Расчет осветлителей для коагуляции и известкования

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

____________________________________________________________________________

 

 

 

 

 

Институт	Энергетический
Специальность	Промышленная теплоэнергетика
Кафедра	ПГС и ПГУ
Курс	IV

 

 

 

 

Расчет комплексной схемы обработки  воды.

 

Отчет по индивидуальной работе №1

 

 

 

 

 

 

       Исполнитель

Студент гр.6А82	_____________________________	Орлова Е.Г.
Руководитель	______________________________	Тайлашева Т.С.

   Доцент

 

 

 

  

 

 

 

 

                                            

 

 

 

 

 

 

 

                                                           ТОМСК -  2012

 

Содержание

 

Исходные данные 3

Расчет  натрий-катионитовых фильтров второй ступени………………………………..6

Расчет  натрий-катионитовых фильтров первой ступени……………………………8

Расчет механических (антрацитных) фильтров……………………………………..10

Расчет  устройства для частичной нейтрализации щелочности серной кислоты…11

Расчет осветлителей для коагуляции и известкования……………………………12

Заключение 14

Список литературы 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

 

1. Требуется рассчитать водоподготовительную установку, предназначенную для подготовки 250 м³/ч добавочной воды для питания паровых котлов высокого давления (100 атм. и выше) со ступенчатым испарением и промывкой пара, и 15 м³/ч подпиточной воды для теплосетей с закрытой системой теплоснабжения
2. В качестве исходной используется вода из поверхностного водоисточника (река)  с показателями, представленными в табл. 1 (вариант  № 7)

 

Табл. 1 –  Показатели качества исходной воды

	мг/л	мг – экв/л
Ок	3,85
Що		3,8
Жк		3,8
Жо		6,2
Ca2+	108,2	5,4
Mg2+	9,7	0,8
Na+	110	4,8
Fe3+	-	-
HCO3-	234,2	3,8
SO42-	107	2,2
Cl-	170	4,8
NO3-	-
NO2-	-
SiO32-	19,1	0,5

 

3. Качество питательной воды для паровых котлов, работающих на твердом топливе при указанном давлении, приведено в табл. 7.
4. Качество подпиточной воды для теплосетей с закрытой системой теплоснабжения должно отвечать требованиям, приведенным в табл. 39.

Требуемое качество воды для паровых  котлов и теплосетей по показателям  общей жесткости может быть обеспечено обработкой воды методом коагуляции, известкования и схемой двухступенчатого натрий-катионирования для котлов и одноступенчатого натрий-катионирования для теплосетей. С целью дополнительного снижения щелочности исходной воды в схеме предусмотрена подача серной кислоты. При средних давлениях растворимость всех примесей в паре незначительна, включая и кремниевую кислоту. Поэтому нормами для этих котлов допускается довольно большое содержание примесей в питательной воде, в том числе и кремнекислых соединений. Несмотря на то, что по ПТЭ разрешается довольно большой размер продувки (3%), в условиях бескоррекционного внутрикотлового водно-химического режима возникает опасность образования кальциевых силикатных накипей. Поэтому в схеме рис. 11 предусматривается удаление из воды кремниевой кислоты путем обработки каустическим магнезитом совместно с коагуляцией и известкованием в одном осветлителе.

Требуемое качество воды после обработки  по указанной схеме будет характеризоваться следующими показателями:

• жесткость - 0,01 мг-экв/л;
• щелочность - 0,5 мг-экв/л;
• кремниевая кислота    - 0,025 мг-экв/л,

 

 

Рис. 11. Схема обработки добавочной воды для питания паровых котлов и  подпиточной воды для закрытой теплосети: 1 - сырая вода; 2 - подача известковаго молока; 3 -подача раствора коагулянта; 4 - подача магнезитового молока; 5 - осветлитель; 6 - промежуточный бак; 7 - механический фильтр; 8 - натрий-катионитовый фильтр первой ступени; 9 - натрий-катионитовый фильтр второй ступени; 10 - подача раствора серной кислоты, 11 - обработанная вода.

Сухой остаток обработанной воды С_ост. с учетом изменения некоторых составляющих во внутрикотловых условиях (гидролиз карбонатов и бикарбонатов натрия с образованием NaOH и превращения кремниевой кислоты в силикат натрия) составляет:

 

 

 

 

где в данной формуле:

Орг. –исходное  содержание в воде органических соединений, мг/л, Орг=3,5·Ок=3,5·3,85=13,48 мг/л;

71.04 - численное  значение мг-экв сульфата натрия;

- исходное  содержание в воде сульфат-ионов,  мг-экв/л;

К – доза коагулянта, мг-экв/л, К=0,5 мг-экв/л при Щ_о ≥ 2, Ок ≤ 5 [1,с.8, табл.1];

К₁ - доза серной кислоты, мг-экв/л, принимаемая равной К₁=0,3 мг-экв/л;

58,45—численное значение мг-экв хлорида натрия;

- исходное  содержание в воде хлорид-ионов,  мг-экв/л; 

40 - численное  значение мг-экв едкого натра  NaOH;

Щост. - щелочность обработанной воды, мг-экв/л, Щост.=0,5 мг-экв/л [1,с.11, табл.3];

61.03 - численное  значение мг-экв силиката натрия,

SiO3 ² - содержание кремниевой кислоты в обработанной воде, мг-экв/л.

Относительная остаточная щелочность Щотн. ост. обработанной воды:

Щ_{отн ост} =40·Щ_ост/С_ост = 40·0,5/547,57= 0.037 или 3,7%.

Согласно правилам Госгортехнадзора Щ_ост. не должна превышать 20%.

Расчет оборудования водоподготовительной установки начинается от конца технологического процесса обработки воды в целях более точного учета расхода обрабатываемой воды на собственные нужды установки и правильного определения нагрузки головного водоподготовительного оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  натрий-катионитовых фильтров второй ступени

 

Вода, поступающая  на эти фильтры в количестве 250 т/ч, должна иметь жесткость Жо = 0.035 мг-экв/л.

Допустимая скорость фильтрования составляет для Nа-катионитовых фильтров второй ступени (30-60) м/ч.

Исходя из этого, определяется необходимая  суммарная площадь фильтрования:

F= 250/30 – 250/60 = 8,3 – 4,2 м²

На второй ступени катионирования обычно устанавливается не менее двух фильтров, которые выбираются из существующих стандартных фильтров, табл. 22.

В данном случае из существующих стандартных фильтров достаточно установить три фильтра следующих параметров:

• Площадь фильтрования: D=2000 мм.
• Высота слоя катионита: Н_сл=1,5 м.
• Площадь фильтрования: f=3,14 м².

После подбора фильтров расчет начинают с определения скорости фильтрования.

Определим нормальную скорость:

Wн= Q/f·а = 250/ 3,14·3 = 26,54 м/ч.

Максимальная  скорость фильтрования равна:

Wм=Q/f·(а-1)=250/3,14·2 =39,81 м/ч.

Далее расчет производится в следующем  порядке.

1. Определяется количество солей жесткости, удаляемых на фильтрах второй ступени:

А = 24·Жо·Q = 24·0,035·250 =210 г-экв/сут.,

 где Жо - общая жесткость воды, поступающей на натрий-катионитовые фильтры г-экв/м³;

2. Число регенераций каждого фильтра в сутки «n»:

n = А/f·Н_сл·Е_р·а=210/3,14·1,5·250·3 =0,06 регенераций в сутки или 1 раз в течение 17 суток,

где:  Е_р – рабочая обменная способность катионита, в качестве которого выбран сульфоуголь с крупностью зерен (0,5 – 1,1) мм.

Рабочая обменная способность катионита может принята для второй ступени ионирования Е_р=250-300г-экв/м³  или рассчитана по соотношению:

 

где - полная обменная емкость катионита, г-экв/м³ , которая принимается по заводским данным согласно табл.23[1,с.66].

Для выбранного типа катионита  г-экв/м³, табл.23.

По табл.24, удельный расход воды на отмывку катионита  равен q=6 м³/м³.

Удельный  расход поваренной соли NaCl на регенерацию q_с, определяем по табл.25: q_с=300 г/г-экв.

Тогда по табл.26: α=0,9 – коэффициент  эффективности регенерации при  принятом удельном расходе соли.

β – коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca²⁺ и Mg²⁺ за счет частичного задержания катионов Na⁺, принимаемый в соответствии с данными табл.27.

В табл.27 С_Na - концентрация  Na в умягчаемой воде равна: 4,78 мг-экв/л (исходная концентрация).

Тогда отношение С_Na² /Жо = 4,78²/0,035 = 652,8. В этом случае обменная емкость катионита принимается по технологическим данным из табл. 2.12 и составляет Е_р=250 г-экв/м³.

3. Расход 100%-ной поваренной соли на одну регенерацию фильтра определяется уравнением:

Qс = Е_р·f·Н_cл·q_с /1000 = 250·3,14·1,5·300/1000 = 353,3 кг.

4. Суточный расход технической соли на регенерацию фильтров рассчитывается по уравнению:

Qт.с. = (Qс ·n·а·100)/93 = (353,3·0,06·3·100)/93 = 68,4 кг/сут,

 где в этом выражении  «93» - содержание NаСl в технической соли, %.

 5. Расход воды на одну регенерацию натрий-катионитового фильтра слагается из:

а) расхода воды на взрыхляющую промывку фильтра:

Qвзр = i·f ·60·t /1000 = 4·3,14·60·30/1000 = 23 м³, где

где i,t - интенсивность и длительность взрыхляющей промывки соответственно (по табл. 28),

i=4 , t=30.

б) расхода воды на приготовление  регенерационного раствора соли:

Qр.р. = Qс·100/1000·b·ρ = 353,4·100/1000·10·1,071=3,3м³.

где b-концентрация регенерационного раствора для первой ступени ионирования составляет (5-8)%, для второй ступени ионирования - (8-12)%. Принимаем концентрацию регенерационного раствора b = 10%, (по табл. 29).

ρ – плотность 10% - ого регенерационного раствора, т/м³, принимается по табл.30, и составляет ρ=1,071 т/м³ для b=10%.

в) расхода воды на отмывку катионита  от продуктов регенерации:

Qотм = q·f·Н_cл = 6·3,14·1,5 = 29 м³,

где q=6 м³/ м³ – удельный расход на отмывку катионита.

Расход  воды на одну регенерацию составит

Qс.н. = Qвзр + Ор.р + Qoтм = 23+ 3,3 + 29 = 55,3 м³.

6. Среднечасовой расход воды на собственные нужды натрий-катионитовых фильтров второй ступени:

Qс.н. (час) = Qс.н. ·а ·n/ 24 = 55,3·3·0,06 / 24 = 0,41 м³/ч.

 

Расчет  натрий-катионитовых фильтров первой ступени

1. Через эти фильтры будет протекать вода в количестве:

Q_Na1= 250 + 15 + 0,41 = 267 м³/ч.

2. На первичные натрий-катионитовые фильтры вода поступает после известкования с коагуляцией и подкислением для частичной нейтрализации щелочности известкованной воды. Общая жесткость осветленной воды составляет:

Жо = Жн.к. + К + К₁ + Щост = 2,4 + 0,5 + 0,3 + 0,5 = 3,7 мг-экв/л.

где Жн.к.- исходная некарбонатная жесткость обрабатываемой воды;