Расчет водоподготовительной установки
Задание и
исходные данные на расчет ВПУ
Рассчитать водоподготовительную установку для приготовления воды, идущей
на питание двух паровых котлов типа ДЕ-25/14 - ГМ (паропроизводительность 25
т/ч, давление пара 1,4 МПа), если потери пара в котельной составляют К1
= 1,9 % от паропроизводительности котлов, а потери пара на производстве - К2
= 38 % от паропроизводительности.
Топливо котлов - газ. Деаэрация питательной воды осуществляется в
термических деаэраторах барботажного типа.
Источник
водоснабжения - р. Волга, содержание в исходной воде взвешенных веществ - 230
мг/кг, её окисляемость по перманганату 11 
.
Выбрать
схему и рассчитать оборудование водоподготовительной установки
Анализ
воды
I.Общие сведения
1. Пункт водоснабжения производственная котельная
. Род и название водоисточника река Волга
3. Место отбора пробы воды г .Казань
. Дата отбора пробы воды 01.11.2011г.
. Дата начала анализа 01.11.2011г.
II.Физические свойства воды
6. Цветность в градусах стандартной шкалы
. Прозрачность по стандартному шрифту
. Осадок (характер)
. Запах
. Вкус
. Температура воды при отборе пробы
. Взвешенные вещества 230 мг/кг
. Взвешенные вещества после прокаливания.
III. Химические свойства и состав воды
. Активная реакция воды рН_8
15. Сухой остаток 360
мг/кг
16. Минеральный остаток
17. Натрий (Na+) + калий (К+) 20,5
мг/кг
. Кальций (Са2+) 72,0
мг/кг
. Магний (Mg2+) 14,5
мг/кг
. Сульфаты (SO42-) 140
мг/кг
. Хлориды (Cl-) 15,0
мг/кг
. Нитраты (NO3-) 0
мг/кг
. Бикарбонаты (НСО3-) 140,3
мг/кг
. Кремниевая кислота (SiO32-) 3,0
мг/кг
24.
Окисляемость по перманганату 11
.
Щелочность мг-экв/кг
26. Жесткость а) общая 4,78 мг-экв/кг, б) некарбонатная 2,48
мг-экв/кг, в) карбонатная 2,3 мг-экв/кг
|
Катионы
|
мг-экв/кг
|
Анионы
|
мг-экв/кг
|
|
К+ + Na+
|
0,89
|
Cl-
|
0,42
|
|
Ca2+
|
3,59
|
SO42-
|
2,9
|
|
Mg2+
|
1,19
|
NO3-
|
0
|
|
Fe2+
|
0
|
HCO3-
|
2,3
|
|
|
SiO32-
|
0,078
|
|
Сумма
|
5,67
|
Сумма
|
5,7
|
Погрешность анализа 4,3 %, что является допустимым.
IV. Заключение о пригодности воды
Вода данного природного источника без обработки непригодна для
использования на питание паровых котлов типа ДЕ-25/14 - ГМ.
Нормы
качества питательной воды для котлов ДЕ-25/14 - ГМ
|
Содержание взвешенных
веществ, мг/кг
|
5
|
|
Общая жесткость, мкг×экв/кг
|
15
|
|
Содержание соединений
железа, мкг/кг
|
не нормируется
|
|
Содержание соединений меди,
мкг/кг
|
|
Содержание растворенного
кислорода, мкг/кг
|
30
|
|
Значение рН при 25°С
|
8,5-9,5
|
|
Содержание свободной
углекислоты, мкг/кг
|
не допускается
|
|
Содержание масел, мкг/кг
|
3
|
|
Содержание NO2, мкг/кг
|
не нормируется
|
Выбор
схемы водоподготовительной установки (ВПУ)
Выбор
схемы предварительной очистки воды (схемы осветления)
Содержание
в исходной воде взвешенных веществ - 230 мг/кг, её окисляемость по перманганату
11 . Для обеспечения требуемого качества добавочной вод
необходимо устанавливать осветлители, в которых будет происходить осветление с
последующим фильтрованием.
Выбор
схемы ионной части ВПУ.
Проверим схему двухступенчатого Na - катионирования.
Сухой остаток обработанной воды при двухступенчатом Na-катионировании увеличивается за счет
того, что каждый ион кальция или магния обменивается на ион натрия, тогда:
.
Кальциевая
жесткость исходной воды
.
Магниевая жесткость исходной воды
Щелочность обработанной воды при Na-катионировании равна исходной щелочности воды Щов
= 0,7 мг-экв/кг
Суммарные потери пара и конденсата в котельной:
αпк = К1 + К2 =
1,9 + 38 = 39,9% от паропроизводительности котельной.
Сухой остаток котловой воды для котла ДЕ-25/14-ГМ с механической
внутрибарабанной сепарацией пара Sкв = 3000 мг/кг.
Величина продувки котлов
Величина продувки при схеме двухступенчатого Na-катионирования удовлетворяет нормативной.
Относительная щелочность обработанной воды
.
Относительная щелочность обработанной воды не превышается нормативной для
котлов, в которых все соединения сварные.
Концентрация углекислоты в паре:
Эквивалент СО2:
ЭСО2 = 22 мг/мг-экв.
Доля разложения NaHCO3 в котле
(остальное разлагается в барботажном деаэраторе) σ = 0,4. Доля разложения Na2CO3 в котле, работающем на давлении 13 атм. σ1 = 0,7.
Концентрация углекислоты в паре при деаэрации химически обработанной воды
в термическом барботажном деаэраторе
мг/кг<20 мг/кг
Все три критерия (продувка котлов, относительная щелочность и
концентрация углекислоты в паре) удовлетворяют нормативным условиям. Принимаем
схему двухступенчатого Na-катионирования.
Коэффициент запаса kз = 1,2.
Производительность ВПУ нетто для промышленных котельных
.
1.2*0.399*25*2=23.94
Расчет
аппаратов водоподготовительной установки
Расчет
катионитового фильтра II ступени.
Скорость фильтрования в фильтре II ступени при жесткости исходной воды до 5 мг-экв/кг W = 40 м/ч.
Необходимая площадь фильтрования Na-катионитового фильтра
Выбираем фильтр ФИПа II-1,0-0,6-Na, диаметром 1.5 м, площадью
фильтрования 0,78 м2 и высотой слоя ионита 1,5 м.
Принимаем к установке два фильтра, из них один рабочий, один на
регенерации, «сухой» резерв устанавливать на вторую ступень нецелесообразно.
Рабочая емкость поглощения катионита при содержании Nа в исходной воде 20% от общей
жесткости и удельном расходе соли на регенерацию 150 г/г-экв.
Жесткость воды на входе во вторую ступень (выходе из первой) Жо
= 0,02 мг-экв/л.
Длительность фильтроцикла
.
Число регенераций одного фильтра в сутки
,
т.е. регенерация фильтра второй ступени будет проводиться примерно 1 раз
в 47 суток.
Интенсивность взрыхления. ωвзр=4
Продолжительность взрыхления tвзр = 30
мин.
Расход воды на взрыхление фильтра
Скорость пропуска отмывочной воды Wотм = 7 м/ч.
Продолжительность отмывки tотм = 40 мин.
Расход воды на отмывку фильтра от продуктов регенерации
Удельный расход соли NaCl
на регенерацию Na-катионитового
фильтра bк = 150 г/г-экв.
Концентрация регенерационного раствора k = 8%, его плотность ρ=1,027г/мл. Расход воды на приготовление
регенерационного раствора
Расход воды на собственные нужды одного фильтра
Суточный расход воды на собственные нужды всех фильтров
Среднечасовой расход воды на собственные нужды фильтров
Количество воды, поступающей на фильтры, с учетом расхода на собственные
нужды
Проверка
не требуется, т.к. одновременно работает только один фильтр и один всегда готов
к работе.
Удельный
расход соли NaCl на регенерацию
qNaCl
= 150 г/г-экв.
Масса
соли, требуемая на регенерацию одного фильтра
Суточный
расход соли на регенерацию
0.021=1.52
кг/сут.
Месячный
расход соли на регенерацию
Расчет
катионитового фильтра I ступени
Скорость фильтрования в фильтре при жесткости исходной воды до 5
мг-экв/кг W = 25 м/ч.
Необходимая площадь фильтрования Na-катионитового фильтра
Выбираем фильтр ФИПа I-1,4-0,6-Н,
площадью фильтрования 1,54 м2 и высотой слоя ионита 2 м.
Принимаем к установке три фильтра, из них один рабочий, один на регенерации
и один в «сухом» резерве.
Рабочая
емкость поглощения катионита при содержании Nа в исходной
воде 20% от общей жесткости и удельном расходе соли на регенерацию 150 г/г-экв 
.
Общая
жесткость воды на входе в фильтр:
Жо
= ЖСа + ЖMg = 0,67 + 0,1 = 0,77 мг-экв/л
Жесткость
воды, удаляемая в фильтре
Жо
= Жонач - Жокон = 0,77 - 0,02 =
0,75 мг-экв/кг
Длительность
фильтроцикла
Число
регенераций одного фильтра в сутки
Интенсивность
взрыхления 
.
Продолжительность
взрыхления tвзр = 15
мин.
Расход
воды на взрыхление фильтра
.
Скорость
пропуска отмывочной воды Wотм = 7
м/ч.
Продолжительность отмывки tотм = 40 мин.
Расход воды на отмывку фильтра от продуктов регенерации
.
Удельный
расход соли NaCl на регенерацию Na-катионитового
фильтра bк = 150
г/г-экв.
Концентрация
регенерационного раствора k = 8%, его плотность 
.
Расход
воды на приготовление регенерационного раствора
.
Расход
воды на собственные нужды одного фильтра
.
Суточный
расход воды на собственные нужды всех фильтров
Среднечасовой
расход воды на собственные нужды фильтров
Количество
воды, поступающей на фильтры, с учетом расхода на собственные нужды
Проверка
не требуется, т.к. одновременно работает только один фильтр и один всегда готов
к работе.
Удельный
расход соли NaCl на регенерацию qNaCl
= 150 г/г-экв.
Масса
соли, требуемая на регенерацию одного фильтра
.
Суточный
расход соли на регенерацию
Месячный
расход соли на регенерацию
Расчет
осветлительного (механического) фильтра
Скорость фильтрования в фильтре, загруженном кварцевым песком (диаметр
зерен 0,5-1,2 мм), при нормальной работе W = 10 м/ч.
Необходимая площадь фильтрования осветлительного фильтра
Выбираем фильтр ФОВ-2,5-0,6, площадью фильтрования 3,14 м2 и
высотой слоя загрузки 1 м.
Принимаем к установке три фильтра, из них один рабочий, один на промывке
и один в «сухом» резерве.
Интенсивность взрыхления фильтра, загруженного кварцевым песком: i = 15 л/(с·м2).
Продолжительность взрыхляющей промывки: tвзр = 6 мин.
Расход воды на взрыхление фильтра
Скорость спуска в дренаж первого мутного фильтрата Wотм = 4 м/ч.
Продолжительность отмывки tотм = 10 мин.
Расход воды на отмывку фильтра:
Часовой расход воды на собственные нужды всех фильтров:
где m - число отмывок каждого фильтра в
сутки (принимаем с последующим уточнением).
Количество воды, поступающей на фильтры, с учетом расхода на собственные
нужды
.
Удельная грязеемкость фильтрующего материала Г = 1 кг/м3.
Концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей на механические
фильтры после осветлителя Gв = 10 г/м3.
Время промывки фильтра:
tпр = tвзр + tотм = 6 + 10 = 16 мин.
Продолжительность полезной работы фильтра между промывками:
Продолжительность
операций, связанных с промывкой фильтров: t = 0,5 ч
Суточное
число отмывок каждого фильтра:
Расчет
и выбор осветлителя
Производительность
осветлителя 
.
Принимаем
к установке осветлитель конструкции СКБ ВТИ производительностью 63 м3/час.
Количество
взвешенных веществ в исходной воде В = 230 г/м3.
Доза
коагулянта Ка = 1 г-экв/м3.
Количество
нерастворимых примесей в коагулянте: αн = 1%.
Количество
шлама ,образующегося при коагуляции воды:
Остаточное
содержание взвешенных веществ в обработанной воде после осветлителя (на входе в
механический фильтр) Во = 10 мг/л.
Средняя
концентрация взвешенных веществ в уплотненном осадке 
.
Величина
продувки осветлителя:
Количество
воды, подаваемой в осветлитель:
водоподготовительная установка котел
фильтр
Расчет
вспомогательного оборудования ВПУ
Выбираем солерастворитель объемом 0,6 м3 диаметром 600 мм и
полезной емкостью 200 кг.
Соль предполагается хранить в мешках по 50 кг. На одну регенерацию
фильтра первой ступени требуется почти 4 мешка.
Список
использованной литературы
1. Раемская Т.А. «Задание и
методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Водоснабжение», М.,
2011 г.
2. Клячко В.А., Апельпин И.Э. Очистка природных вод. - М.:
Стройиздат. 1971.
.Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и
промышленных предприятий / Под общ.ред. И.А.Назарова. - М.: Стройиздат, 1977.
. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В.
Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления.
Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1990
. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.
Госстрой России. - М., 1997.