Индивидуальное задание по «Водоподготовке»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 
 
 
 

Индивидуальное  задание 

по дисциплине «Водоподготовка» 
 
 
 
 
 

      Выполнил:

      Студент группы З-6371/25

      Шалунов Руслан Юрьевич 

      Домашний  адрес:

      650003, г. Кемерово,

      Б-р Строителей 40-88 

      Проверил:

      Преподаватель кафедры

      ТПТ ТЭФ

      _______________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Томск

2011г.

1 часть.

    Вопрос  №5.

    Приведите схему ТЭЦ с турбиной с регулируемым отбором и дайте характеристику водного баланса станции.

    Ответ.

    Рис. 1. Тепловая схема ТЭЦ с турбиной с регулируемым отбором:

    1 –  паровой котел; 2 – редукционно-охладительная  установка (РОУ); 3 – турбогенератор; 4 – потребитель тепла; 5 – конденсатор; 6 – обратный конденсатный насос; 7 - конденсатный насос; 8 – отбор  пара от турбины; 9 – подвод  пара к регенеративным подогревателям; 10 – регенеративные подогреватели  низкого давления; 11 – деаэратор; 12 – подвод пара от отбора  турбины; 13 – питательный насос; 14 – регенеративные подогреватели  высокого  давления. 

    Приведенная тепловая установка характеризуется  тем, что потери теплоты пара с  охлаждающей водой в конденсаторе значительно сокращаются благодаря турбине, имеющей промежуточные производственные и теплофикационные отборы для обеспечения теплового потребителя паром и горячей водой. То есть выработка электрической энергии и отпуск теплоты могут изменяться в широких пределах независимо друг от друга. При этом полная номинальная электрическая мощность, если это требуется, может быть достигнута при отключенной тепловой нагрузке.

    Тем не менее, в процессе эксплуатации часть  рабочей среды (пара и конденсата) теряется. Все эти потери подразделяются на две группы:

    1. Внутренние (внутристанционные) – это потери, связанные с протечками в арматуре, фланцевых соединениях, дренажах воды и пара при пуске и останове оборудования, прогреве трубопроводов, с использованием пара и воды на различные технические нужды электростанции, а так же в связи с необходимостью проведения непрерывной продувки котлов для поддержания допустимых концентраций в котловой воде растворенных веществ, солей  и продуктов коррозии, в результате чего часть воды безвозвратно уходит в дренаж. Внутренние потери регламентируются – для ТЭЦ с промышленной или промышленно-отопительной нагрузкой они составляют до 1,6 %.

    2. Внешние – это потери пара  и воды, возникающие при их  транспортировке до (или от) потребителя теплоты и непосредственно у потребителя. Внешние потери нередко существенно превышают внутренние, так как пар и горячая вода могут использоваться потребителем теплоты в технологическом процессе его предприятия. Кроме того, возвратный конденсат греющего пара от потребителя может оказаться значительно загрязненным вредными примесями и потребуются дополнительные затраты на его очистку, либо он будет полностью сброшен в канализацию.

    Таким образом, водный баланс для ТЭЦ с турбиной, имеющей регулируемые отборы, можно описать следующим уравнением: 

    D_пв = D_кт + D_дв + D_ок + D_рп , 

где D_пв – часовой расход питательной воды, т/ч;

      D_кт – часовой расход конденсата турбин, т/ч;

      D_дв – часовой расход добавочной воды, т/ч;

      D_ок – обратный конденсат от внешних потребителей пара, т/ч;

      D_рп – пар из расширителя непрерывной продувки, т/ч. 

    На  ТЭЦ добавочная вода восполняет не только внутристанционные потери пара и конденсата и потери воды с непрерывной  продувкой, но и потери пара и конденсата у внешних потребителей. Для заполнения контура паротурбинной установки и восполнения потерь в нем на ТЭЦ применяется глубокообессоленная вода, а заполнение тепловых сетей и компенсация потерь в них проводится умягченной водой. 

    Вопрос  №15.

    В чем заключается сущность процесса коагуляции воды, каковы оптимальные  условия процесса?

    Ответ.

    Под коагуляцией понимают физико-химический процесс слипания коллоидных частиц и образования грубодисперсной  макрофазы с последующим ее выделением из воды.

    Коллоидные  частицы имеют весьма малые размеры (1 – 100 нм). К ним относятся минеральные масла, моющие вещества, некоторые органические вещества и т.д. Коллоидно-дисперсные примеси не осаждаются в воде самопроизвольно даже при длительном отстаивании, поэтому для их вывода из воды применяют специальный реагентный процесс коагуляции.

    Сущность  процесса коагуляции воды заключается  в том, что под воздействием специально вводимых в обрабатываемую воду минеральных  солей (реагентов-коагулянтов) происходит укрупнение коллоидных частиц в крупные  фракции (флокулы), которые затем  выделяются в осадок и удаляются  фильтрованием.

    В качестве реагентов могут использоваться сернокислые соли Al₂(SO₄)₃ и FeSO₄ , диоксид марганца MnO₂ , фосфаты натрия Na₃PO₄ и калия KH₂PO₄ и др.

    Процесс коагуляции сложен и зависит от целого ряда факторов:

    - значение  водородного показателя рН среды. Например, при коагуляции воды при помощи Al₂(SO₄)₃ необходимо поддерживать рН в интервале 5,5 – 7,5; коагуляция при FeSO₄ происходит достаточно полно и быстро при рН>8, для чего необходимо дозировать в воду совместно с коагулянтом щелочь или сочетать коагуляцию с процессом известкования;

    - значение  температуры и ее постоянство. При повышении температуры увеличиваются скорость и глубина гидролиза, скорость формирования и отделения твердой фазы, что в конечном случае ускоряет и углубляет коагуляцию примесей. Оптимальной для коагуляции воды считается температура 25 – 30 ºС;

    - скорость  перемешивания. Практика показывает, что для создания оптимальных  условий процесса необходимо  сначала быстрое перемешивание  воды с коагулянтом (<10 мин), а  затем процесс должен происходить  в более спокойной гидродинамической  обстановке;

    - режим  потока воды. Он оказывает большое  влияние на формирование хлопьев  и, с учетом их непрочности,  может даже способствовать разрушению сформировавшихся хлопьев. Поэтому скорость воды в зоне их формирования и отстаивания должна быть не более 1 – 1,5 мм/с;

    - дозы  коагулянта. Для воды индивидуального  качества необходимо каждый раз  проводить пробную коагуляцию  с целью установления оптимальных  условий этого процесса. 

    Вопрос  №25.

    Охарактеризуйте назначение и область применения Н-катионирования, изменение качества фильтрата и технологическую  схему регенерации.

    Ответ.

    Водород-катионирование – это один из способов изменять в желаемом направлении ионный состав воды. Для этого обрабатываемая вода пропускается через фильтры, загруженные ионообменными материалами – ионитами. Просачиваясь между зернами ионита, вода обменивает часть ионов растворенных в ней электролитов на эквивалентное количество ионов ионита, в результате чего изменяется ионный состав, как фильтруемой воды, так и самого ионита.

    При Н-катионировании обменным катионом является катион водорода. Протекающие при  этом процессы могут быть представлены следующими реакциями: 

    2RH + Ca(HCO₃)₂ = R₂Ca + 2H₂O + 2CO₂

    2RH + Mg(HCO₃)₂ = R₂Mg + 2H₂O + 2CO₂

    RH + NaCl = RNa + HCl

    2RH + Na₂SO₄ = 2RNa + H₂SO₄

    2RH + CaCl₂ = R₂Ca + 2HCl

    2RH + MgSO₄ = R₂Mg + H₂SO₄ 

где R – условное обозначение высокомолекулярной (твердой) основы радикала катионита.

    Из  уравнений видно, что соли кальция, магния, натрия и других катионов, растворенных в воде, переходят в свободные  кислоты, заменяясь катионом водорода. В этом и состоит основное назначение Н-катионирования.

    В результате приведенных реакций  общая жесткость воды снижается, а карбонатная жесткость полностью  удаляется, вследствие чего происходит снижение солесодержания и устранение щелочности воды. При этом водород-катионированная  вода становится кислой и непригодной  для технологических целей. Поэтому на водоподготовительных установках процесс Н-катионирования применяется в сочетании с Na-катионированием и анионированием.

    Поскольку обменная емкость ионита ограничена, при эксплуатации ионитных фильтров необходимо контролировать не только качество поступающей на них воды, но и качество фильтрата. Оно определяется технологическими нормами качества обработанной воды, и время отключения фильтров на регенерацию зависит  от требуемой степени очистки  воды, глубины умягчения или обессоливания. При умягчении воды (для подпитки тепловых сетей) Н-катионитные фильтры отключаются на регенерацию при появлении проскока катионов Ca²⁺ и Mg²⁺ , т.е. при повышении жесткости фильтрата, а при химическом обессоливании (для подпитки контура питательной воды котлов) - при появлении проскока катионов Na⁺ , т.е. при снижении кислотности фильтрата.

    Таким образом, технологическая схема  регенерации с учетом необходимой скорости фильтрования (производительности ВПУ) и количества работающих фильтров без ухудшения качества фильтрата должна обеспечивать периодическое осуществление четырех операций:

    1. Собственно ионирование воды

    2. Взрыхление ионита

    3. Регенерация ионита

    4. Отмывка ионита

    В настоящее время получили распространение  схемы противоточной регенерации, ступенчато-противоточной регенерации  и др. 

    Вопрос  №35.

    В чем заключается задача прямоточной  электродиализной установки?

    Ответ.

    Электродиализ – процесс удаления из растворов  ионизированных веществ путем переноса их через мембраны в поле постоянного  электрического тока.

    В такой системе под действием  электрического тока возникает направленное движение ионов растворенных солей, а так же ионов Н⁺ и ОН^- , причем катионы движутся к катоду, а анионы – к аноду, пересекая на своем пути специальные ионообменные мембраны. В результате такого процесса происходит разделение воды на чистую, обессоленную воду, и так называемый рассол, обогащенный солями.

    Таким образом, основной задачей прямоточной электродиализной установки является очищение обрабатываемой воды от растворенных в ней солей (обессоливание) путем ионного обмена, но без использования при этом химических реагентов, что очень важно в связи с возрастающим значением защиты водоемов от сбросов различных промышленных примесей.

    Важной  сферой применения электродиализаторов  в практике ВПУ на ТЭС является очистка засоленной воды от регенерации  ионитных фильтров химводоочисток перед  сбросом этой воды в поверхностные водоисточники. 

    Вопрос  №45.

    Чем отличается схема парообразования  с кипением в греющей секции и  выносной зоной кипения?

    Ответ.

    В испарительных установках с кипением в греющей секции парообразование происходит непосредственно на поверхностях греющих элементов испарителя и с течением времени на стенках испарителя образуется накипь. Чтобы исключить возможность образования накипи, поступающая в испаритель вода должна быть умягчена. Обычно в испарителях такого типа вода умягчается одним из следующих методов: