем к установке сорок семь стандартных фильтров диаметром D = 3000 мм с площадью фильтрования каждого f =7,1 м², из ко­торых сорок шесть будут в работе, а сорок седьмой фильтр будет служить для гидропере­грузки анионита и подключения в работу в конце выхода одного из первых сорока шести фильтров на ремонт или ревизию.

После предварительного выбора количества и диаметра анионитныхфильтров рассчитываются следующие параметры.

1. Скорости фильтрования:

W_н = Q_a / (f∙a) = 450 / (7,1∙46) = 1,38 м/ч – нормальная скорость фильтрования

W_макс = Q_a / (f∙(a – 1)) = 450/ (7,1∙ (46 - 1)) = 1,41 м/ч - максимальная скорость фильтрования, (а-1) - количество фильтров при регенерации одного из них, т.к. каждый из двадцати пяти работающих анионитных фильтров ежесуточно будет выключаться на регенерацию, во время чего оставшиеся в работе двадцать четыре фильтра должны будут обеспечить выдачу 450 м³/ч обессоленной воды для котлов.

2.Количество анионов сильных и слабых кислот, удаляемых на анионитных фильтрах А₂, г-экв/сут:

А_н = 24∙ Q_a ∙ ∑Ан = 24 ∙ 450 ∙ 17,9 = 193320 г-экв/сут.

3.Число регенераций анионитных фильтров в сутки:193510,5

n = А_н / (f_а ∙ Н_слоя ∙E_p^a ∙ a) = 193320/(7,1∙1,5∙395∙46) = 1 раз в сутки.

4.Расход 100%-ного NaOH на одну регенерацию анионитного фильтра, кг:

Q_NaOH = q_NaOH ∙ f ∙ Н_слоя ∙ Е_p^a / 1000 = 225 ∙ 7,1 ∙ 1,5 ∙ 395 / 1000 = 947 кг

5. Расход технического 42%-ного едкого натра, м³, в сутки определяется по формуле:

Q_NaOH^сут = Q_NaOH ∙ n ∙ a ∙ 100 / (1000 ∙ 42 ∙ р₄₂) = 947 ∙ 1 ∙ 46 ∙ 100 / (1000 ∙ 42 ∙ 1,45) =71,5 м³

Здесь «42» - содержание NaOH в техническом продукте, в %;

ρ₄₂ - плотность технического 42%-ного раствора едкого натра, используемого в энергетике, т/м³.

Расход технического NaOH в месяц:

Q_NaOH(тех)^мес = Q_NaOH^сут ∙ Z = 71,5 ∙ 30 = 2145 м³, где Z – число дней

В сутки: Q_NaOH^сут ∙ р₄₂ = 71,5∙ 1,45 = 103,7 т

В месяц: Q_NaOH(тех)^мес _∙ р₄₂ = 2145 ∙ 1,45 = 3110,3 т

6. Расход частично обессоленной воды на регенерацию анионитно­го фильтра слагается из следующих составляющих:

а) расхода воды на взрыхление анионита, м³:

Q_взр = i_взр ∙ f ∙ t_взр ∙ 60 / 1000 = 3 ∙ 7,1 ∙ 30 ∙ 60 / 1000 = 38,34 м³,

где i_взр, t_взр - соответственно интенсивность и продолжительность взрыхления анионита, равные:

интенсивность, л/с ∙ м², i_взр - 3;

продолжительность, мин., t_взр - 30;

б) расхода воды на приготовление регенерационного раствора
едкого натра NaOH, м³:

Q_р.р = 100 ∙ Q_NaOH / 1000 ∙ b ∙ р = 100 ∙ 947 / 1000 ∙ 4 ∙ 1,043 = 22,7м³,

где b концентрация регенерационного раствора, 4%;

р - плотность регенерационного раствора, 1,043 т/м.

в) расхода воды на отмывку анионита от продуктов регенерации, м³:

Q_отм = q_отм ∙ f ∙ Н_слоя = 20 ∙ 7,1 ∙ 1,5 = 213 м³,

где q_отм - удельный расход воды на отмывку анионита, м³ /м³.

Отмывка анионита ведется в режимах: удельный расход воды, м³/м³ - 20;

скорость пропуска отмывочной воды, м/ч - 8 - 10.

7. Расход воды на одну регенерацию анионитного фильтра (на собственные нужды) составляет:

Q_с.н. = Q_взр + Q_р.р. + Q_отм = 213 + 22,7 + 38,34 =274 м³.

8. Среднечасовой расход воды на собственные нужды анионитных
фильтров, м³ /ч, определяется выражением:

Q_сн(час) = Q_сн ∙ n ∙ а / 24 = 274 ∙ 1 ∙ 46 / 24= 525,17 м³/ч.

Принимаем округленно Q_с.н. (час) =526 м³/ч.

9. Время регенерации анионитного фильтра (час) равно:

t_рег = t_взр + t_р.р + t_отм = 0,5 + 0,8 + 3 = 4,3 часов;

t_взр - время взрыхляющей промывки анионитного фильтра, состав­ляет 30 мин;

t_p.p - время пропуска регенерационного раствора через анионитный фильтр, мин, составляет:

t_р.р = Q_р.р. ∙ 60/(w_р.р.∙ f_a) = 22,7 ∙ 60/ (4 ∙ 7,1) = 0,8 час (48 мин),

где w_р.р. - скорость пропуска регенерационного раствора. Регенерация анионита проводится в режимах: удельный расход NaOH, г/г-экв - 100; концентрация раствора, % - 4; скорость пропуска, м/ч - 4.

t_отм - время отмывкианионита от продуктов регенерации, мин, рав­но:

t_отм = Q_отм ∙ 60/(w_отм.∙ f_a)= 213 ∙ 60/(10 ∙ 7,1) = 12780/71 = 180 мин = 3 часа,

где w_отм - скорость отмывки анионита от продуктов регенерации; (8 - 10) м/ч. Принимаем w_отм = 10 м/ч.

10. Межрегенерационный период работы каждого фильтра, час,
определится из уравнения:

Т_а = 24/n – t_рег = 24/1 – 4,3 = 19,7 ч.

11.Количество одновременно регенерируемых анионитных фильтров

n_о.р. = n ∙ a ∙ t_рег / 24 = 1 ∙ 46 ∙ 4,3 / 24 = 8,3

Следовательно, принимаем девять регенерируемых фильтров.

12. В заключение, для лучшего использования обменной емкости поглощения анионов, проверяется допустимая для данных условий расчетная скорость фильтрования, м/ч, которая должна быть больше или равняться рассчитанной скорости W_н равной 1,38 м/ч:

W_расч = E_р^а ∙ Н_слоя / (Т_а ∙ ∑Ан + 0,03 ∙Е_р^а ∙ d² ∙ (ln∑Ан – ln Сост)) =

= 395 ∙ 1,5 / (19,7∙17,9 + 0,03∙ 395∙0,5²∙(ln17,9 – ln0,0305)) = 1,6 м/ч

где: d - средний диаметрзерен анионита, мм, равный для АВ-17 (0.355 - 1.25) мм принимаем d = 0.5 мм;

Сост - остаточное содержание анионов в анионированной воде, г-экв/м³равное, по условиям работы, сумме концентрации НСОз + SiО₃ = 0,02+0,0105=0,0305 мг-экв/л. Так как W_н = 1,38 < W_расч= 1,6 м/ч не нужно увеличивать диаметр анионитных фильтров или количество работающих фильтров.

Расчет водород-катионитовых фильтров второй ступени

Водород-катионитовые фильтры второй ступени работают в режи­ме «до проскока» натрия и полностью удаляют из воды катионы натрия, поступившие после Н-катионитовых фильтров первой ступени.

Показатели качества воды, обрабатываемой на Н-катионитовых фильтрах второй ступени, приведены в показателях качества воды после отдельных стадий ее обработки в пункте 4.

Производительность водород-катионитовых фильтров второй сту­пени должна обеспечить заданную производительность обессоливающей установки 450 м³/ч и собственные нужды анионитных фильтров в количе­стве 526 м³/ч и составляет:

Q_н(2) = 450 + 526 = 976 м³/ч;

При данной производительности второй ступени ионирования на стадии проектирования оценивается требуемая площадь фильтрования:

F = Q_н / V = 976/ 50 = 19,52 м²,

где V - скорость фильтрования Н-катионитовых фильтров второй сту­пени в схеме обессоливания, составляющая, исходя из опыта эксплуата­ции, до 50 м/ч. Принимаем скорость фильтрования равной V = 50 м/ч.

Из существующих стандартных фильтров выбираем фильтр с пло­щадью фильтрования f = 5,3 м². Необходимое количество фильтров «а», находящихся в работе в данной ступени ионирования, определяется выра­жением:

a = F/f= 19,52/5,3= 3,68 ≈4.

Принимаем к установке во второй ступени ионирования 5 фильтров, у которых: диаметр - D = 2600 мм; площадь фильтрования - f = 5,3 м²; высота слоя загрузки - Н_слоя =1,5м.

Один из установленных фильтров - резервный.

Марки загружаемых катионов выбираются согласно рекомендаций, таблицы 3.

Таблица 3 - Рекомендуемые марки катионитов при ступенчатом водород-катионировании

Состав исходной воды, мг-экв/л	Рекомендуемый катионит
На первой ступени	На второй ступени
Na^+≤1, ∑Ас.к.≤3	Сульфоуголь СК-1	Сульфоуголь СК-1
Na^+≤1, ∑Ас.к.=3 – 5	Сульфоуголь СК-1	КУ-2
∑Ас.к.≥5	КУ-2	КУ-2

Примечание: ∑Aс.к. - суммарная концентрация анионитов сильных кислот.

Выбираем в качестве фильтрующего материала сульфоуголь со следующими технологическими характеристиками: полная обменная емкость сульфоугля в Н - форме, г-экв/м³ - 200; размер зерен, мм – 0,3 – 1,5.

Рабочая обменная способность катионита при водород-катионировании определяется из уравнения:

Е_p^н = α ∙ E_полн – 0,5 ∙ q_отм ∙ (Ж₀ + С_Na) = 0,75 ∙ 200 – 0,5 ∙ 10 ∙ (0 + 1,29) = 143,55 г-экв/л

где в этом выражении α- коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, определяемый по таблице 4.

Таблица 4 - Коэффициент эффективности регенерации водород-катионитовых фильтров

Удельный расход серной кислоты на регенерацию, г/г-экв
α	0,68	0,71	0,75	0,78	0,82	0,85	0,86	0,87	0,89

Расход серной кислоты на регенерацию фильтров первой ступени составляет до (55 - 70) г/г-экв, а фильтров второй ступени порядка (70 -100) г/г-экв. Принимаем расход серной кислоты на регенерацию водород-катионитовых фильтров второй ступени равным 70 г/г-экв. При этом коэффициент эффективности регенерации составит α= 0,75, таблица 4. q_отм - удельный расход воды на отмывку катионита; принимается равным: q_отм =10м³/м³ согласно данным таблице 2.31 [1].

Жо - общая жесткость воды, поступающей на фильтры второй сту­пени, предполагается, что катионов кальция и магния в воде не будет,

С_Na - концентрация натрия в обрабатываемой воде, г-экв/м³.

После определения рабочей обменной емкости расчет производится в следующем порядке:

1. Рассчитывается количество катионов, удаляемых на водород-
катионитовых фильтрах второй ступени:

А_к = 24 (∑Кат - Na_ост) ∙ Q_н = 24 ∙ (1,29 – 0) ∙976 = 30216,96 г-экв/сут,

где ∑Кат- содержание катионов, поступающих на водород-катионитовые фильтры, г-экв/м³;

Na ост - остаточное содержание натрия в обессоленной воде, г-экв/л

2.Число регенераций водород-катионитовых фильтров:

n = A_k / (f ∙ Н_слоя ∙ Е_р^н ∙ а) = 30216,96 / (5,3 ∙ 1,5 ∙ 143,55 ∙ 4) = 7 раз в сутки.

3. Определяется расход 100%-ной серной кислоты на одну регенерацию:

Q_k = q_k ∙ f ∙ Н_слоя ∙ Е_р^н / 1000 = 70 ∙ 5,3∙ 1,5 ∙ 143,55 / 1000 = 79,89 кг

Где q_k - удельный расход серной кислоты, принятый равным 70 г/г-экв.

4. При этом расход технической 92-% -ной серной кислоты определяем по формуле:

Q_к.т. = Q_к ∙ n∙ a ∙ 100 / (с ∙ 1000) = 79,89 ∙ 7 ∙ 4 ∙ 100/ (92 ∙ 1000) = 2,43 т/сут, где

«с» - содержание H₂SO₄ в технической серной кислоты не менее 92%.

5. Расход технической серной кислоты в месяц составит

Q_к.мес = 2,43 ∙ 30 = 72,94 т/мес.

6. Расход воды на одну регенерацию фильтра слагается из:

a) Расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра

Q_взр = i ∙ f ∙ 60 ∙ t_взр. / 1000 = 4 ∙ 5,3 ∙ 60 ∙ 30 / 1000 = 38,2 м³, где

i – интенсивность взрыхляющей промывки, которая принимается равной i- 4 л/ (с∙м²) при t = 20°С иd= 1 мм, (нонограмма рисунка 2,5 [1] – график для определения необходимой интенсивности взрыхления катионита в зависимости от диаметра зерен катионита)

t_взр - продолжительность взрыхляющей промывки, мин, принима­ется равной 30 мин, таблица 2.31 [1];

b) расхода воды на приготовление регенерационного раствора, м³, определяемого по формуле:

Q_р.р. = Q_к ∙ 100 / 1000 ∙ b ∙ ρ_р.р. = 79,89 ∙ 100 / 1000 ∙ 1,5 ∙ 1 = 5,33 м³,

где b - концентрация регенерационного раствора, %, которая при за­грузке сульфоуглем принимается равной (1,5 - 2) %, (таблица 2.31 [1] – технологические данные при водород-катионировании);

р_p.p. - плотность регенерационного раствора, имеющего данную концентрацию, принимается согласно данным (приложение 3[1]);

c) Расхода воды на отмывку катионита от продуктов регенерации:

Q_отм = q_отм ∙ f∙ Н_слоя = 10 ∙ 5,3 ∙ 1,5 = 80 м³.

d) Расход воды на одну регенерацию составит:

Q_н = 38,2 + 5,33 + 80 = 123,53 м³

7.Суточный расход воды на регенерацию всех фильтров составит:

Q_н(сут) = Q_н ∙ n ∙ a = 123,53∙ 7 ∙ 4 = 3458,84 м³.

8.Среднечасовой расход на собственные нужды:

Q_{с.н.(час)} = Q_н(сут)/24 = 3458,84/24 = 144,12 м³/ч.

Принимаем Q_{с.н.(час)} равное 145 м³/ч.

Расчет водород-катионитовых фильтров первой ступени

Нагрузка фильтров с учетом расхода части фильтрата на собственнные нужды Н-катионитовых фильтров второй ступени равна

Qh (I) =976 + 145 = 1121м³/ч.

В фильтры первой ступени будет поступать вода, прошедшая пред­варительные Н-катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией и ха­рактеризующаяся следующими средними показателями:

Общая жесткость: Жо = 3,34 мг-экв/л.

Жесткость карбонатная Жк = 0,7мг-экв/л.

Жесткость некарбонатная Жн.к.= 2,64 мг-экв/л

Содержание ионов натрия С _Na = 5,16 мг-экв/л.

Сумма сульфат-ионов и хлорид- ионов,

∑(SO₄ + Сl)= 4,22+3,58=7,8 мг-экв/л.

Скорость фильтрования для первой ступени может составлять до 30 м/ч. Выберем скорость фильтрования 15 м/ч.

Общая площадь фильтрования F при выбранной скорости фильтрования

w= 15 м/ч составит:

F =1121 / 15 = 74,73 м^2:.

С учетом площади фильтрования f единичного фильтра, равной f = 7,1 м², рассчитывается необходимое количество фильтров «а»:

а = F /f = 74,73/7,1 = 10,5 шт.

Принимаем к установке двенадцать фильтров (один свободный) с параметрами: диаметр фильтра - D - 3000 мм; высота слоя загрузки - Hслоя = 1,8 м; площадь фильтрования - f = 7,1 м².

В качестве фильтрующего материала принимается сульфоуголь в Н-форме.

Рабочая обменная способность катионита равна:

Е_р = α ∙Е_полн – 0,5 ∙ q ∙ (Ж_о + С_Na) = 0,71 ∙ 200 - 0,5 ∙ 10 ∙ (3,34 + 5,16) =99,5 г-экв/л,

где q - удельный расход воды на отмывку катионита, принимается 10м³/м³ согласно данным таблице 2.31 [1].

Число регенераций каждого фильтра составляет:

n = 24 ∙ Q_н ∙ (Ж_о - Ж_ост)/ (f∙ Н_слоя∙ E_р ∙ а)= 24 ∙ 1121 ∙ (3,34 - 0)/ (7,1 ∙ 1,8 ∙ 99,5 ∙ 11) = 6,42,

где Жост - остаточная жесткость после водород-катионитныхфильт­ров.

В периоды регенераций из одиннадцати работающих фильтров I ступени в полезной работе будет десять фильтров. Скорость фильтрования в межрегенерационный период составляет:

W_мин = Q_н/ f ∙ a = 1121 / 7,1 ∙ 11 = 14,35 м/ч.

в регенерационный период: W_макс = Q_н/ f ∙(a – 1) = 1121 / 7,1 ∙ 10 = 15,79 м/ч

Расход 100%-ной серной кислоты на одну регенерацию:

Q_к = q_к ∙ f ∙ Н_слоя ∙ Е_р /1000 = 60 ∙ 7,1 ∙ 1,8 ∙99,5 / 1000 = 76,3 кг.

где q_K - удельный расход кислоты па регенерацию, равный 60 г/г-зкв, выбираемый для фильтров I ступени из диапазона (55 - 70) г/г-экв.

Суточный расход технической 92%-ной серной кислоты:

Q_к(сут) = Q_к ∙ n ∙ a ∙ 100 /(1000 ∙c) = 76,3 ∙ 6,42 ∙ 11 ∙ 100 / (1000 ∙ 92) = 5,86 т/сут.

Расход технической серной кислоты в месяц составит:

Q_к (мес) = 5,86 ∙ 30 = 175,7 т/мес.

Расход воды на взрыхляющую промывку:

Q_взр = i_взр ∙ f ∙ 30 ∙ 60 /1000 = 4 ∙ 7,1 ∙ 30 ∙ 60 /1000 = 51,2 м³,

где i_взр,t_взр - интенсивностьи продолжительность взрыхляющей промывки,

i_взр = 4 л/с ∙ м²; t_взр = 30 мин.

Расход воды на приготовление регенерационного раствора, м³

Q_р.р = Q_к ∙ 100 /(1000 ∙b ∙ ρ_р.р.) = 76,3 ∙ 100 / (1000 ∙ 2 ∙ 1) = 3,815 м³,

где b - концентрация регенерационного раствора, b = (1.5 - 2)%;

ρ_р.р. - плотность 2%-ного регенерационного раствора

Расход воды на отмывку катионита:

Q_отм = q_отм ∙ f ∙ Н_слоя = 10 ∙ 7,1 ∙ 1,8 = 128 м³,

где q_отм - удельный расход воды на отмывку катионита, равным q_отм =10 м³/м^э.

Тогда расход воды на одну регенерацию с учетом использования отмывочной воды на взрыхление составит:

Q_н = Q_взр + Q_р.р + Q_отм = 51,2 + 3,815 + 128 = 183,015 м³.

Суточный расход воды на регенерацию всех фильтров:

Q_н(сут) = Q_н ∙ n ∙ а = 183,015 ∙ 6,42 ∙ 11 = 12924,5 м³/сут.

Среднечасовой расход воды на собственные нужды водород-катионитовых фильтров I ступени будет равен

Q_н(час) = Q_н(сут) / 24 = 12924,5/ 24 = 538,5 м³.

Принимаем расход воды на собственные нужды фильтров первой ступени Qc.h. (час) = 539 м³.

Расчет предварительных водород-катионитовых фильтров с «голодной» регенерацией.

Среднечасовой расход предварительно Н-катионированной воды должен обеспечивать требуемую производительность обессоливающей установки и собственные нужды Н-катионитовых и анионитовых фильтров в количестве:

1. Q_гол= 450 + 526 + 145 + 539 = 1660 м³/ч

2. Предварительные Н-катионитовые фильтры должны обеспечи­вать подачу воды в открытую теплосеть в размере 600 м³/ч.

ИТОГО: Q_гол=1660 + 600 = 2260 м³/ч.

Оценивается общая площадь фильтрования:

F = Q_гол/w=2260 / 20= 113 м²,

где w - скорость фильтрования, принимаемая 20 м/ч.

Необходимое количествофильтров:

a = F/f=113 / 9,1 = 13 штук.

Полагая, что при средней длительности каждой регенерации (2-2,5 ч) одновременно будут находиться в регенерации два предваритель­ных Н-катионитовых фильтра и один Н-катионитовый фильтр должен быть в резерве(для гидроперегрузки и подключения в работу на время ре­монта одного из фильтров ), принимаем к установке шестнадцать предварительных Н-катионитовых фильтров с параметрами: диаметр фильтра - D = 3400 мм; высота слоя - Нслоя – 2,5 м; площадь фильтрования - f- 9,1 м².

Карбонатная жесткость (щелочность) воды при про­хождении через предварительные Н-катионитные фильтры, отрегенерированные теоретически необходимым количеством серной кислоты, будет снижаться в среднем с 5,5 до 0,7 мг-экв/л.

Количество солей жесткости, удаляемых на фильтрах, определяется по формуле:

А_гол = 24 ∙ Q_гол ∙ (Ж_к - Ж_к.ост) = 24 ∙ 2260 ∙ (3,12 – 0,7) = 131260,8 г-экв/сут.

Рабочая обменная способность сульфоугля при водород-катионировании с «голодной» регенерацией принимается по таблице 2.17 [1] (условия применения водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров) по параметрам «К» и «А». Для этого рассчитываются:

характеристики катионного состава исходной воды «К»:

K = Na/Жo= 5,16/5,76 = 0,9

и характеристики анионитного состава исходной воды «А»

A = HCO₃^-/(CI^- + SO₄^2-)= 3,12/(3,58+4,22)= 0,4.

Для исходной воды данного состава при 0< К < 1; 10 > А > 1 рабочая обменная способность сульфоугля принимается равной Е_р^гол= 300 г-экв/м³, таблица 2.17 [1] (условия применения водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров).

При этом число регенераций каждого фильтра в сутки составит:

n = А_гол/ (f ∙ Н_слоя ∙ Е_р^гол ∙ а)= 131260,8 / (9,1 ∙ 2,5 ∙ 300 ∙ 13) = 1,48

Принимаем число регенераций n = 2 раза в сутки.

Расход 100%-ной серной кислоты на одну регенерацию определя­ется по уравнению:

Q_к(гол) = q_к ∙ f ∙ Н_слоя ∙ Е_р^гол /1000 = 45 ∙ 9,1 ∙ 2,5 ∙ 300 / 1000 = 307 кг

здесь q_K = 45 г/г-экв - удельный расход серной кислоты при «голодном» режиме регенерации, который принимается по таблице 2.17 [1] (условия применения водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров).

Расход технической серной кислоты на регенерацию фильтров в сутки составит:

Q_{к(гол)техн} = Q_к(гол) ∙ n ∙ a ∙ 100 / c = 307 ∙2 ∙ 13 ∙ 100 / 92 = 8676,09 кг/сут,

где с-содержание H₂SO₄ в технической серной кислоте, используемой для энергетических целей (не менее 92%).

Расход воды на взрыхление каждого фильтра равен (при интенсивности взрыхления 4 л/с∙м³ и длительности взрыхле­ния, равной 30 мин):

Q_взр = i_взр ∙ f ∙ 30 ∙ 60 / 1000 = 4 ∙ 9,1 ∙ 30 ∙ 60 /1000 = 65,5 м³.

Расход воды на приготовление 1.5%-ного регенерационного раствора кислоты на одну регенерацию:

Q_р.р = Q_к(гол) ∙ 100 / (1000 ∙ b ∙ ρ_р.р) = 307 ∙ 100 / (1000 ∙ 1,5 ∙ 1) = 20,5 м³

Расход воды на отмывку:

Q_отм = q_отм ∙ f ∙ Н_слоя = 5 ∙ 9,1 ∙ 2,5 = 114 м³,

(при удельном расходе 5 м³/м³).

Расход воды на одну регенерацию (собственные нужды):

Q_с.н. = Q_взр + Q_р.р + Q_отм = 65,5 + 20,5 + 114 = 200 м³.

Среднечасовойрасход воды на собственные нужды предварительных Н-катионитовых фильтров с «голодным» расходом кислоты:

Q_{с.н.(час)} = Q_с.н. ∙ n ∙ а / 24 = 200 ∙2 ∙ 13 / 24 = 216,66 м³/ч

Таким образом, часовая нагрузка на предварительные фильтры равна

Q_{гол(час)} = Q_гол + Q_{с.н.(час)} = 2260 + 216,66 =2476,66 м³/ч.

Список использованной литературы:

1. Любимова Л.Л. Инженерные расчеты в водоподготовке: учебное пособие.- Томск: Изд. ТПУ, 2009.-133 с.
2. Вихрев В.Ф., Шкроб М.С. Водоподготовка. – М.: Энергия, 1973 – 416 с.
3. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1990 – 254 с.

Дата добавления: 2015-08-03