Расчёт водоподготовительной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения

ОмГУПС (ОмИИТ)

Кафедра «Теплоэнергетика»

Контрольная работа

по дисциплине «Водоподготовка»

Студент ЗФ, шифр ДО-ПТ-8980

А.Н. Морозов

Руководитель

к.т.н., доцент М.В. Тарута

Омск 2012

Реферат

катионный фильтр электростанция тепловой

Концентрация растворённых веществ, сухой остаток, минеральный остаток, жесткость, щёлочность, окисляемость.

Объектом исследования являются природные воды.

Цель работы - анализы воды и их проверка, вычисление состава воды после различных стадий её обработки.

Область применения: обеспечение надёжной и экономичной эксплуатации тепловых электростанций (ТЭС), котельных, систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Содержание

Введение

1. Задание и исходные данные на расчёт водоподготовительной установки (ВПУ)

2. Выбор схемы ВПУ

3. Расчёт катионного фильтра

4. Расчёт осветительного (механического) фильтра

5. Ответы на контрольные вопросы

Библиографический список

Введение

Организация рационального водного режима и водоподготовки имеет большое значение для обеспечения надёжной и экономичной эксплуатации теплоэнергетического оборудования тепловых электростанций и котельных.

Инженерная дисциплина «Водоподготовка» ставит своей целью ознакомление студентов со значением обработки воды для обеспечения надёжной и экономичной эксплуатации тепловых электростанций, котельных, тепловых сетей, систем охлаждения, изучение теории водоподготовки, наиболее рационального проектирования, эксплуатации водоподготовительных установок.

Изучив дисциплину, специалист должен знать основные методы определения показателей качества воды, причины образования отложений и коррозии металла в элементах и узлах теплоэнергетического оборудования и методы борьбы с ними, теорию процессов и методы водообработки, основные элементы водоподготовки, основы расчёта, проектирования и эксплуатации водоподготовительных установок.

Специалист должен уметь рассчитывать и выбирать наивыгоднейшие варианты схем и конструкций водоподготовительных устройств, обеспечивать их работу с наилучшими технико-экономическими показателями, выявлять причины неудовлетворительной работы теплоэнергетического оборудования и давать рекомендации по их устранению, повышению эффективности и экономичности.

1. Задание и исходные данные на расчет водоподготовительной установки (ВПУ)

Рассчитать водоподготовительную установку для приготовления питательной воды, идущей на питание пяти паровых котлов типа ДКВР - 20 -13, если потери пара в котельной составляют 2 ⁰/₀ от паропроизводительности котлов; потери на производства - 45 ⁰/₀ от паропроизводительности котель-ной потери в деаэраторе подпиточной воды - 7,0 т/ч; потери с выпаром в деаэраторе - 0,8 т/ч.

Топливом для котлов является газ. Деаэрация питательной воды осуществляется в термических деаэраторах барботажного типа.

Источник водоснабжения принять по табл. 2 в соответствии с предпоследней цифрой учебного шифра студента, а содержание в исходной воде взвешенных веществ и ее окисляемость - по табл. 1 в соответствии с последней цифрой шифра.

При расчете водоподготовительной установки студент должен привести:

1) данные анализа исходной воды (из табл. 2);

2) требования, предъявляемые к качеству питательной воды для паровых котлов данного типа;

3) результаты предварительного выбора принципиальной схемы ВПУ и его обоснование;

4) данные об изменениях в составе воды, происшедших при обработке ее по принятой схеме ВПУ;

5) расчет принятой схемы ВПУ и обоснование ее соответствия требованиям по величине продувки котлов, относительной щелочности котловой воды и концентрации углекислоты в паре;

6) результаты выбора окончательной схемы ВПУ и уточненный состав воды на различных этапах ее обработки;

7) расчет производительности ВПУ с учетом всех потерь;

8) расчет ионитного фильтра (при двухступенчатой схеме катионирования рассчитать фильтр 1 ступени);

9) расчет механического фильтра;

10) принципиальную схему ВПУ.

Таблица 1. Исходные данные

Последняя цифра шифра	Номера контрольных вопросов	Взвешенные вещества, мг/кг	Окисляемость, мг/кг
0	1, 20, 2, 19, 23	155	16,2

Таблица 2. Исходные данные

вариант	Источник водоснабжения	Место отбора пробы	Содержание ионов в воде, мг/кг	Сухой остаток, мг/кг	Жесткость, мгэкв/кг
			Ca2+	Mg2+	Na+ Ka+	HCO3-	SO42-	Cl-	NO3-	SiO32-		Ж0	Жк
8	Днепр	Днепро-петровск	51,9	15,0	6,9	127,5	105,7	35,1	76	-	410,0	3,82	2,09

2. Выбор схемы ВПУ

Выбор схемы ВПУ зависит от состава исходной воды и требований к качеству обработанной воды.

При работе водоподготовительной установки на поверхностных (неосветленных) водах необходима их обязательная предочистка для удаления коллоидных дисперсных взвешенных веществ (табл. 3).

Таблица 3. Методы осветления поверхностных вод

Показатели качества исходной воды	Методы обработки	Принимаемая аппаратура
Взвешенные вещества более 100 мг/кг	Осветление с последующим фильтрованием	Осветлитель с взвешенным шламовым фильтром; последующее фильтрование через механические фильтры

Нормы качества питательной воды для паровых котлов при докотловой обработке в соответствии с ГОСТ 20995-75 приведены в таблице 4.

Таблица 4. Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов

Показатели	Норма для котлов с давлением, кгс/см2 (МПа)
	До 14 (1,4)
Содержание взвешенных веществ, мг/л	5
Общая жесткость, мкгэкв/л	15
Содержание соединений Fe,мкг/л	-
Содержание соединений меди, мкг/л	-
Содержание растворённого кислорода, мкг/л	30
Значение рН при t=25 С	8,5-9,5
Содержание свободной углекислоты, мкг/л	Не допускается
Содержание NO2, мкг/л	-
Содержание масел, мкг/л	3

Природные воды, содержащие более 8 мг^.экв/кг некарбонатных солей, подвергают обессоливанию в испарителях.

При большой производительности водоподготовительной установки применяют самотечную схему, в которой для известкования используется известковое молоко, в качестве коагулянта - сульфат железа FeSO₄ и для обескремнивания - каустический магнезит. В напорных схемах в качестве коагулянта используется сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃.

Для более полного удаления органических веществ в схему предочистки включаются осветлительные (механические) фильтры, заполняемые антрацитом или кварцевым песком. Содержание взвешенных веществ после осветлителя должно быть не более 10 мг/кг, а после механических фильтров взвешенные вещества должны отсутствовать.

Обессоливание воды производится в ионитных фильтрах, куда поступает вода, прошедшая предочистку, либо прозрачная вода (артезианская или водопроводная). Схему обессоливания выбирают в зависимости от качества исходной воды и типа парогенератора.

После выбора схемы ВПУ оценивают качество обрабатываемой воды по ступеням очистки при определенных расходах (дозах) реагентов и при определенной обменной емкости загрузочных материалов. Результаты расчета заносят в табл. 5.

Дозу коагулянта следует принять равной 1,0 мг^.экв/кг при использовании сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃^. 18 Н₂О^. FeSO₄^.7 Н₂О.

Принятая схема ВПУ должна соответствовать требуемым критериям качества питательной воды для барабанных котлов по трем параметрам:

допустимой величине продувки котлов, относительной щелочности котловой воды и концентрации углекислоты в паре. Для котлов ДКВР-20-13 с механической внутрибарабанной сепарацией пара продувка не должна превышать 10 ⁰/₀ паропроизводительности.

Рисунок 1. Схема предочистки

1-исходная вода; 2-теплообменный подогреватель; 3-осветлитель; 4-бак осветлённой воды; 5-механический фильтр; 6-насос; 7-ввод извести и коагулянта; 8-сброс



Рисунок 2. Схема ионообменной части ВПУ

а - подвод осветлённой воды; б - выход обработанной воды; ПН - промежуточный насос; Na1, Na2 - натрий-катионные фильтры; ПБ - промежуточный бак; К - подвод серной кислоты для снижение щёлочности воды.

Таблица 5. Изменение показателей качества воды по ступеням ВПУ

Показатель качества воды	Исходная вода	О	М	Ионитные фильтры
CCa2+, мг.экв/кг	2,59	2,59	2,59
CMg2+, мг.экв/кг	1,23	1,23	1,23
CNa+, мг.экв/кг	0,3	0,3	0,3
, мг.экв/кг	4,12	4,12	4,12
CHCO3-, мг.экв/кг	2,09	1,09	1,09
CSO4- , мг.экв/кг	2,20	3,20	3,20
CCl-, мг.экв/кг	0,99	0,99	0,99
CNO3-, мг.экв/кг	1,23	1,23	1,23
, мг.экв/кг	6,51	7,51	7,51
CSiO32-, мг/кг	-	-	-
Взвешенные вещества, мг/кг	155	10	-
Окисляемость, мг/кг	16,2	-	-
Общая жесткость, мг.экв/кг	3,82	3,82	3,82
Карбонатная жесткость, мг.экв/кг	2,09	1,09	1,09

Концентрация SO₄^2- увеличивается на дозу коагулянта:

SO₄^2-=2.2+1.0=3.20мгэкв/кг

В процессе коагуляции, совмещённой с известкованием, щёлочность уменьшается до 0,7 мгэкв/кг.

Жесткость после коагуляции воды:

Карбонатная:

Ж_к=Ж_к^исх-К_Al, мгэкв/кг

Ж_к=2,09-1,0=1,09, мгэкв/кг

Некарбонатная:

Ж_нк= Ж_к^исх+К_Al

Ж_нк=(3,82-2,09)+1,0=2,73, мгэкв/кг

Общая:

Ж₀=Ж₀^исх=3,82мгэкв/кг

Щёлочность: Щ₀^ост=0,7мгэкв/кг

Относительная щелочность котловой воды для котлов, имеющих заклепочные соединения и работающих на давлении до 8 ати, не должна превышать 20 ⁰/₀. Аналогично требование по щелочности для сварных котлов на давление более 10 атм. Концентрация углекислоты в паре допускается не более 20 мг/кг. Термическая барботажная деаэрация позволяет удалять кислород до 0,03 мг/кг.

Величина продувки котлов определяется по формуле

,

где S_О.В - сухой остаток обработанной воды, мг/кг;

- суммарные потери пара и конденсата в долях от паропроизводительности котельной;

S_К.В - сухой остаток котловой воды, мг/кг; для котла ДКВР-20-13 с механическим внутрибарабанной сепарацией пара S_К.В = 3000 мг/кг.

Сухой остаток обработанной в результате предочистки и катионирования воды с учетом происходящего в парогенератоах превращения кремниевой кислоты в Na₂SiO₃ и щелочных соединений в NaOH определяется по формуле

,

где - концентрация органических веществ в исходной воде, мг/кг;

, , , - остаточные концентрации соответствующих анионов после предочистки воды, мг/кг;

- остаточная нелетучая натровая щелочность обработанной воды, мг^.экв/кг.

Суммарные потери пара и конденсата при общей производительности котлов 100 т/ час:

Относительная щелочность обработанной воды определяется по формуле:

 ⁰/₀.

Концентрация углекислоты в паре при деаэрации химимчески обработанной воды в термическом барботажном деаэраторе:

мг/кг,

где 22 - эквивалент СО₂, мг;

0,4 - доля разложения NaHCO₃ в котле (0,6 разложилось в барботажном деаэраторе);

0,7 - доля разложения Na₂CO₃ в котле, работающем на давлении 13 ати.

По результатам расчёта предварительно выбранной принципиальной схемы ВПУ делаем вывод: принятая схема ВПУ соответствует требованиям по величине продувки котлов, относительной щёлочности котловой воды и концентрации углекислоты в паре. Изменения в составе воды происходящие при её обработке соответствуют требованиям, предъявляемым к качеству питательной воды для паровых котлов данного типа.

Производительность ВПУ нетто Q_Н, м³/ч, для промышленных котельных, ТЭЦ, ГРЭС, где внутристанционные и внешние потери пара и конденсата, а также потери с продувочной водой восполняются химически умягченной или обессоленной водой, рассчитывается по формуле

,

где - коэффициент запаса, =1,1;1,2;

- паропроизводительность котла, т/ч;

- количество установленных котлов.

Производительность брутто водоподготовительной установки определяется по формуле

,

где - расход воды на соответственные нужды водоподготовительной установки, м³/ч.

Поэтому технологический расчет ВПУ следует начинать с конца, принимая для каждой последующей ступени расход воды в предыдущей. Последней при этом рассчитывается коагуляционная установка.

3. Расчет катионого фильтра

Важным элементом схемы ВПУ является катионитный фильтр. Необходимая площадь фильтрования F_Ф, м², Na-катионитных и Н - катионитных фильтров определяется по формуле

,

где Q_Н - производительность ВПУ нетто, м³/ч;

W- скорость фильтрования, м/ч (табл. 12,13 Приложения).

Число фильтров должно быть минимальным, но не менее трех (два рабочих)

Здесь площадь фильтрования серийного фильтра 1,77 м² .

Длительность фильтроцикла T+t, ч

,

где n_Ф - число фильтров;

T - время полезной работы одного фильтра, ч;

(Рекомендуется принимать T= 22,5 ч при ручном управлении задвижками и 10,5 ч при автоматизированном управлении фильтрами).

t - продолжительность регенерации, ч рекомендуемое значение t= 1,5-2,0 ч;

h - высота слоя ионита в фильтре, м;

- рабочая емкость поглощения катионита, г^.экв/м³, для Н - катионитных фильтров, Na - катионитных фильтров;

Ж₀ - общая жесткость воды, поступающей на фильтры рассчитываемой ступени, г^.экв/м^3;

Q - производительность данной группы фильтров без учета расхода воды на собственные нужды, м³/ч.

Число регенерации одного фильтра в сутки



Расход воды на собственные нужды фильтра, м³:

на взрыхление

,

где w_взр - интенсивность взрыхления, л/(м^2.с);

t_взр - продолжительность взрыхления, мин

Расход воды на отмывку от продуктов регенерации, м³:

,

где W_ОТМ - скорость пропуска отмывочной воды, м/ч;

t_ОТМ - продолжительность отмывки, мин.

на приготовление регенерационного раствора

,

где - удельный расход концентрированного реагента H₂SO₄; для катионитного фильтра, г/г^.экв; для Na - катионитного фильтра расход NaCl;

k - концентрация регенерационного раствора, ⁰/₀;

- плотность регенерационного раствора, г/мл.

Расход воды на собственные нужды одного фильтра

Суточный расход воды на собственные нужды всех фильтров

.

Среднечасовой расход воды на собственные нужды всех фильтров

Количество воды, поступающей на фильтры, с учетом расхода на собственные нужды, м³/ч:

,

где - расход воды через фильтр, м³/ч.

Поскольку по заданию на контрольную работу хвостовая часть обессоливающей установки студентами не рассчитывается, условно принимается равным требуемой производительности установки Q_Н.

Производится проверка.

Скорость фильтрования при работе всех фильтров , м/ч,

Скорость фильтрования в период регенерации одного фильтра, , м/ч,

.

Скорости фильтрования должна входить в интервал допустимой скорости 15ч25 м/ч.

4. Расчет осветительного (механического) фильтра

Предварительная очистка воды осуществляется в осветлительных механических фильтрах. Необходимая площадь фильтрования определяется по формуле

,

где Q - производительность фильтров по осветленной воде без учета расхода воды на собственные нужды осветлительных фильтров, м³/ч;

;

- производительность брутто ВПУ, равная производительности брутто послевключенного фильтра. Для двухступенчатой схемы катионирования расход воды на собственные нужды фильтров ступени принять равным расходу на собственные нужды фильтров (расчетной) ступени

W - скорость фильтрования при нормальном режиме работы фильтров, м/ч.

Число фильтров в данном случае должно быть не менее трех (два одновременно работающих).

Число фильтров с учетом данных рассчитывается по формуле

где f - площадь фильтрования серийного фильтра, м².

Принимаем n_ф=8 из которых 7-рабочих, 1-резервный.

Кроме того, на каждую группу (12 и менее) осветлительных фильтров устанавливается один дополнительный фильтр такого же диаметра, который используется во времени ревизии или ремонта одного из фильтров.

Расход воды на собственные нужды (взрыхляющую промывку) каждого фильтра , м³,

,

где i - интенсивность взрыхления фильтра; для фильтра, загруженного антрацитом; i = 10 12 л/(с^.м²); для фильтра, загруженного кварцевым песком и антрацитом, i =1315 л/(с^.м²);

t_взр - продолжительность взрыхляющей промывки фильтра для фильтра, загруженного антрацитом, t_взр =56 мин; для двухслойного фильтра, загруженного песком и антрацитом, t_взр =67 мин.

Расход воды на отмывку осветлительных фильтров, м³;

.

Здесь W_ОТМ - скорость спуска в дренаж первого мутного фильтрата;

W_ОТМ =4 м/ч;

t_ОТМ - время отмывки; t_ОТМ=10 мин.

Часовой расход воды на собственные нужды всех фильтров, , м³/ч,

,

где m - число отмывок каждого фильтра в сутки; m=13.

Производительность осветлительных фильтров брутто , м³/ч;



Действительная скорость фильтрования W_Д, м/ч:

.

Действительная скорость фильтрования при отключении одного из фильтров на промывку W_Д-1, м/ч:

.

Скорость W_Д-1 меньше максимально допустимой, следовательно принятая в расчёте нормальная скорость фильтрования верна.

Продолжительность полезной работы фильтра T между промывками определяется по формуле

,

где h- высота слоя фильтрующего материала, м;

Г - удельная грязеемкость фильтрующего материала, кг/м³ ;

G_В - концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей на осветлительные фильтры, г/м³; G_В =10 г/м³ для схем водоподготовки без осветлителя.

G_В=В+КЭ_к(К^/+К^//) - для схем водоподготовки с осветлителями.

В - концентрация взвешенных веществ в исходной воде, г/м³;

К - доза коагулянта;

Э_к - эквивалентный вес коагулянта; Э_к = 57,02 мг^.экв/кг для Al₂(SO₄)₃;

К^/ - коэффициент, учитывающий количество не растворимых примесей в коагулянте; К^/= 0,01;

К^// - переводной коэффициент для перерасчета Al₂(SO₄)₃ в Al(OH)₃ ;

К^// = 0,46.

Отсюда получаем:

Суточное число отмывок каждого фильтра

.

Здесь t - производительность операций, связанных с промывкой фильтра; t= 0,5 ч.

5. Ответы на контрольные вопросы

1. Приведите классификацию природных вод

Природные воды классифицируются по ряду признаков:

а) солесодержание:

- пресная (<1.0 г/кг)

- солоноватая (1-10 г/кг);

- солёная (>10г/кг).

б) по преобладающему аниону:

- гидрокарбонатный класс;

- хлоридный класс;

- сульфатный класс.

в) по преобладающему катиону:

- кальциевая группа;

- натриевая группа;

- магниевая группа.

г) по дисперсности:

- грубодисперсные (>100нм);

- коллоиднодисперсные (1-100 нм);

- молекулярно-дисперсные (<1нм).

д) по химическому составу:

- минеральные;

- органические.

2. Перечислите показатели качества воды используемой для восполнения потерь на ТЭС и в котельных.

Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов

Показатель	Система теплоснабжения
	открытая	закрытая
	Температура сетевой воды, °С
	115	150	200	115	150	200
Прозрачность по шрифту, см, не менее	40	40	40	30	30	30
Карбонатная жесткость, мкг-экв/кг:
при рН не более 8,5	800 700	750 600	375 300	800 700	750 600	375 300
при рН более 8,5	Не допускается	См. черт. 1
Условная сульфатно-кальциевая жесткость, мкг-экв/кг	См. черт. 2
Содержание растворенного кислорода, мкг/кг	50	30	20	50	30	20
Содержание соединений железа (в пересчете на Fe), мкг/кг	300	300 250	250 200	600 500	500 400	375 300
Значение рН при 25°С	От 7,0 до 8,5	От 7,0 до 11,0
Свободная углекислота, мг/кг	Должна отсутствовать или находиться в пределах, обеспечивающих поддержание рН не менее 7,0
Содержание нефтепродуктов, мг/кг	1,0

Примечания:

1. В числителе указаны значения для котлов на твердом топливе, в знаменателе -- на жидком и газообразном.

2. Нормы жесткости (см черт. 1 и 2) для котлов пылеугольных и со слоевым сжиганием топлива могут быть увеличены на 25%.

3. Для тепловых сетей, в которых водогрейные котлы работают параллельно с бойлерами, имеющими латунные трубки, верхний предел рН сетевой воды не должен превышать 9,5.

4. Содержание растворенного кислорода указано для сетевой воды; для подпиточной воды оно не должно превышать 50 мкг/кг.

19. Объясните процесс термической деаэрации питательной воды.

Наиболее эффективным и универсальным методом удаления из воды всех растворённых газов, нашедших широкое распространение в энергетике, является термическая деаэрация.

Сущность термической деаэрации заключается в установлении равновесия между жидкой и паровой фазами в соответствии с законом Генри, согласно которому концентрация газа, растворённого в воде, пропорциональна парциальному давлению этого газа над поверхностью воды. Закон Генри выражается формулой:

где G - концентрация газа, растворённого в воде, мг/л;

к - коэффициент растворимости газа в воде при значении парциального давления газа над водой 0,1МПа;

p_r - парциальное давление газа над поверхностью воды, МПа.

Коэффициент растворимости газа при одном и том же давлении зависит от температуры, он тем меньше, чем выше температура.

Для полного удаления газа из воды необходимо, чтобы парциальное давление газа над водой равнялось нулю. Это состояние может быть доступно при кипении воды, т.е. когда парциальное давление паров воды повысится до давления, поддерживаемого в деаэраторе, температура воды станет равна температуре насыщения. Процесс деаэрации затормозится, если переходящие в пар газы не будут вместе с паром постоянно отводится из зоны, где происходит их десорбция из воды.

Удаление газа из воды существенно зависит от кинетики десорбции, которая может быть выражена уравнением:

где -скорость десорбции;

Сr - концентрация удельного газа;

C^p_r - равновесная концентрация газа;

k - коэффициент пропорциональности;

f - удельная поверхность раздела фаз.

Наибольший эффект достигается при C^p_r=0, т.е. при парциальном давлении удаляемого газа над водой, близком к нулю. При постоянных k и f концентрация газа в воде зависит только от времени дегазации, с увеличением которого концентрация газа в воде уменьшается. Эффект дегазации можно повысить, увеличив удельную поверхность раздела фаз пара и воды.

20. Опишите конструкции испарителей и основы процесса термического обессоливания воды.

На рис. 3 показана типовая конструкция испарителя поверхностного типа. Основными элементами конструкции являются корпус, греющая секция, водораспределительные устройства, паропромывочные устройства и жалюзийный сепаратор.

Рис. 3. Конструкция испарителя поверхностного типа:

1 - корпус; 2 - греющая секция; 3 - опускная труба; 4 - дырчатый паропромывочный лист; 5 - перелив; 6 - жалюзийный сепаратор; 7 - отвод вторичного пара; 8 - подвод конденсата на паропромывочный лист; 9 - подвод питательной воды; 10 - подвод греющего пара; 11 - отвод конденсата греющего пара; 12 - отвод неконденсирующихся газов

Греющая секция представляет собой цилиндрическую обечайку закрытую с верху и с низу трубными досками, в которые вварены (или завальцованы) стальные трубки.

При работе испарителя греющий пар поступает в межтрубное пространство греющей секции, где он конденсируется на наружных поверхностях трубок. Конденсат пара стекает по трубкам на нижнюю трубную доску греющей секции и отводится из нее.

Питательная вода (химически очищенная и деаэрированная) поступает в водораспределительное устройство над дырчатым паропромывочным листом, откуда по опускным трубам сливается в нижнюю часть корпуса и заполняет трубки греющей секции и корпус, до высоты несколько превышающей высоту установки греющей секции. При передаче тепла от конденсирующегося пара через стенки трубок греющей секции находящаяся в трубках вода нагревается до образования пароводяной смеси. Пароводяная смесь, образующаяся в трубках, поднимается вверх, а на ее место в трубки поступает вода из пространства между корпусом испарителя и корпусом греющей секции. Движение воды и пароводяной смеси обусловлено разностью их плотностей. Другими словами в контуре трубки греющей секции - пространство между греющей секцией и корпусом происходит естественная циркуляция воды и пароводяной смеси. На выходе из трубок греющей секции пароводяная смесь разделяется на пар и воду. Вода через щель между корпусом испарителя и корпусом греющей секции сливается в нижнюю часть корпуса и смешивается с водой поступающей из опускных труб. Пар, выходящий из трубок греющей секции, проходит через слой воды над ней и поступает в объем между слоем воды над греющей секцией и паропромывочным дырчатым листом. Здесь происходит гравитационная сепарация пара (крупные капли воды, уносимые паром, падают вниз). Далее пар проходит через отверстия дырчатого листа и слой воды над ним. При этом происходит промывка пара, в процессе которой капли влаги, уносимые паром, переходят в слой промывочной воды. В жалюзийном сепараторе происходит удаление оставшейся в паре влаги за счет центробежных сил и сил гравитации. После жалюзийного сепаратора пар отводится из испарителя в конденсатор, откуда в виде конденсата поступает в деаэратор как добавочная вода цикла.

В процессе конденсации греющего пара в греющей секции происходит образование углекислоты, наличие которой ухудшает условия теплообмена и вызывает коррозию трубок греющей секции. Отвод неконденсирующихся газов из корпуса греющей секции производится по специальному трубопроводу в паровой объем испарителя, откуда они вместе с вторичным паром поступают в конденсатор испарителя. Из конденсатора испарителя неконденсирующиеся газы отводятся в конденсатор турбины.

Поддержание заданной концентрации примесей в воде, из которой образуется вторичный пар, обеспечивается непрерывной или периодической продувкой выполняемой из нижней части корпуса испарителя.

Одним из важных факторов, определяющих эффективную работу испарителя, является поддержание постоянным на заданном уровне слоя воды над греющей секцией. Сложность поддержания и регулирования этого уровня вызвана тем, что в этом слое имеет место интенсивный барбатаж воды выходящим из трубок греющей секции паром и получение достоверного весового уровня в качестве импульса для регулятора подачи питательной воды является весьма затрудненным. Для испарителей с высотой греющей секции, не превышающей 3 м, оказалось возможным применение схемы регулирования приведенной на рис. 4. Импульсом уровня слоя в этой схеме является высота столба жидкости в относительно спокойной зоне свободной от парообразующих трубок греющей секции. Паровой импульс уравнительного сосуда соединяется с паровым объемом испарителя до паропромывочного дырчатого листа. Воздействие регулятора уровня производится на клапан подачи воды на паропромывочный дырчатый лист. Регулирование уровня конденсата греющего пара в греющей секции производится регулятором уровня с воздействием на клапан установленный на трубопроводе отвода конденсата из испарителя.



Испарители поверхностного типа обозначаются буквой И с указанием поверхности греющей секции и количества паропромывочных дырчатых листов, например: И-350-2 или И-600-1.

Конструкция камер многоступенчатых испарительных установок мгновенного вскипания показана на рис. 5. Пучки труб конденсаторов могут располагаться горизонтально в верхней части камер испарения или вертикально в середине. При горизонтальном расположении трубные пучки конденсаторов могут занимать продольное или поперечное положение. Во всех случаях испаряющаяся в камерах вода перетекает самотеком из одной камеры в другую, а конденсат вторичного пара самотеком из конденсатосборника одной камеры в конденсатосборник другой.

Рис. 5. Конструкция камер многоступенчатых испарительных установок: а) с продольным расположением конденсаторов; б) с поперечным расположением конденсаторов; 1 - камера испарения; 2 - трубки конденсатора; 3 - сборник дистиллята; 4 - сепаратор

Конструкция испарителей, применяемых для восстановления продувочной воды первого контура АЭС, показана на рис. 6. Поверхность нагрева этих аппаратов вынесена в отдельный корпус. Питательной водой этих аппаратов является продувочная вода реактора. Греющий пар поступает в корпус с греющей секцией, где конденсируется на наружных поверхностях пучка вертикальных труб. Пароводяной поток, выходящий из трубок, поступает в сепаратор. Отделившаяся в сепараторе, за счет гравитационных сил, жидкость смешивается с поступающей в испаритель питательной водой и поступает вновь в трубы греющей секции. Вторичный пар проходит последовательно жалюзийный сепаратор и паропромывочные устройства и отводится из корпуса испарителя. Так как питательная вода испарителя имеет высокую радиоактивность, то промывка вторичного пара производится только в слое конденсата. Обычно испарительные установки, служащие для очистки продувочных вод первого контура, выполняются многоступенчатыми. Греющим паром первой ступени служит пар, полученный в расширителе продувки. Продувочная вода последней ступени сбрасывается в доупариватель и затем в хранилище жидких отходов.



Рис. 6. Конструкция испарителя для восстановления продувочных вод первого контура:

1 - корпус греющей секции; 2 - подвод греющего пара; 3 - труба-сепаратор; 4 - продувка; 5 - подвод продувочной (питательной) воды; 6 - жалюзийный сепаратор; 7 - орошаемая набивка; 8 - паропромывочные устройства; 9 - отвод вторичного пара; 10 - подвод конденсата

Термические способы обессоливания - дистилляция, перегонка, выпаривание - являются самыми старейшими. В основе термического метода лежит перевод воды в фазу пара, а затем - ее конденсация. Тепло фазового перехода сначала, во время испарения, подводится к воде, а во время конденсации - отводится. Во время образования пара вместе с молекулами воды в фазу пара переходят молекулы растворенных в воде веществ. Преимуществом данного метода является минимум реагентов и отходов в виде твердых солей.

23. Каким должно быть качество дистиллята и исходной воды

Качество дистиллята определяется его общим солесодержанием, а также (когда дистиллят используется для подпитки котлов высокого давления) количеством кремниевой кислоты, содержащейся в 1 кг дистиллята. Наряду с этими показателями в дистилляте, поступающем в систему подогрева питательной воды котлов, нормируют концентрации железа, меди, кислорода и углекислоты. В соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) в дистилляте, используемом в качестве добавочной воды для котлов, соединений натрия в пересчете на Na+ должно быть не более 100 мкг/кг, свободной углекислоты -- не более 2 мг/кг, а концентрация остальных составляющих должна быть такой, чтобы обеспечивалось выполнение норм качества питательной воды котлов, которые устанавливаются ПТЭ. Требования к качеству питательной воды котлов зависят от типа котлов и давления, на котором они работают. Для барабанных котлов дистиллят солесодержанием до 100 мкг/кг может непосредственно подаваться в линии регенеративного подогревапитательной воды паротурбинной установки в качестве добавка. Для прямоточных котлов в соответствии с нормами ПТЭ концентрация соединений натрия в питательной воде (в пересчете на Na) должна быть не выше 5 мкг/кг. Поэтому ПТЭ предписывают на энергоблоках с такими котлами предусматривать дополнительную очистку дистиллята в установке для обессоливания конденсата турбин. При такой схеме допустимое солесодержание дистиллята при прямоточных котлах можно установить таким же, как и при барабанных A00 мкг/кг).

Конденсат, возвращенный с производства, не подвергается очистке, если при присоединении его к общему потоку питательной воды нормы качества питательной воды выдерживаются. Когда применяются устройства по очистке обратного конденсата, содержание примесей в обработанном конденсате не должно превышать значений, устанавливаемых нормами питательной воды котлов. Нормы качества концентрата испарителей устанавливаются теплотехническими испытаниями. Предельные концентрации растворенных веществ в нем должны быть такими, чтобы обеспечить требуемое качество дистиллята и работу при практически безнакипном режиме. Для испарителей, работающих на воде, умягченной ионированием, общая жесткость питательной воды должна быть не более 30 мкг-экв/кг при солесодержании ее до 2000 мг/кг и не более 75 мкг-экв/кг при более высоких значениях солесодержания. Содержание кислорода должно быть не более 30 мкг/кг, а свободная углекислота должна отсутствовать. При общем солесодержании химически очищенной воды более 2000 мг/кг разрешается фосфатирование. При такой питательной воде отложения на теплоотдающих поверхностях практически не образуются (или процесс образования их протекает достаточно медленно) даже при весьма высоких солесодержаниях концентрата (до 50--100 г/кг)*. Требуемое качество дистиллята на испарителях данного типа (с одноступенчатой или двухступенчатой промывкой пара) в нормальных условиях эксплуатации также всегда может быть обеспечено. Поэтому предельное солесодержание концентрата здесь устанавливают по значению продувки, которую рекомендуется поддерживать не ниже 1--2%. При меньших продувках в концентрате накапливается большое количество шлама, который может полностью забить патрубки продувочных линий.

Продувка в испарителях, работающих на воде, прошедшей упрощенную обработку, обычно выше этих значений. Однако на установках, последние ступени которых находятся под сравнительно глубоким вакуумом (давление составляет примерно 0,01 МПа), при исходной воде, солесодержание которой не превышает 1500--2000 мг/кг, продувка может иметь те же или близкие к ним значения B--3%), при морской воде она доходит до 30%.

Однако на многоступенчатых установках, работающих на такой воде, солесодержание дистиллята в настоящее время значительно больше, чем на установках, работающих на умягченной воде. Это связано прежде всего с тем, что многоступенчатые испарительные установки, работающие с затравкой или с подкислением исходной воды, создавались сначала лишь для опреснения морских и солончаковых вод в районах, где пресной воды для водоснабжения населения и промышленных нужд не хватало. Глубокое обессоливание здесь не требуется. Поэтому на установках такого типа наиболее эффективные методы очистки вторичного пара (промывка его в слое конденсата) не применяются, а часть опресненной воды, используемой для компенсации потерь пара и конденсата электростанций, подвергается дополнительной обработке на ионитных фильтрах. В дальнейшем такие установки начали применять также на крупных промышленных ТЭЦ, на которых у промышленного потребителя большая часть пара теряется или обратный конденсат сильно загрязнен. В таких условиях доочистке подвергается уже почти весь дистиллят всех испарителей. Солесодержание дистиллята многоступенчатых установок, работающих на морской воде с затравкой или с кислотной обработкой исходной воды, находится обычно в пределах до 5 мг/кг при испарителях с вынесенной зоной кипения и до 20--30 мг/кг при испарителях мгновенного вскипания. При работе на пресной воде солесодержание дистиллята ниже, однако и в этих условиях, когда эффективные средства очистки вторичного пара испарителей от уноса капельной влаги не применяются, а котлы не имеют специальных устройств, при которых они могут работать на питательной воде повышенного солесодержания, дистиллят можно использовать в качестве добавочной воды котлов лишь после дополнительной обработки его.

Одноступенчатые испарительные установки, работающие на воде, прошедшей упрощенную обработку, на электростанциях всегда предназначаются для подготовки добавочной воды котлов и оборудуются эффективными устройствами по очистке вторичного пара. Качество дистиллята таких испарителей практически такое же, как и на испарителях, работающих на умягченной воде.

Библиографический список

1. Копылов А.С. Водоподготовка в энергетике/ А.С. Копылов, В.М. Лавыгин, В.Ф. Очков. М.: МЭИ, 2003.309 с.

2. Рябчиков В.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования/ В.Е. Рябчиков. М.: Делипринт, 2004. 326 с.

3. Водоподготовка и водно-химические режимы в теплоэнергетике/ Э.П. Гужулев, В.В. Шалай, В.И. Гриценко, М.А. Таран. Омск: ОмГТУ, 2005.383 с.

4. Солодянников В.В. Расчет и математическое моделирование процессов водоподготовки/ В.В. Солодянников. М.: Энергоатомиздат, 2003. 384 с.

Размещено на Allbest.ru

...