Реферат: Подготовка и конденсация воды

Курсовая работа

“Подготовка и конденсация воды”

Одесса 2010

Введение

В настоящее время вода широко используется в различных областях промышленности в качестве теплоносителя и рабочего тела, чему способствует широкое распространение воды в природе и ее особые термодинамические свойства, связанные со строением молекул. Полярность молекул воды, характеризуемая дипольным моментом, определяет большую энергию взаимного притяжения молекул воды (ориентационное взаимодействие) при температуре 10…30 С и соответственно большую теплоту фазового перехода при парообразовании, высокую теплоемкость и теплопроводность. Значение диэлектрической постоянной воды, также зависящей от дипольного момента, определяет своеобразие свойств воды как растворителя.

При нагреве воды на поверхностях нагрева образуются твердые отложения накипеобразующих солей. При испарении воды в пар переходят коррозионно-активные газы, которые способствуют разрушению поверхности охлаждения и генерируют новые вещества, образующие отложения из продуктов коррозии.

Надежность работы энергетического оборудования на станции непосредственно связана с качеством подпиточной воды котлов. Правильно рассчитанный, смонтированный и эксплуатируемый комплекс водоподготовки, дополненный химической программой коррекции котловой воды, является необходимым условием долговечной и экономичной работы любого котлоагрегата.

В условиях эксплуатации энергетического оборудования на ТЭС или АЭС при организации водного режима необходимо создавать условия, при которых обеспечиваются минимальные значения скорости коррозии и снижение накипных отложений. Отложения могут образовываться из примесей, поступающих в воду теплоэнергетических установок от внешних и от внутренних источников.

Исходные данные

Исходной водой является вода Бассейны Ингула со следующим химическим составом:

-биогенные компоненты:

/>=1,66 мг/л;;

NO2+=0,030 мг/л;

NO3+=0,11 мг/л;

Fe=0,11 мг/л;

P=0,060мг/л;

Si=5,9 мг/л;

-окисляемость:

БО=28,4 мгО2/л;

ПО=7,8мгО2/л;

-главные ионы:

HCO3-=294,7 мг/л;

SO42-=67,8 мг/л;

Cl-=55,7 мг/л;

Ca2+=92,3 мг/л;

Mg2+=15,9 мг/л;

Na++K+=38,5мг/л;

-Жо=5,9 мг-экв/л;

Блоки: 210МВт 6шт.

Таблица 1

Общая концентрация

Электро

провод

ность, χ=Сλf

мкСм/см

Молекуля

рная масса «М»

Эквива

лентная масса «Э»

Обозначения

Исх. концентрация

Скорректированная концентрация

[H] мг/кг

[C]мг-экв/кг

[H] мг/кг

[C] мг-экв/кг

[N] моль/кг

%

40,08

20,04

Ca2+

51,8

2,585

51,8

2,585

0,0013

0,005

110,67

24,03

12,01

Mg2+

10,8

0,899

10,8

0,899

0,0004

0,001

--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--

NO2-, мг/л

0,02

f’

0,921

NO3-, мг/л

0,11

f“

0,720

Fe, мг/л

0,10

CО2ф, моль/л

0,00002

P, мг/л

0,04

СО2р, моль/л

0,00016

Si, мг/л

0,00

рНф

8,59

БО, мгО2/л

10,7

рНр

7,75

ПО, мгО2/л

4,00

Ис

0,84

Жо, мг-экв/л

3,7

Жо-расчетное значение, мг-экв/л

3,48

СС, мг/л

СС, расчетное значение мг/л

304,48

Электропроводность,Сf, мкСм/см

356,02

Расчёт и корректировка исходного состава воды

Для начала найдём эквивалентные массы ионов:

Э = М/Z,

где М- молярная масса иона;

Z- заряд иона.

Э(Са2+) = 40,08/2 = 20,04 г-экв;

Эквиваленты остальных ионов считаются аналогично.

Расчет начинаем с анионного состава воды:

[С] = [Н]/Э,

где [Н]- концентрация иона, выраженная в мг/л,

Э- эквивалент иона.

С(HCO3-) =3,274мг-экв/кг;

С(SO42-) = 0,360мг-экв/кг;

C(Cl-) = 0,367 мг-экв/кг.

ΣAn = 4,001мг-экв/кг.

Рассчитаем катионный состав воды:

С(Са2+) = 2,585мг-экв/кг;

С(Mg2+) = 0,899мг-экв/кг;

С(Na+) = 0,278мг-экв/кг;

Σ Kt =3,762мг-экв/кг.

Правильность определения концентраций катионов и анионов, т.е. солей, образованных эквивалентным количеством ионов, проверяют на основании закона электронейтральности по уравнению:

Σ Kt=ΣAn.

При несоблюдении этого условия, следует скорректировать состав воды. Это достигается путём добавления натрия Na+.

Т.о. закон электронейтральности соблюдается.

Пересчитаем значения концентраций примесей в другие виды концентраций: [N]= [Н]/(М.1000), моль/л;

Пересчёт остальных концентраций осуществляется аналогично.

[С]= [Н]/104,%

Ионная сила раствора равна полусумме произведений молярных концентраций на квадраты их зарядов.

μ = 0,5 />

Коэффициент активности – функция ионной силы раствора:

lg f' = -0.5Zi2 />,

f = 10/>,

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Концентрация в природных водах недиссоциированных молекул Н2СО3 составляет обычно лишь доли процента от общего количества свободной углекислоты, под которым понимают сумму Н2СО3+ СО2.

Равновесное значение суммы Н2СО3+ СО2, моль/кг

Н2СО3+ СО2 = />,

и рН – равновесное

/>

Таблица 2

Молекуляр-

Эквивалент-

Обозначения

Концентрации после коагуляции

Электропровод-

ная масса «М»

ная масса «Э»

[H] мг/кг

[C] мг-экв/кг

[N] моль/кг

%

ность, мкСм/см

40.08

20.04

Ca2+

51.800

2.585

0.0013

0.005

109.97

24.03

12.01

Mg2+

10.800

0.899

0.0004

0.001

40.54

23

23

Na+

11.884

0.517

0.0005

0.001



1

1

H+

Сумма Kt

4.001

17

17

OH-

61

61

HCO3-

169.200

2.774

0.003

0.017

113.50

60

30

CO32-

96

    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--

NO3-, мг/л

0,055

f''

0,761

Fe, мг/л

0,03

СО2 моль/л

0,0005

P, мг/л

0,022

pH

9,816

Si, мг/л

Жо — расчетное значение, мг-экв/л

1,969

БО, мгО2/л

5,35

CC, расчетное значение мг/л

149,792

ПО, мгО2/л

2,0

Электропроводность, СfмкСм/см

278,574

Dk, мг-экв/л

0,5

Dи, мг-экв/л

3,481

Иизв, мг-экв/л

0,07

DCaCl2, мг-экв/л

Коагуляция и известкование исходной воды (карбонатный режим)

В качестве коагулянта используется сернокислое железо, доза которого Dk = 0,5 мг-экв/л.

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

Приняв значение ОН, определяем остаточную концентрацию иона Mg2+.

Mg2+ост = />мг-экв/л.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Концентрацию магния не изменяется.

Остаточная концентрация кальция рассчитывается из закона электронейтральности (концентрация ионов магния и натрия не изменяется):

Карбонатный режим применяют: 1) когда вынужденно приходится использовать в качестве коагулянта сернокислый алюминий; 2) при необходимости исключить выделение магниевых соединений, чтобы в случае соблюдения определённых гидравлических условий получать при известковании крупнокристаллический осадок. При карбонатном режиме несколько уменьшается расход извести (по сравнению с гидратным режимом).

Таблица 5

Молекуляр-

Эквивалент-

Обозначения

Концентрации(С СаСl2,Ca=HCO3)

После известкования и содирования

Электропровод-

ная масса «М»

ная масса «Э»

[H] мг/кг

[C] мг-экв/кг

[N] моль/кг

%

[H] мг/кг

[C] мг-экв/кг

[N] моль/кг

%

ность, мкСм/см

40,08

20,04

Ca2+

65,606

3,274

0,0016

0,0066

1,922

0,096

0,00005

0,0002

4,54

24,03

12,01

Mg2+

10,8

0,899

0,0004

0,0011

5,185

0,432

0,0002

0,0005

21,64

23

23

Na+

11,884

0,517

0,0005

0,0012

11,884

2,238

0,0005

0,0012

105,89

1

1

H+

Сумма Kt

4,69

8,199

17

17

OH-

    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--

0,795

Fe, мг/л

0,030

СО2 моль/л

0,0005

P, мг/л

0,022

pH

10,519

Si, мг/л

Жо — расчетное значение, мг-экв/л

0,528

БО, мгО2/л

5,35

CC, расчетное значение мг/л

158,519

ПО, мгО2/л

42,0

Электропроводность, СfмкСм/см

353,369

Dk, мг-экв/л

0,5

Dи, мг-экв/л

3,948

Иизв, мг-экв/л

0,350

Dс, мг-экв/л

1,722

DCaCl2, мг-экв/л

-0,689

Mg2+max

0,403

Са2+мах

0,088

Коагуляция с известкованием и содированием исходной воды

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

Происходящие при известково-содовом умягчении основные химические процессы описываются следующими уравнениями:

а2СО3 → 2 Nа+ + СО32-;

Са(ОН)2 → Са2+ +2ОН-;

СО2 + 2ОН- → СО32- + Н2О;

Н+ + ОН- → Н2О

НСО3- → Н+ + СО32-

НСО3- + ОН- = СО32- + Н2О;

Са2+ + СО32- → СаСО3↓;

Мg2+ + 2ОН- → Мg(ОН)2↓.

Приняв значение ОН- определяем остаточную концентрацию ионов кальция и магния. Концентрация сульфатов увеличивается на дозу коагулянта.

Т.о. остаточную концентрацию натрия определяем из закона электронейтральности.

Таблица 6

Молекуляр-

Эквивалент-

Обозначения

Концентрации(С СаСl2,Ca=HCO3)

После известкования с обескремниванием

Электропровод-

ная масса «М»

ная масса «Э»

[H] мг/кг

[C] мг-экв/кг

[N] моль/кг

%

[H] мг/кг

[C] мг-экв/кг

[N] моль/кг

%

ность, мкСм/см

40,08

20,04

Ca2+

65,606

3,274

0,0016

0,0066

33,328

1,663

0,00108

0,0033

74,53

24,03

12,01

Mg2+

108

0,899

0,0004

0,0011

6,440

0,536

0,0003

0,0006

25,46

23

23

Na+

11,884

0,517

0,0005

0,0012

11,884

0,517

0,0005

0,0012

24,12

1

1

H+

    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--

0,3

моль/л

0,004

NO2-, мг/л

0,011

f'

0,932

NO3-, мг/л

0,055

f''

0,753

Fe, мг/л

0,03

СО2 моль/л

0,00052

P, мг/л

0,022

pH

10,446

Si, мг/л

Жо — расчетное значение, мг-экв/л

2,199

БО, мгО2/л

5,35

CC, расчетное значение мг/л

157,317

ПО, мгО2/л

2,0

Электропроводность, СfмкСм/см

328,418

Dk, мг-экв/л

0,5

Dи, мг-экв/л

3,711

Иизв, мг-экв/л

0,300

DCaCl2, мг-экв/л

0,689

Mg2+max

0,493

Вывод: Для данных вод с содержанием ГДП>2 мг/л, Ок>4 мгО2/л, Жк>2 мг-экв/л, Жнк<10 мг-экв/л, концентрацией Si<3 мг/л оптимальной схемой предочистки является К+Иг+Ф и К+Иб+Ф.

Коагуляция с известкованием и магнезиальным обескремниванием исходной воды

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Основным из числа методов магнезиального обескремнивания воды является метод обескремнивания каустическим магнезитом. Одновременно с обескремниванием воды проводят её известкование и коагуляцию.

Известкование при магнезиальном обескремнивании производится для того, чтобы снизить щёлочность воды и создать должную величину рН. При рН<10удаление кремнекислых соединений будет затруднено из-за недостаточной диссоциации Н2SiО3. Кроме того, вследствие низкой концентрации в воде ионов ОН- обескремнивающий реагент будет взаимодействовать с бикарбонат-ионами исходной воды, свободной угольной кислотой, а также введённым в воду коагулянтом:

МgО + Н2О → Мg(ОН)2 → Мg2+ + 2ОН-;

ОН- + Н+ → Н2О;

НСО3- → СО32- + Н+;

СО2 + Н2О → Н2СО3 → Н+ + НСО3- → 2 Н+ + СО32-;

СО32- + Са2+ → СаСО3↓;

2 ОН- + Fе2+ → Fе(ОН)2.

Экспериментальные данные подтверждают, что обескремнивание наиболее эффективно происходит в узком интервале величин рН=10,1 – 10,3, достигая в отдельных случаях 10,4. Оптимум рН несколько различен для разных вод.

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

При расчёте данной таблицы использовали коагулянт FeSO4, доза которого Dk = 0,5 мг-экв/л, остаточную концентрацию кальция определяем из закона электронейтральности.

Таблица 7

Обозначение

Ед. изм.

Числ. Знач.

N

МВт

210

Qдв=(Q01+Q02+Q03+Q04+Q05)

т/ч

215.6

Q01=nrD1

т/ч

126.63

Q02

т/ч

25

Q03=0,12*0,15*0,7*n*N

т/ч

42.34

Q04=nr1D1z

т/ч

2.01

Q05=0,1*(Q01+Q02+Q03+Q04)

т/ч

19.6

D1

т/ч

670

n

шт

6

r

доли

0.03

X1

доли

0.05

X

доли

0.02

r1

доли

0.03

z

доли

0.1

Qдвб=(1+X) (1+X1)*Qдв

т/ч

446,29

Вывод: Количество воды, поступающей в осветлители на обработку известью и другими реагентами составляет Qдвб=446,9 т/ч.

Расчет производительности ВПУ

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Производительность ВПУ по обессоленной воде:

/>,

где /> — потеря суммарной паропроизводительности парогенераторов, т/ч:

/>,

r – доля потери пара и конденсата в контуре блока;

n=6 — количество энергоблоков на станции;

/>— паропроизводительность парогенератора, т/ч;

/>— дополнительная производительность установки, зависящая от мощности блока, т/ч;

/>— дополнительная производительность ВПУ, связанная с возможной потерей конденсата при разогреве мазута, т/ч. Для АЭС />=0;

/>— потери пара конденсата, которые возникают в теплосетях, т/ч:

/>,

z – доля потери конденсата в подогревателях воды тепловых сетей;

r1 – доля отбора пара на подогрев воды в тепловых сетях;

/>— дополнительная производительность для компенсации отпуска воды на другие объекты, т/ч:

/>

Количество исходной воды, поступающей в осветлитель, т/ч:

/>

х — доля потери воды с продувкой воды (при обезвоживании шлама и возврате фугата в осветлитель х=0);

х1 — доля потери на собственные нужды.

Таблица 8

Расчет оборотной системы охлаждения

Обознач.

Ед. изм.

Исх. вода

ОСО 1

+H2SO4

ОСО 2

+H2SO4

OCO 3

Ca2+

мг-экв/л

5,87

Нецелесообразно, т.к концентрация HCO3- в исходной воде превышает нормированное значение 3 мг-экв/л

5,87

39,09

5,87

41,36

Mg2+

мг-экв/л

2,96

2,96

19,75

2,96

20,89

Na+

мг-экв/л

3,82

3,82

25,43

3,82

26,91

∑Кt

мг-экв/л

12,65

12,65

84,27

12,65

89,16

OH-

мг-экв/л

HCO3-

мг-экв/л

5,09

0,45

3,00

    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--

6,88E-05

3,03E-05

ПРCaSO4

2,50E-05

2,50E-05

16,81

25

Вывод: оптимальным является режим с минимальной величиной продувки, в данном случае — бикарбонатный режим известкования и известкование с содированием.

Оборотные системы охлаждения (ОСО)

Расчет потерь воды в ОСО

В результате циркуляции по замкнутому циклу в системе охлаждения часть оборотной воды выводится из системы вследствие испарения />, часть выносится из градирни в виде капельного уноса />и, наконец, еще одна ее часть выводится из системы в виде продувки или на технологические нужды />.

Коэффициент концентрирования не выпадающих в осадок солей:

/>,

/>

где к – зависит от температуры воздуха,

∆t — охлаждение воды в градирне, принимается 5-10/>.

/>выбирается в зависимости от вида градирни. Выбираем башенную градирню c каплеуловителем. Для неё:

/>=0,05.

/>задаемся в каждом случае отдельно.

ОСО1

Т.к. концентрация НСО3- в исходной воде больше 3 мг-экв/л, расчет не производится, т.к. система является нецелесообразной

ОСО2

Для предупреждения выпадения гипса необходимо выдерживать такое неравенство:

Ca2+ < />.

Где, CaSO4 = 2,5  10-5 (моль/кг)2.

Доза серной кислоты:

/>

Рассчитываем />для данной системы охлаждения:

/>/>/>.

/>

ОСО3

Добавляем оксиэдилдифосфоновую (ОЭДФК) и серную кислоты. Проверяем выпадет ли в осадок />:

/><2,5·10-5

(табличное значение), значит не выпадет.

Рассчитываем />для данной системы охлаждения:

Доза серной кислоты:

/>

ОСО4

Добавляем оксиэдилдифосфоновую (ОЭДФК) и серную кислоты. Проверяем выпадет ли в осадок />:

/><2,5·10-5

    продолжение
--PAGE_BREAK--

(табличное значение), значит не выпадет.

Добавляем известь и серную кислоту, проверяем, выпадет ли в осадок />.

/><2,5·10-5

(табличное значение), значит не выпадет.

Рассчитываем />для данной системы охлаждения:

/>

Таблица 9

Поверочный расчёт производительности осветлителя

4 осветлителя 250-И

Обознач.

Ед. изм.

Числ. Знач.

Qр

т/ч

253.46

Fкс

м2

53,00

Vo

мм/с

1,33

Co

мг/л

0,109

П

м

3

aс

0,907

Hc

м

2,3

aк

%

6,17

Dк

мг-экв/л

0,567

Э

36

ГДПбв

мг/л

330,94

ГДП

мг/л

11

ГДПнк

мг/л

-140,15

ГДПк

мг/л

460

Vy

мм/с

2,15

t

°C

20

Вывод: т.к.,(|898.2- 250*4|/898.2)*100= 11.34 % выбранные осветлители 250-И подходят по производительности.

Поверочный расчет осветлителя

Выбор осветлителя: необходимо выбирать не менее двух одинаковых осветлителей (т.к. обязательно нужен резервный на случай выхода из строя одного из осветлителей) и не более трех, т.к. на их обслуживание идут большие экономические затраты.

Выбираем 4 осветлителя 250-И.

Производительность осветлителя, />:

/>.

где /> — площадь поперечного сечения зоны контактной среды, />:

/>=11/>,

/>— расчетная скорость восходящего движения воды на выходе из контактной зоны осветлителя, />:

/>:

где /> — условная скорость свободного осаждения шлама, мм/с (находим по />):

/>

где /> — доза коагулянта, мг-экв/л,

Э – эквивалент коагулянта,

t – температура воды в интервале />С;

/>— объемная концентрация шлама в зоне контактной среды осветлителя, мл/мл:

/>,

где П – прозрачность воды по кресту, см:

П=300/>,

/>=1 (по диаметру осветлителя),

Приведенная высота зоны контактной среды осветлителя, м:

/>=1,8 м,

/>— суммарное количество грубодисперсных примесей, поступающих в осветлитель и образующихся в нем, мг/л.

Выбранный осветлитель 250-И подходит нам по производительности.

Выводы: Для данной исходной воды с содержанием ГДП>2 мг/л, Ок>4 мгО2/л, Жк>2 мг-экв/л, Жнк<10 мг-экв/л, концентрацией Si<3 мг/л оптимальным является гидратный режим известкования (стр 31[1]), при котором величина продувки имеет минимальное значение и затраты на реагенты меньшие.

Список использованной литературы

1. Кишневский В.А. Современные методы обработки воды в энергетике: Учебное пособие. — Одесса: ОГПУ,1999-196 с.

2. Громогласов А.А., Копылов А.С., Пильщиков А.П. Водоподготовка: Процессы и аппараты: Учеб. пособие для вузов.-М.: Энергоатомиздат,1990-272с.

3. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод.-Киев: Вища школа. Головное изд-во,1981.-328 с.

4. Стерман Л.С. и др.Тепловые и атомные электростанции: Учебник для вузов.- М.: Энергоиздат,1982.-456 с., ил.