Котлоагрегатами

Розрахунок виконується в такій послідовності:

1. Розраховується попередній пароводяний баланс котельні (без урахування безупинного продування), що використовується в розрахунку хімводоочистки для встановлення необхідності безупинного продування, її розміру, а також

власних потреб хімводоочистки (ХВО).

2. Проводиться повний розрахунок теплової схеми котельні по всім позиціям.

Вихідними даними для розрахунку теплової схеми котельні з паровими котлоагрегатами є: теплові навантаження, параметри теплоносія в тепловій мережі, параметри виробленої і відпускаємої пари, кількість повертаємого від споживача конденсату з його температурою.

Так само як і для котельні з водогрійними котлоагрегатами існує відмінність у розрахунку теплової схеми котелень для закритих і відкритих систем теплопостачання.

Для закритих систем теплопостачання:

- розрахункова витрата води теплової мережи в зимових режимах, кг/с

;

- розрахункова витрата води в літньому режимі, кг/с

;

- кількість зворотньої води, кг/с

Для відкритої системи теплопостачання:

- розрахункова витрата води в зимовому режимі, кг/с
:

- розрахункова витрата води в літньому режимі, кг/с

- розрахункова витрата підживлеої води в зимових режимах, кг/с

;

- кількість зворотньої води, кг/с

5 Оцінка теплової ефективності теплової схеми

Оцінка теплової ефективності складеної теплової схеми котельні може бути виконана з урахуванням к.к.д. нетто:

або

;

де SЭ_вп - сумарна витрата електричної енергії на власні потреби, МВт; SQ_вп - витрата теплоти на в.п. ТГУ, МВт; В - витрата палива, кг/с, м³/с;SQ - сумарна виробка теплової енергії, МВт; SQ_н- нижча теплота горіння палива, кДж/кг(м³)

Якщо SQ_від - кількість відпущеної теплової енергії, то

SQ_від =S Q - SQ_вп;

Q_вп = (7ё 17)%Q_від.

Тема 2.3 Водопідготовка

Кількість годин - 6

Кількість лекцій - 3 (Лекції- 3,4,5)

Лекція 2.3 Докотлова обробка води

1 Водно-хімічні характеристики природних вод

2 Призначення водопідготовки

3 Освітлення води

4 Пом'якшення води методом іонного обміну

5 Регенерація іонітових фільтрів

6 Вибір схеми іонітових установок

1 Водно-хімічні характеристики природних вод

Якість води характеризується наявністю і концентрацією домішок, що містяться в ній. При круговому русі в природі вода на своєму шляху поглинає гази, розчиняє різноманітні з'єднання, і, нарешті, у ній знаходяться мікро- і макроорганізми, тобто вода джерел ніколи не вільна від солей, механічних і інших домішок, газів і організмів.

Якість води в ТГУ частіше усього характеризують такими ознаками:

- загальна жорсткість Жо, карбонатна Жк (тимчасова), некарбонатна Жнк (постійна), мгЧ экв/кг в.; кількість зважених часток, мкг/кг; загальний солевміст, мкг/кг; концентрація кремнієвої кислоти, мкг/кг; концентрація О₂ і СО_2, мкг/кг; загальна лужність, мг-экв/кг в.

1мг-экв/кг відповідає вмісту 20,04 мг/кг Са²⁺ або 12,16 мг/кг Мg2⁺;

Таблиця 2.3.1 Таблиця основних речовин, розчинених у воді

Розчиненні гази	Важко розчинні речовини	Легко розчинні речовини	Продукти механічного забруднення
О2	СаСО3 у виді Са(НСО3)2	NaCl	NH3
N2	МgCO3 у виді Мg(HCO3)2	CaCl2	N2O3
CO2	CaSO4, MgSO4	MgCl2	N2O5
і ін.	CaSiO3	MgSO4	H2S
	MgSiO3	CaSO4 і ін.	орган. речовини механічного походження
	Al2O3
	Fe(HCO3)2 і ін.

2 Призначення водопідготовки

У виробничих і опалювальних ТГУ вода, що надходить із різноманітних джерел, витрачається на надолуження втрат конденсату, пари, води з теплової мережі і на власні потреби котельні.

Втрати води при виробництві пари відбуваються в межах власне ТГУ за рахунок витрати частини пари на власні потреби і за рахунок втрат конденсату від споживачів через забруднення.

У водогрійних ТГУ вода губиться частково через витрати на власні потреби, через витоки води в системі теплопостачання, які пояснюються нещільністю з’єднань, якщо ця система відкрита, то до втрат додається витрати води з теплових мереж на гаряче водопостачання.

Відшкодування витрат пари або води на покриття втрат і інші потреби ТГУ здійснюють через спеціальні устрої, комплекс яких називають водопідготовкой.

У циклі котлоагрегата вода на різноманітних стадіях процесу має різноманітні назви: вхідна вода; додаткова підживильна вода; живильна вода; котлова вода.

У живильну воду надходять різноманітні домішки, що призводить до утворення відкладень на поверхнях нагрівання котлоагрегатів і до порушення їхньої нормальної роботи, погіршенню якості пари, води і до інтенсивного протікання корозійних процесів. Тому для безперебійної і економічної роботи котлоагрегата велике значення має правильна організація водяного режиму, що забезпечує високий ступінь чистоти пари і води, запобігає утворенню відкладень на поверхнях нагрівання і захищає від корозії. Домогтися цього можна підвищенням якості живильної води в цеху водопідготовки.

При виборі схеми водопідготовки розрізняють докотлову і внутрішньокотлову обробку води.

Передбачається така схема докотлової водопідготовки в залежності від якості вхідної води:

1. Освітлення води.

2. Зниження жорсткості (пом'якшення води) - метод іонного обміну.

3. Видалення з води розчинених корозійних-агресивних газів (дегазація-деаерація).

3 Освітленние води

Процес видалення грубодисперсних і колоїдних домішок називають освітленням. Його здійснюють шляхом фільтрування і відстоювання води. Найбільш дрібні частки укрупнюються - коагулюються при обробціі води реагентами перед обробкою у механічних фільтрах.

Коагулянтами служать сірчанокислий алюміній A₂(SO₄)₃Ч18H₂O і залізний купорос (сірчанокисле закисне залізо) – FeSO₄Ч 7 H₂O і хлорне залізо – FeCl₃.

Вода перед коагуляцією для прискорення процесу підігрівається до 25-30°С. Коагулянти викликають корозію, тому устаткування потребує захисного покриття. На рис. 2.3 показана прямоточна схема освітлення води з механічним фільтром.

Освітлювальний фільтр представляє собою металевий резервуар, у якому на дренажній системі розташовується прошарок фільтруючого матеріалу.

Зважені речовини осаджуються і поступово збільшують опір фільтра від сотих часток до 0,1 МПа. Тривалість роботи механічного фільтра від 2 до 22 годин, після чого фільтр промивають водою. Перед промиванням його обробляюють стислим повітрям для розпушення матеріалу на протязі 9-10 хв.

Видалення заліза, що міститься у воді рік і водойм у виді колоїдних з'єднань, проводять коагуляцією, вапнуванням і хлоруванням.

1- вхідна вода; 2 - насос-дозатор; 3 - бак із розчином коагулянтом; 4 - шайби; 5 - механічний фільтр; 6 - освітлювальний фільтр; 7- бак промивної води; 8- лінія промивання; 9- освітлена вода.

Рисунок 2.3.1 Схема освітлення води

4 Пом'якшення води методом іонного обміну

Метод іонного обміну заснований на спроможності деяких нерозчинних у воді матеріалов-катіонів поглинати присутні у воді катіони Са²⁺ і Mg2⁺, віддавая воді катіони Na⁺, H⁺ і амонію NH4⁺, котрими попередньо насичують матеріал:

2 RNa + Ca₂⁺ «R₂Ca + 2Na⁺; RH + Na⁺ «RNa + H⁺;

2RNH₄ + Mg₂⁺ «R₂Mg + 2NH₄4⁺; ROH + Cl- «RСl + OH-

У залежності від утримання в поверхневому прошарку катіоніта того або іншого обмінного катіона розрізняють Na-катіонування, H-катіонування і NH₄-Na-катіонування.

При фільтрації води через прошарок матеріалу, катіони обмінюються, унаслідок чого загальна Жо може бути знижена до 0,015 мг-экв/кг.

Катіони Na⁺ у Na-катіонітних фильтрах обмінюються при фільтрації з катіонами Са²⁺ і Мg2⁺ і утворять у пом'якшеній воді натрієві солі з великою розчинністю – NaHCO₃, NaCl, Na₂SO₄ і Na₂SiO₃. Надалі з бікарбонату Na (NaHCO₃) у котловій воді утворюється карбонат Na (Na₂CO₃) і двоокис вуглецю СО₂, що призводить до збільшення лужності котлової води, тому що карбонат натрію утворює надалі їдкий натр (NaOH)

NaHCO3 ® Na2CO3 + CO2 + H2O,

Схема Na-катіонітної установки приведена на рис. 2.3.2.

Na-катіонування в залежності від необхідної Ж-сти живильної води буває одноступінчате або двоступінчате. При однім ступені пом'якшення вода знижує загальну Ж до 0,1 мг-экв/кг, при двоступінчатої ~ 0,015 мг-экв/кг.

Заповнюються Na-катіонітні фільтри сульфовугіллям або катіонітом марки КУ-2. Температура води перед фільтрами повинна складати 25-30° С.

1 - вхідна вода, 2 - фільтр-розчинник солі, 3 - Nа-катіонітний фільтр, 4 - бак промивної води, 5 – пом’якшена вода

Рисунок 2.3.2 Схема Nа-катіонування

.

.

5 Регенерація іонітних фільтрів

У процесі роботи іоніт насичується поглиненими з води іонами Ca²⁺ і Мg²⁺ і утрачає свою обмінноспроможність. При цьому Ж вихідної води підвищується. Для відновлення обмінноспроможності іоніта проводиться його регенерація - процес зворотний основному.

Регенерація іонітового фільтра складається з таких операцій:

а) розпушення; б) сама регенерація; в) промивання.

Розпушення виконується з метою усунути перед регенерацією ущільнення іоніта і видалити дрібні частки іоніта. Інтенсивність розпушення іоніта визначається у розміром 3-5 л/м²с при тривалості 15-20 хв.

Регенерація Na-катіоніта провадиться 7-8 %-ным розчином NaCl; Н-катионита - 1,5 %розчином H₂SO₄; NH₄-катіоніта - 5 % розчином NH₄Cl (хлористий амоній); ОН-аніоніта - 4 % розчином NaOH. Швидкість пропускання регенераційнного розчину H₂SO₄ - 10 м/год щоб уникнути «загіпсування» катіоніта, для інших розчинів 4-5 м/год.

Промивання виконується з бака 4 із метою видалення з фільтра надлишку регенераційнного розчину і продуктів регенерації.

Про завершення регенерації судять по Ж води з фільтра, що повинна бути звичайно 0,05-0,1 мг-экв/кг.

6 Вибір схем іонітовтх установок

Na-катіонування застосовується для ТГ із тиском не вище за середнє. Слід зазначити: живлення парових ТГ водою після Na-катіонування викликає в них наростання лужності.

При обмеженнях у Щ котлової води, в вмістуі вуглекислоти в парі й обмежених розмірах продування застосовують NH₄-Na-катіонування.

При необхідності глибокого зниження сухого залишку і Щ використовується метод Н-катіонування.

Для зниження кислотності води Н-катіонування сполучають з Na-катіонуванням, що дає лужну воду, яка змішуючись із кислою водою, її нейтралізує. З ряду подібних схем найбільше поширення одержала схема послідовного Н-Na-катіонування з «голодною» регенерацією, коли потрібна руйнація бікарбонатного іона з зниженням тільки Жк (лужності) до 0,7-1,5 мг-экв/л.

На відміну від звичайного процесу Н-катіонування (при який береться надлишок кислоти в 1,5-2 разу більше теоретичного) у цьому процесі витрата кислоти на регенерацію відповідає теоретичному або навіть декілька менше його. Пом’якшення води відбувається на Na-катіонітних фильтрах (рис.).

1- Na- катіонітний фільтр; 2 - насос; 3 - механічний фільтр; 7— Н- катіонітний фільтр; 8 — декарбонізатор; 9— вентилятор

Рис. 2.3.3 Схема H-Na катионування

Лекція 2.4 Дегазація води

1 Основи теорії дегазації води

2 Термічний спосіб дегазації води

3 Хімічна дегазація води

4 Установка деаераторів

1 Основи теорії дегазації води

Деаерація живильної і підживленої води - одна з обов'язкових стадій процесу водопідготовки. Сутність цього процесу полягає в тому, щоб знизити і довести до припустимих меж вміст у воді агресивних газів - кисню і вуглекислоти (дегазація). Ці гази викликають розвиток хімічної корозії на поверхні, виготовленої зі сталі і чавуна.

Основним засобом видалення газів із води і, отже. запобігання корозії є термічна деаерація, що заснована на використанні закону розчинності газів у рідині - закону Генри «вагова кількість газу Gг (мг/кг), розчиненого в одиниці об'єму води, прямопропорційна тиску газу р_г в ізотермічних умовах: G=y _p* p_г, y_р[ мг/кг], р_г=МПа.». Це твердження особливо справедливо для погано розчинних газів, а рівноважний стан добре розчинних газів (О₂; СО₂) описується законом Генри тільки при дуже низьких концентраціях.

На підставі закону Генри можна визначити концентрацію розчиненого газу в рідині по формулі

G = , мг/кг

де a^а-коэфіцієнт абсорбції при даній температурі рідини, приведений до нормальних умов; r_г-плотность газу при нормальних умовах, кг/м³; r_р-плотность рідини, кг/м³; Р_г-парціальний тиск газу над поверхнею рідини; Р_о-нормальний тиск,МПа.

Як очевидно з цього рівняння при зниженні парціального тиску газу над розчином до ® 0 (Р_г=0) рівноважна концентрація газу в рідині також знижується до 0. Так як парціальний тиск парів рідини над поверхнею розчину при температурі насичення досягає тиску самої рідини, а парціальний тиск розчинених у рідині газів над поверхнею розчину дорівнює 0, отже і розчинність у рідині, нагрітої до температури насичення, також буде дорівнюватись 0.

На цій властивості розчинів і заснований принцип термічної деаерації, що проводиться в спеціальних апаратах, названих деаераторами. Термічна деаерація можлива при будь-якому тиску. По тиску деаератори діляться на такі групи:

а) вакуумні при Р_абс. =0,0075-0,05 МПа; б) атмосферні при Р_абс. = 0,12 МПа;

в) підвищеного тиску при Р_абс. =0,6-0,8 МПа; г) деаератори перегрітої води.

2 Термічний спосіб дегазації води

У термічному деаераторі взаємозалежні процеси виділення вільної вуглекислоти і розкладання бікарбонату натрію:

2NaHCO₃® Na₂CO₃ + CO₂­ +H₂O,

Na₂CO₃ + H₂O® 2NaOH+CO₂­.

Отже, у деаераторі повинний бути забезпечений безупинний відвід із деаерованої води в паровий простір вільної вуглекислоти, яка виділяється, що у свою чергу уповільнює термічне розкладання. Звідси випливає необхідність подачі пари, вільної від вмісту розчиненого CO₂ і інтенсивне видалення з деаератора газів, що виділилися.

Деаератори повинні задовольняти таким вимогам:

- мати двоступінчату схему деаерації води; забезпечувати швидкий нагрів води і підтримувати відповідну температуру води, що надходить у деаератор; забезпечувати більш тонке роздрібнення води.

Принципова схема деаераційної установки подана на малюнку.2.7

Малюнок 2.3.4 Схема атмосферної деаераційної установки

1-колонка; 2- бак; 3- водопокажчик; 4- манометр; 5- гідравлічний затвор;

6- розподільний устрій; 7,8- тарілки; 9- трубопровід випара; 10- охолодник випара; 11- хімочищена вода; 12- відвід газу; 13- трубопровід пари в колонку; 14- випуск води в затвор.

Атмосферний деаератор складається з малогабаритної колонки 1 і бака-акумулятора 2 з барботажним устроєм. У колонці розташовані дірчасті тарілки 7,8.Вода надходить через розподільний устрій 6 на верхню тарілку 7,попередньо перемішуючись із подаваним конденсатом. З колонки 1 вода зливається в бак 2, у якій рівень її підтримується на визначеній висоті для створення над рівнем води постійної парової подушки. Пара у колонку підводиться знизу по патрубку 13 з отворами для кращої її розподілу. Вода, яка потребує деаерації деаерації 11,підводиться у верхню тарілку, контактує з парою і стікає на нижню тарілку, а потім у бак-акумулятор. Гази і частина пари, що не скондесувалася, відводяться через патрубок 9 у самій верхній частині колонки.

Для кращої деаерації води, крім підігріву її в колонці, застосовується схема, у якій пара спочатку надходить у бак на барботаж, а потім у колонку.

Вакуумна деаерація (мал.2.8) в основному застосовується в ТГУ, обладнаних водогрійними ТГ.Вакуум створюється водоструминним ежектором 5. Випар і газ із деаераційної колонки відсмокчується ежектором за рахунок чого і створюється вакуум у колонці. У ежекторі випар конденсується, а гази виводять в атмосферу.

Малюнок 2.3.5 Схема вакуумної деаерації

Продуктивність деаераторів вибирається по максимальній витраті живильної води для ТГУ і підживленої води, яка поступає у тепломережу. Розмір місткості всіх баків ТГУ розраховується для невеликих установок на 20-30 хв. запасу їхньої максимальної продуктивності і на значних установках 15 хв. запасу.

У значних відкритих системах теплопостачання при кількостях води від 150 м³/годину і вище після деаераторів підживленої води встановлюється на територіїТГУ баки-акумулятори. Місткість баків-акумуляторів,які вирівнюють добове споживання води визначається з виразу

V=(21,6...14…14,4)G ^р_гв,

3 Хімічна деаерація води

Здійснюється сульфітуванням. У живильну воду після її підігріву до 80^оС вводять розчин сульфіта натрію (Na₂SO₃), що поглинає кисень. При цьому утворюється добре розчинний і корозійний-неактивний сульфат натрію Na₂SO₄. Проте при тиску вище 0,6 МПа сульфіт натрію розкладається з утворенням сірчаног ангідріда, що корозійно активний.

Видалити кисень можна з води фільтруванням через сталеву стружку з графітом або чавунну стружку прошарком 1,5-2,0 м при температурі води 50-70^оС. Вода через процес електричної корозії звільняється від частини розчиненого в ній кисню, створюючи окис заліза, частина яких залишається в прошарку, а інша виводиться з водою й освітлюється в спеціальних фільтрах. Вміст кисню після фільтрації 0,1 - 0,2 мг/л. Проте при цьому СО₂ не уловлюється так само як і при сульфітуванні, що обмежує їхнє застосування

Дата добавления: 2014-01-11