Химико-технологический расчет водоподготовительной установки ТЭС

Часть 2. Химико-технологический расчет

 

2.1 Расчет производительности ВПУ

Главный показатель работы ВПУ – это ее производительность.

 

где - 2% от паропроизводительности котлов,

n – число котлов,

1 – первая надбавка: включает  расход воды на собственные  нужды станции. Она восполняет  нерасчетные потери воды: первичный  пуск аппаратов ВПУ, химические  промывки аппаратов, собственные  нужды. Они учитываются:

Таблица 2.1 – Учет первой надбавки

Производительность энергоблоков, МВт	Прямоточные котлы,	Барабанные котлы,
1	2	3
250 - 300	25	25
500 – 800	50	25
800	75	25

 

 Возвратный производственный  конденсат: если на ТЭС установлении  прямоточная турбина, то в производительность  входит дополнительная надбавка  на возвратный производственный  конденсат 55,6 ( - число турбин).

2 – учитывает тип котла;  если котел барабанный, то расход  воды происходит на продувку  котла. 2=1 % . Для прямоточных котлов этой надбавки нет.

0,15 - зависит от типа используемого топлива на ТЭС. Если топливо твердое, этой прибавки нет. Если топливо – мазут или газомазут, то учитывается 15 % расхода пара на разогрев 1т сжигаемого мазута.

- условный расход  топлива,

- число котлов.

Для турбин 3 Т–110/120–310 = 485 , и 2 ПТ–80/110–130 = 470 , поэтому:

Выбираем котел Е –  500 – 13,8 – 560БТ (БВЖ).

 

2.2 Физико-химический расчет стадии предочистки

2.2.1 Показатели качества исходной воды:

Исходной водой является вода поверхностного источника –  река Иртыш (г. Омск). Химический состав воды представлен в таблице:

Таблица 2.2 – Химический состав исходной воды

Наименование	Содержание
1	2	3	4
	28,0	1,398	0,699
	17,0	1,398	0,699
	36,1	1,569	1,569
	165,0	2,705	2,705
	31,7	0,660	0,330
	34,0	0,958	0,958
	3,0	0,048	0,048
	-	-	-
	5,7	-	-
Взвешенные вещества	172,4	-	-
Продолжение таблицы 2.2
1	2	3	4
Окисляемость,	14,8	-	-
Солесодержание	314,8	-	-
	-	2,796	-
	-	2,705	-
	-	0,091	-
	-	2,705	-

 

2.2.2 Проверка электронейтральности исходной воды.

 

 

 

,

 

Находим ошибку электронейтральности по формуле:

 

 

Ошибка электронейтральности меньше 1%, следовательно, анализ воды и  расчет выполнены правильно.

2.2.3  Находим ионную силу исходной воды.

 

где – концентрация i-го иона,; - заряд i – го иона.

 

=6,096

2.2.4  Находим коэффициент активности.

 

- для однозарядных ионов:

 

=

- для двухзарядных ионов:

 

=

- для трехзарядных ионов:

 

=

2.2.5 Определяем равновесные концентрации .

При известковании на стадии предочистки образуется осадок , который выпадает в шлам на дно осветлителя.

Для этого осадка характерно равновесие:

 

                                      осадок       раствор

(при t=25),

 

 

2.2.6 Определяем концентрацию свободной угольной кислоты соответственно по первой и второй ступени.

 

где , - константа диссоциации угольной кислоты соответственно по первой и второй ступени.

, = 5,06 ,

, = 5,65 ,

 

2.7 Определяем рН исходной воды.

Для определения рН используем уравнение диссоциации  по 1 ступени:

 

 

 

 

pH = lg (2,705)+2 lg 0,920 – lg (5,06) – lg (7,21)=7,797=7,8.

2.2.7  Выбор дозы коагулянта.

Основными технологическими процессами предочистки является коагуляция коллоидных примесей и известкование, которые обычно совмещаются одновременно в одном аппарате – осветлителе. Это проводят с целью улучшения, то есть оптимизации суммарного технологического процесса и снижения денежных затрат. Коагуляцию проводят при 40 8 %-ным раствором коагулянта. Коагулянтом служит .

В связи с тем что  показатели исходной воды средние, мы выбираем среднюю дозу коагулянта соответствии с таблицей 2:

Таблица 2.3 – Выбор дозы коагулянта

Доза коагулянта	Общая щелочность	Окисляемость
1	2	3
1,0
0,75	1,5-2,0	5,0-10,0
0,50

 

Из дозы коагулянта находим дозу извести:

 

где i = 0,2  - избыток извести.

= 0,144 + 2,705 + 0,944 + 0,2 + 1= 4,993

2.2.8 Рассчитываем концентрацию гидроксил ионов , протона и рН обработанной воды. Концентрация свободных гидроксилов определяется избытком извести i.

 

 

 

 

 

 

 

рН = - lg = - lg (5,43) = 11 – lg 5,43= 10,26,

 

2.9 Расчет концентрации сульфат аниона.

Т.к. в исходную воду добавляем 8 % раствор коагулянта, то концентрация сульфат иона увеличивается на величину дозы коагулянта .

,

,

 

При известковании и коагуляции концентрации ионов Na⁺, Cl^- не изменяются, кремнесодержание снижается на 40%.

 

 

Содержание природных  органических примесей снижается на 30%.

Ок^кон=0,7·Ок^ИВ = 0,7·14,8=10,36 мгО₂/кг.

2.2.9 В результате коагуляции на дно осветлителя оседает шлам. Продуктом коагуляции является гидроксид железа ,

 

                                   Осадок          раствор

 

 

 

 

 

2.2.10 Рассчитываем изменение концентрации .

В результате известкования  катиона  образуется осадок , который выпадает на дно осветлителя в виде шлама:

 

                                    Осадок          раствор

5,5

 

 

 

 

Определяем . Для этого надо выбрать минимальное значение концентрации:

 

 

2.2.11 Рассчитываем концентрацию в известково-коагулированной воде.

Для расчета концентрации используется уравнение диссоциации угольной кислоты по II ступени:

 

 

 

Пусть концентрация = x = 1000х .

Рассчитываем концентрацию с учетом образования осадка при известковании, который выпадает в виде шлама на дно осветлителя.

 

                                  Осадок       раствор   

4,8

 

 

 

 

 

Концентрация ионов,

Катионы	Анионы

Эти значения подставляем  в уравнение электронейтральности:

 

3674

 

 

 

 

 

Проверяем правильность нахождения концентраций по квадратному уравнению  через уравнение электронейтральности:

 

 

 

 

 

Находим ошибку электронейтральности по формуле:

 

 

Ошибка электронейтральности меньше 1%, следовательно, анализ воды и  расчет выполнены правильно.

2.2.12 Делаем пересчет концентраций известково-коагулированной воды с учетом ионной силы раствора:

 

 

=4,418

2.2.13 Рассчитываем коэффициенты активности и делаем повторный расчет:

 

- для однозарядных ионов:

 

= ;

- для двухзарядных ионов:

 

= ;

- для трехзарядных ионов:

 

= .

2.2.14 Рассчитываем конечную концентрацию ,, рН обработанной воды:

 

 

 

 

 

рН = - lg = - lg (5,371) = 11 – lg 5,371= 10,27,

 

2.2.15 Находим концентрацию растворенных ионов железа в обработанной воде.

 

                                    Осадок          раствор

 

 

 

 

 

2.2.16 Рассчитываем конечную концентрацию .

 

 

                               Осадок          раствор

5,5

 

 

 

 

Для определения конечного  содержания ионов магния в обработанной воде, из двух значений выбираем минимальное:

 

 

2.2.17 Рассчитываем концентрацию :

 

 

Пусть концентрация = x = 1000х .

4,8

 

 

 

Концентрация ионов, .

Катионы	Анионы

Эти значения подставляем  в уравнение электронейтральности:

 

3612

 

 

 

 

 

Проверяем правильность нахождения концентраций по квадратному уравнению  через уравнение электронейтральности:

 

 

 

 

 

Находим ошибку электронейтральности по формуле:

 

 

Ошибка электронейтральности меньше 1%, следовательно, полный  расчет произведен правильно.

Химический состав воды после предочистки  представлен в виде таблицы:

Таблица 2.4 Химический состав и показатели качества известково-коагулированной воды

Наименование	Содержание			Процентное изменение, %
1	2	3	4	5
	18,52	0,924	0,462	34
	5,14	0,4229	0,2115	70
	36,1	1,569	1,569	-
	0,86	14,136	14,136	99
	79,68	1,66	0,83	+151
	34,0	0,958	0,958	-
	- 3,0	0,048	0,048	-
	3,42	-	-	40
Взвешенные вещества	17,24	-	-	90
Окисляемость,	10,36	-	-	30
Солесодержание	177,3	-	-	44
	-	1,3469	-	47
	-	14,136	-	99
	-	1,333	-	-
	-	14,136	-	99

 

 

 

 

3. Технологический расчет фильтров

Таблица  2.5– Технологический расчет фильтров
Показатель	Расчетная формула или  принятое обозначение	Тип фильтра
1	2	3	4	5	6	7
1.Расчетная производительность,	Qст=+qс.н.	186,2	186,2+1,18=187,38	187,38+0,6=187,98	187,98+5 ,25=193,23	193,23+10,16= 203,39
2.Скорость фильтрования,		30	50	20	30	10
3.Требуемая площадь фильтрования,
Продолжение таблицы 2.5
1	2	3	4	5	6	7
4.Число фильтров (в работе + регенерации), шт		4+1	3+1	3+1	4+1	7+1
5.Площадь одного фильтра,
6.Характеристика стандартного фильтра,
7.Действительная скорость фильтрования,
Продолжение таблицы 2.5
1	2	3	4	5	6	7
8.Тип загруженного материала	-	АВ - 17	КУ - 2	Леватит	КУ - 2	Антрацит
9.Рабочая емкость,		100	400	950	650	2
10. Принятая высота слоя, м		1,0	1,5	2,5	2,5	0,9
11.Продолжительность фильтроцикла, ч
12.Суточное число регенераций  всех фильтров,
Продолжение таблицы 2.5
1	2	3	4	5	6	7
13.Удельный расход 100 %-ого реагента,	b	100	60	50	60	-
14.Расход реагента на регенерацию, кг						-
15.Суточный расход реагента, кг					=1247,85	-
16.Удельный расход воды на взрыхление фильтра,	i	3,0	3,0	3,0	3,0	12,0
Продолжение таблицы 2.5
1	2	3	4	5	6	7
17.Время взрыхления фильтра, мин		10	10	10	10	15
18.Расход воды на взрыхление,
19.Концентрация регенерационного раствора, %		4	3	4	1	-
20.Расход воды на приготовление регенерац. раствора, м3						-
Продолжение таблицы 2.5
1	2	3	4	5	6	7
21.Удельный расход воды на отмывку,	a	9	5	8	5	1
22.Расход воды на отмывку,
23.Суммарный расход воды на регенерацию		3,19+4,43+15,93 = 23,55	3,19+5,31+13,28 = 21,78	5,65+9,81+62,8 = 78,26	3,19+26,55+22,13= 51,87	33,91+2,83= 36,74
24.Часовой расход воды на собственные нужды,
Продолжение таблицы 2.5
1	2	3	4	5	6	7
25.Скорость пропуска регенерационного раствора,		5	5	5	10	-
26.Время пропуска регенерационного раствора, мин						-
27.Скорость отмывки,		5	5	10	10	8
Продолжение таблицы 2.5
1	2	3	4	5	6	7
28.Время отмывки, мин
29.Суммарное время регенерации фильтра, мин		10+30+108=148	10+36+90=136	10+37,5+120=167,5	10+90+75=175	15+6,75=21,75