Подготовка и конденсация воды

Курсовая работа

“Подготовка и конденсация воды”

Одесса 2010

Введение

В настоящее время вода широко используется в различных областях промышленности в качестве теплоносителя и рабочего тела, чему способствует широкое распространение воды в природе и ее особые термодинамические свойства, связанные со строением молекул. Полярность молекул воды, характеризуемая дипольным моментом, определяет большую энергию взаимного притяжения молекул воды (ориентационное взаимодействие) при температуре 10…30 С и соответственно большую теплоту фазового перехода при парообразовании, высокую теплоемкость и теплопроводность. Значение диэлектрической постоянной воды, также зависящей от дипольного момента, определяет своеобразие свойств воды как растворителя.

При нагреве воды на поверхностях нагрева образуются твердые отложения накипеобразующих солей. При испарении воды в пар переходят коррозионно-активные газы, которые способствуют разрушению поверхности охлаждения и генерируют новые вещества, образующие отложения из продуктов коррозии.

Надежность работы энергетического оборудования на станции непосредственно связана с качеством подпиточной воды котлов. Правильно рассчитанный, смонтированный и эксплуатируемый комплекс водоподготовки, дополненный химической программой коррекции котловой воды, является необходимым условием долговечной и экономичной работы любого котлоагрегата.

В условиях эксплуатации энергетического оборудования на ТЭС или АЭС при организации водного режима необходимо создавать условия, при которых обеспечиваются минимальные значения скорости коррозии и снижение накипных отложений. Отложения могут образовываться из примесей, поступающих в воду теплоэнергетических установок от внешних и от внутренних источников.

Исходные данные

Исходной водой является вода Бассейны Ингула со следующим химическим составом:

-биогенные компоненты:

=1,66 мг/л;;

NO2+=0,030 мг/л;

NO3+=0,11 мг/л;

Fe=0,11 мг/л;

P=0,060мг/л;

Si=5,9 мг/л;

-окисляемость:

БО=28,4 мгО2/л;

ПО=7,8мгО2/л;

-главные ионы:

HCO3-=294,7 мг/л;

SO42-=67,8 мг/л;

Cl-=55,7 мг/л;

Ca2+=92,3 мг/л;

Mg2+=15,9 мг/л;

Na++K+=38,5мг/л;

-Жо=5,9 мг-экв/л;

Блоки: 210МВт 6шт.

Таблица 1

Расчёт и корректировка исходного состава воды

Для начала найдём эквивалентные массы ионов:

Э = М/Z,

где М- молярная масса иона;

Z- заряд иона.

Э(Са2+) = 40,08/2 = 20,04 г-экв;

Эквиваленты остальных ионов считаются аналогично.

Расчет начинаем с анионного состава воды:

[С] = [Н]/Э,

где [Н]- концентрация иона, выраженная в мг/л,

Э- эквивалент иона.

С(HCO3-) =3,274мг-экв/кг;

С(SO42-) = 0,360мг-экв/кг;

C(Cl-) = 0,367 мг-экв/кг.

Σ An = 4,001мг-экв/кг.

Рассчитаем катионный состав воды:

С(Са2+) = 2,585мг-экв/кг;

С(Mg2+) = 0,899мг-экв/кг;

С(Na+) = 0,278мг-экв/кг;

Σ Kt = 3,762мг-экв/кг.

Правильность определения концентраций катионов и анионов, т.е. солей, образованных эквивалентным количеством ионов, проверяют на основании закона электронейтральности по уравнению:

Σ Kt=ΣAn.

При несоблюдении этого условия, следует скорректировать состав воды. Это достигается путём добавления натрия Na+.

Т.о. закон электронейтральности соблюдается.

Пересчитаем значения концентраций примесей в другие виды концентраций: [N]= [Н]/(М.1000), моль/л;

Пересчёт остальных концентраций осуществляется аналогично.

[С]= [Н]/104,%

Ионная сила раствора равна полусумме произведений молярных концентраций на квадраты их зарядов.

μ = 0,5

Коэффициент активности – функция ионной силы раствора:

lg f' = -0.5Zi2 ,

f = 10,

Концентрация в природных водах недиссоциированных молекул Н2СО3 составляет обычно лишь доли процента от общего количества свободной углекислоты, под которым понимают сумму Н2СО3+ СО2.

Равновесное значение суммы Н2СО3+ СО2, моль/кг

Н2СО3+ СО2 = ,

и рН – равновесное

Таблица 2

Вывод: Величина pH имеет оптимальное значение, т.к. входит в интервал 5,5-7,5. Бикарбонатная щелочность увеличилась на дозу коагулянта, а содержание сульфатов увеличилось.

Коагуляция исходной воды

В данном случае, в качестве коагулянта использовался сернокислый алюминий Al2(SO4)3.

Доза добавляемого коагулянта:

Dk = 0,07.ПО = 0,12.8,1 = 0,972мг-экв/л.

Т.к. Dk>0,5 принимаем это значение равное 0,5 мг-экв/л.

Оптимальное значение рН при коагуляции с сернокислым алюминием находится в интервале 5,5 – 7,5. Значение величины рН среды при коагуляции оказывает влияние на скорость и полноту гидролиза.

При коагуляции в обрабатываемой воде увеличивается содержание сульфатов, но уменьшается бикарбонатная щелочность на дозу коагулянта. Катионный состав воды не меняется.

Таблица 3

Коагуляция с известкованием исходной воды (гидратный режим)

Гидратный режим известкования благоприятен для удаления магния, соединений железа, кремния и для осветления воды.

Для расчёта данной таблицы использовали коагулянт – сернокислое железо FeSO4 и гашёную известь Са(ОН)2. Оптимальное значение рН находится в интервале 9 – 10,5. Доза коагулянта Dk = 0,5 мг-экв/л.

Т.к. воды относятся к III группе и являются щелочными, т.е содержание ионов НСО3- находится в избытке по сравнению с остаточной жесткостью, то известкование в этом случае является нецелесообразным. Воду из III группы переводят в I путем добавления CaCl2 эквивалентно содержанию HCO3-.

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

Приняв значение ОН, определяем остаточную концентрацию иона Mg2+.

Mg2+ост = мг-экв/л.

Используя закон электронейтральности, находим остаточную концентрацию ионов Са2+:

Концентрация сульфатов увеличивается на дозу коагулянта.

Таблица 4

Коагуляция и известкование исходной воды (карбонатный режим)

В качестве коагулянта используется сернокислое железо, доза которого Dk = 0,5 мг-экв/л.

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

Приняв значение ОН, определяем остаточную концентрацию иона Mg2+.

Mg2+ост = мг-экв/л.

Концентрацию магния не изменяется.

Остаточная концентрация кальция рассчитывается из закона электронейтральности (концентрация ионов магния и натрия не изменяется):

Карбонатный режим применяют: 1) когда вынужденно приходится использовать в качестве коагулянта сернокислый алюминий; 2) при необходимости исключить выделение магниевых соединений, чтобы в случае соблюдения определённых гидравлических условий получать при известковании крупнокристаллический осадок. При карбонатном режиме несколько уменьшается расход извести (по сравнению с гидратным режимом).

Таблица 5

Коагуляция с известкованием и содированием исходной воды

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

Происходящие при известково-содовом умягчении основные химические процессы описываются следующими уравнениями:

а2СО3 → 2 Nа+ + СО32-;

Са(ОН)2 → Са2+ +2ОН-;

СО2 + 2ОН- → СО32- + Н2О;

Н+ + ОН- → Н2О

НСО3- → Н+ + СО32-

НСО3- + ОН- = СО32- + Н2О;

Са2+ + СО32- → СаСО3↓;

Мg2+ + 2ОН- → Мg(ОН)2↓.

Приняв значение ОН- определяем остаточную концентрацию ионов кальция и магния. Концентрация сульфатов увеличивается на дозу коагулянта.

Т.о. остаточную концентрацию натрия определяем из закона электронейтральности.

Таблица 6

Вывод: Для данных вод с содержанием ГДП>2 мг/л, Ок>4 мгО2/л, Жк>2 мг-экв/л, Жнк<10 мг-экв/л, концентрацией Si<3 мг/л оптимальной схемой предочистки является К+Иг+Ф и К+Иб+Ф.

Коагуляция с известкованием и магнезиальным обескремниванием исходной воды

Основным из числа методов магнезиального обескремнивания воды является метод обескремнивания каустическим магнезитом. Одновременно с обескремниванием воды проводят её известкование и коагуляцию.

Известкование при магнезиальном обескремнивании производится для того, чтобы снизить щёлочность воды и создать должную величину рН. При рН<10удаление кремнекислых соединений будет затруднено из-за недостаточной диссоциации Н2SiО3. Кроме того, вследствие низкой концентрации в воде ионов ОН- обескремнивающий реагент будет взаимодействовать с бикарбонат-ионами исходной воды, свободной угольной кислотой, а также введённым в воду коагулянтом:

МgО + Н2О → Мg(ОН)2 → Мg2+ + 2ОН-;

ОН- + Н+ → Н2О;

НСО3- → СО32- + Н+;

СО2 + Н2О → Н2СО3 → Н+ + НСО3- → 2 Н+ + СО32-;

СО32- + Са2+ → СаСО3↓;

2 ОН- + Fе2+ → Fе(ОН)2.

Экспериментальные данные подтверждают, что обескремнивание наиболее эффективно происходит в узком интервале величин рН=10,1 – 10,3, достигая в отдельных случаях 10,4. Оптимум рН несколько различен для разных вод.

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

При расчёте данной таблицы использовали коагулянт FeSO4, доза которого Dk = 0,5 мг-экв/л, остаточную концентрацию кальция определяем из закона электронейтральности.

Таблица 7

Вывод: Количество воды, поступающей в осветлители на обработку известью и другими реагентами составляет Qдвб=446,9 т/ч.

Расчет производительности ВПУ

Производительность ВПУ по обессоленной воде:

,

где - потеря суммарной паропроизводительности парогенераторов, т/ч:

,

r – доля потери пара и конденсата в контуре блока;

n=6 - количество энергоблоков на станции;

- паропроизводительность парогенератора, т/ч;

- дополнительная производительность установки, зависящая от мощности блока, т/ч;

- дополнительная производительность ВПУ, связанная с возможной потерей конденсата при разогреве мазута, т/ч. Для АЭС =0;

- потери пара конденсата, которые возникают в теплосетях, т/ч:

,

z – доля потери конденсата в подогревателях воды тепловых сетей;

r1 – доля отбора пара на подогрев воды в тепловых сетях;

- дополнительная производительность для компенсации отпуска воды на другие объекты, т/ч:

Количество исходной воды, поступающей в осветлитель, т/ч:

х - доля потери воды с продувкой воды (при обезвоживании шлама и возврате фугата в осветлитель х=0);

х1 - доля потери на собственные нужды.

Таблица 8

Вывод: оптимальным является режим с минимальной величиной продувки, в данном случае - бикарбонатный режим известкования и известкование с содированием.

Оборотные системы охлаждения (ОСО)

Расчет потерь воды в ОСО

В результате циркуляции по замкнутому циклу в системе охлаждения часть оборотной воды выводится из системы вследствие испарения , часть выносится из градирни в виде капельного уноса и, наконец, еще одна ее часть выводится из системы в виде продувки или на технологические нужды .

Коэффициент концентрирования не выпадающих в осадок солей:

,

где к – зависит от температуры воздуха,

∆t - охлаждение воды в градирне, принимается 5-10.

выбирается в зависимости от вида градирни. Выбираем башенную градирню c каплеуловителем. Для неё:

=0,05.

задаемся в каждом случае отдельно.

ОСО1

Т.к. концентрация НСО3- в исходной воде больше 3 мг-экв/л, расчет не производится, т.к. система является нецелесообразной

ОСО2

Для предупреждения выпадения гипса необходимо выдерживать такое неравенство:

Ca2+ < .

Где, CaSO4 = 2,5  10-5 (моль/кг)2.

Доза серной кислоты:

Рассчитываем для данной системы охлаждения:

.

ОСО3

Добавляем оксиэдилдифосфоновую (ОЭДФК) и серную кислоты. Проверяем выпадет ли в осадок :

<2,5·10-5

(табличное значение),значит не выпадет.

Рассчитываем для данной системы охлаждения:

Доза серной кислоты:

ОСО4

Добавляем оксиэдилдифосфоновую (ОЭДФК) и серную кислоты. Проверяем выпадет ли в осадок :

<2,5·10-5

(табличное значение),значит не выпадет.

Добавляем известь и серную кислоту, проверяем, выпадет ли в осадок .

<2,5·10-5

(табличное значение),значит не выпадет.

Рассчитываем для данной системы охлаждения:

Таблица 9

Вывод: т.к.,(|898.2- 250*4|/898.2)*100= 11.34 % выбранные осветлители 250-И подходят по производительности.

Поверочный расчет осветлителя

Выбор осветлителя: необходимо выбирать не менее двух одинаковых осветлителей (т.к. обязательно нужен резервный на случай выхода из строя одного из осветлителей) и не более трех, т.к. на их обслуживание идут большие экономические затраты.

Выбираем 4 осветлителя 250-И.

Производительность осветлителя, :

.

где - площадь поперечного сечения зоны контактной среды, :

=11,

- расчетная скорость восходящего движения воды на выходе из контактной зоны осветлителя, :

:

где - условная скорость свободного осаждения шлама, мм/с (находим по ):

где - доза коагулянта, мг-экв/л,

Э – эквивалент коагулянта,

t – температура воды в интервале С;

- объемная концентрация шлама в зоне контактной среды осветлителя, мл/мл:

,

где П – прозрачность воды по кресту, см:

П=300,

=1 (по диаметру осветлителя),

Приведенная высота зоны контактной среды осветлителя, м:

=1,8 м,

- суммарное количество грубодисперсных примесей, поступающих в осветлитель и образующихся в нем, мг/л.

Выбранный осветлитель 250-И подходит нам по производительности.

Выводы: Для данной исходной воды с содержанием ГДП>2 мг/л, Ок>4 мгО2/л, Жк>2 мг-экв/л, Жнк<10 мг-экв/л, концентрацией Si<3 мг/л оптимальным является гидратный режим известкования (стр 31[1]), при котором величина продувки имеет минимальное значение и затраты на реагенты меньшие.

Список использованной литературы

1. Кишневский В.А. Современные методы обработки воды в энергетике: Учебное пособие. - Одесса: ОГПУ,1999-196 с.

2. Громогласов А.А., Копылов А.С., Пильщиков А.П. Водоподготовка: Процессы и аппараты: Учеб. пособие для вузов.-М.: Энергоатомиздат,1990-272с.

3. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод.-Киев: Вища школа. Головное изд-во,1981.-328 с.

4. Стерман Л.С. и др.Тепловые и атомные электростанции: Учебник для вузов.- М.: Энергоиздат,1982.-456 с., ил.