Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчёт ВПУ КЭС

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Энергетический факультет

Кафедра «Тепловые электрические станции»

Курсовой проект

По дисциплине: «Водоподготовка и водно-химические режимы ТЭС»

Тема: «Расчёт ВПУ КЭС»

Исполнитель: студент гр. 306414

Руководитель: Нерезько А.В.

Минск 2008

Содержание.

Задание на курсовое проектирование.
Введение.	4
1. Выбор источника водоснабжения, анализ показатели качества исходной воды.	5
2. Обоснование метода и выбор схемы подготовки воды.	7
3. Эскиз выбранной схемы.	9
4. Полное описание технологических процессов на ВПУ.	10
5. Определение производительности ВПУ.	15
6. Расчет схемы ВПУ:	16
6.1. Расчет ионообменной части ВПУ.	16
6.2. Расчет предочистки.	24
6.3. Расчет декарбонизатора.	26
6.4. Анализ расхода реагентов.	27
6.5. Анализ расхода воды на собственные нужды ВПУ.	27
6.6. Компоновка основного оборудования.	29
7. Специальное задание №1 Водно-химический режим:	31
7.1. Нормы качества питательной воды и перегретого пара.	31
7.2. Нормы качества подпиточной воды теплосетей и сетевой воды.	32
7.3. Основные мероприятия по поддержанию выбранного ВХР.	33
7.4. Методы коррекции котловой и питательной воды.	33
7.5. Характеристика потоков конденсатов и схемы их очистки.	33
8. Специальное задание №2 Выбор и описание системы технического водоснабжения.	34
Заключение.	36
Литература.	37

Введение.

В настоящее время в большинстве промышленно развитых стран выработка электроэнергии в основном производится на электрических станциях с паротурбинными установками, работающими на органическом топливе. Рабочей средой на установках тепловых электростанций является вода.

В атомной энергетике также применяются почти исключительно паротурбинные агрегаты.

Вода на электростанциях используется для заполнения контура паротурбинной установки и компенсации потерь пара и конденсата во время работы, подпитки тепловых сетей, а также для отвода теплоты в конденсаторах турбин и вспомогательных теплообменниках. Во всех случаях применяемая сырая вода проходит соответствующую обработку, однако наиболее высокие требования предъявляются к качеству воды, служащей для заполнения контура паротурбинной установки и подпитки его в процессе эксплуатации.

Основными задачами водно-химического режима на электрических станциях является обеспечение работы основного и вспомогательного оборудования без уменьшения надежности и экономичности, которые могут быть вызваны:

–образованием отложений на поверхностях нагрева,

–наличием шлама в котлах, в тракте питательной воды, в теплосетях.

–процессами коррозии внутренних поверхностей теплоэнергетического оборудования.

В данной работе производится расчет ВПУ КЭС мощностью 3200 МВт вырабатываемых турбинами К-800-240 и котлами ТГМП-204 (ПП-2650-25-545).

С целью обеспечения рационального водо-химического режима на тепловых электростанциях осуществляется нормирование качества пара прямоточных котлов.

Выбор источника водоснабжения, анализ показатели качества исходной воды.

Показатели качества исходной воды.

Выбираем источник водоснабжения водохранилеще. Выписываем показатели качества исходной воды:

водоем

Взвеш.

вещества

мг/кг

Сухой остаток

мг/кг

Минер.

остаток

мг/кг

Жесткость мг-экв /кг

Ж_о

Ж_к

Ж_нк

0,0

231,0

4,2

4,099

0,1

Содержание ионов и окислов, мг/кг

Показатель	мг/кг	Э	мг-экв/кг
Са²⁺	56,4	20	2,82
Мg²⁺	16,8	12	1,400
Na⁺	10,4	23	0,452
	250,1	61	4,100
	8,9	48	0,185
Cl^-	13	35,5	0,37
	0,08	62	0,0013
	0	46	0
	2,17	38	0,057

Пересчет показателей качества исходной воды.

Для пересчета качества воды из мг/кг в мг-экв/кг используется понятие «эквивалент» вещества:

М – молекулярная масса

n – валентность.

56,4	=2,82	мг-экв/кг
20
16,8	=1,400	мг-экв/кг
12
10,4	=0,452	мг-экв/кг
23
250,1	=4,100	мг-экв/кг
61
8,9	=0,185	мг-экв/кг
48
13	=0,37	мг-экв/кг
35,5
0,08	=0,0013	мг-экв/кг
62
0	=0	мг-экв/кг
46
2,17	=0,057	мг-экв/кг
38

Коагуляция FeSO₄ c известкованием:

Жесткость остаточная:

К_Fe=0,6мг-экв/кг-доза FeSO₄

	0,1+0,6=0,7	мг-экв/кг
	0,7+0,1+0,6=1,4	мг-экв/кг

a_изв=0,4мг-экв/кг – избыток извести при известковании исходной воды;

Концентрация сульфат ионов :

0,185+0.6=0,785

мг-экв/кг

Концентрация CL^- не изменяется.

Концентрация :

0.6*0,057= 0,034мг-экв/кг

Ионитная часть схемы ВПУ.

Первая ступень Н – катионирования (Н₁):

В этом фильтре удаляются катионы , в количестве мг-экв/кг, где общая остаточная жесткость после предочистки:

1,4+2.15*0,452=2,372

мг-экв/кг

Жесткость воды после Н₁ составляет 0,2-0,3 мг-экв/кг

Кислотность воды равна:

0,553+0.6=1,152904

мг-экв/кг

Первая ступень анионирования А₁(слабоосновное анионирование).

В этом фильтре удаляются анионы сильных кислот в количестве:

0,553+0.6=1,152904

мг-экв/кг

Щелочность воды после фильтра А₁=0,2мг-экв/кг.

Декарбонизатор.

Остаточная концентрация СО₂ после декарбонизатора принимается в пределах

3-10мг-экв/кг. Принимаем 0,09 мг-экв/кг.

Вторая ступень Н-катионирования (Н₂).

В фильтре Н₂ удаляются катионы в количестве:

Кислотность воды после фильтра Н₂ не выше 0,05мг-экв/кг.

Вторая ступень анионирования А₂ (сильноосновное анионирование):

При 2-х ступенчатом обессоливании на фильтре А₂ в основном удаляются после декарбонизатора в количестве:

=0,034+0,09=0,124 мг-экв/кг.

Качество обессоленной воды после А₂:

–солесодержание - не более 0,2мг/кг,

–кремнесодержание – не более 0,04 мг/кг.

Фильтр смешанного действия в схеме трехступенчатого обессоливания глубоко удаляет из воды катионы и анионы.

Качество воды после ФСД:

–солесодержание - не более 0,1 мг/кг

–кремнесодержание – не более 0,03 мг/кг.

Обоснование метода и выбор схемы подготовки воды.

Выбор способов обработки добавочной воды котлов производится в зависимости от качества исходной воды типа котельного агрегата.

На отопительных ТЭЦ восполнение потерь питательной воды производится обессоленной водой, если среднегодовое суммарное содержание анионов сильных кислот исходной воды менее 5мг-экв/кг и при отсутствии специфических органических соединений, которые не могут удалятся при коагуляции.

В нашем случае:

0,185+0,37+0,0013+0,37+0+0,37=

0,553

_{< 5
мг-экв/кг}

Водоподготовительные установки включают предочистку и ионитную часть. Существует два вида предочистки:

1.При карбонатной жесткости Ж_к исходной воды менее 2 мг-экв/кг целесообразно применять коагуляцию воды сернокислым алюминием AL₂(SO₄)₃ в осветлителе с последующим осветлением в осветлительных фильтрах.

2.При Ж_к исходной воды более 2 мг-экв/кг осуществляют коагуляцию сернокислым железом с известкованием в осветлителе с последующим осветлением в осветлительных фильтрах.

В нашем источнике водоснабжения Ж_к>2 мг-экв/кг, следовательно, выбираем второй вид предочистки: коагуляцию сернокислым железом с известкованием в осветлителе с последующим осветлением в осветлительных фильтрах.

Дальнейшая обработка воды проводится на ионитной части ВПУ. В зависимости от типа котлоагрегата и показателей качества исходной воды может быть выбрана одна из схем обессоливания.

Упрощенная.
Двухступенчатая.
Трехступенчатая.

Так как есть котел прямоточного типа, то, независимо от показателей качества исходной воды, обработка воды должна вестись по схеме трехступенчатого обессоливания (Н₁-А₁-Д-Н₂-А₂-ФСД), которая включает в себя первую ступень Н – катионирования, слабоосновное анионирование, декарбонизацию, вторую ступень Н – катионирования, сильноосновное анионирование, третью ступень Н – катионирования и сильноосновное анионирование, которая заменяется фильтром смешанного действия.

Осв – осветлитель; ОФ – осветительный фильтр; БОсв – бак частично осветленной воды; Н₁,Н₂,А₁,А_,2 – ионитные фильтры; Д – декарбонизатор; БДв - бак декарбонизированной воды; ФСД – фильтр смешанного действия.

=2,372

=1,153

=0,853

=0,124

FeSO₄

Ж₀=4,2

Ж_k=4,099

Ж_нк=0,1

Са²⁺=2,82

Мg²⁺=1,400

Ж₀=4,2

Na⁺=0,452

Ж_k=4,099

0,09

=4,100

Ж_нк=0,7

₌0,185

Щ=1,1

Cl^-=0,37

₌0,79

₌0,0013

Cl^-=0,37

₌0

₌0,0013

₌0,057

₌0

₌0,034

Полное описание процессов, происходящих на ВПУ.

В настоящее время в теплоэнергетике в качестве исходной воды используется вода поверхностных источников, которая содержит значительное количество примесей в разнообразных формах. Требования к ВПУ – обеспечить высокоэффективную очистку воды при соблюдении экономичности схемы.

Предварительная стадия очистки позволяет избавиться от основных видов примесей при полном отсутствии сточных вод. На стадии предочистки вода освобождается от грубых, коллоидных, частично молекулярных примесей. Кроме того, снижается её щёлочность, происходит частичная дегазация. Качественная предочистка позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели ВПУ в целом .

На стадии предочистки используются в основном методы осаждения, при применении которых примеси выделяются из воды в виде осадка. Данные методы обработки относятся к реагентным, так как в воду дозируют специальные химические реагенты. Обычно эти процессы совмещены и проводятся в осветлителе. В данной схеме предочистка на ВПУ проводится коагуляцией FeSO₄ с известкованием Ca(OH)₂.

Коагуляция – физико-химический процесс укрупнения коллоидных частиц за счет их слипания под действием молекулярных сил притяжения в результате введения в воду коагулянта. Коллоидные частицы имеют весьма маленькие размеры, поэтому участвуют в броуновском движении, обладаю высокой скоростью диффузии, а это способствует их выравниванию по объему воды. Мелкие коллоидные частицы не способны к укрупнению, так как имеют одноименный заряд, и такая частица окружена двойным слоем ионов, включая потенциалобразующие ионы и противоионы. В результате броуновского движения частица приобретает чаще всего отрицательный заряд. Чтобы укрупнить коллоидные частицы, в обрабатываемую воду необходимо ввести реагент, имеющий положительный потенциал. Такие вещества называют коагулянтами. В данной схеме ВПУ используется коагулянт FeSO₄. Введение флокулянта (полиакриламид – ПАА), вещества, ускоряющего процессы образования хлопьев, но не замедляющего коагулянта, способствует более качественной предочистке.

В данной схеме применяется известкование, так как Ж_к>2мк-экв/кг, для удаления из воды СО₂, снижения щелочности (или карбонатной жесткости); происходит удаление взвешенных и коллоидных примесей, а так же соединений Fe,Al,Si. При известковании воды происходит следующие процессы: прежде всего из воды удаляется свободная углекислота, и образуется трудно растворимое, выпадающее в осадок, соединение – углекислый кальций СаСО ₃.

СО₂+Са(ОН)₂=СаСО₃+Н₂О

Образуется осадок карбоната кальция:

Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂=2CaCO₃¯+H₂O Са²⁺+СО^2–₃=СаСО₃.

Ионы магния, взаимодействуя с гидроксильными ионами, выпадают в осадок:

MgCl₂+Ca(OH)₂=Mg(OH)₂¯+CaCl₂ Мg²⁺+2OH=Мg(OH)₂

При введении извести в большом количестве чем это необходимо для связывания свободной СО₂, бикарбонаты НСО₃, переходят в карбонаты СО^2–₃

ОН^–+НСО₃=СО^2–₃+Н₂О.

Остаточная жесткость, достигаемая в процессе известкования . Коагуляция FeSO₄ совместно с известкованием производится в осветлителе при t=30-40 °C и оптимальной дозе коагулянта . Первоначально организуется активное перемешивание коагулянта с исходной водой в течении 10 мин., а затем процесс должен протекать в спокойной гидродинамической обстановке, для него в осветлителе предусматривается специальные успокоительные короба. Процесс коагуляции имеет две стадии (скрытую и явную). На первой стадии происходит формирование микрохлопьев Fe(OH)₃¯. На второй стадии образуются флокулы – крупные хлопья 1-3 мм., которые сорбируют на своей поверхности мельчайшие коллоидные частицы, т.е. происходит окончательная очистка воды. Реакция гидролиза сернокислого железа будет происходить в два этапа:

FeSO₄+Н₂О=Fe(OH)₂+Н₂О, рН=8-10,5

4Fe(OH)₂+О₂+2Н₂О=4Fе(ОН)₃¯.

После осветлителей вода направляется в осветлительные фильтры, где окончательно освеляется. ОФ загружаются пористым дробленым материалом. Фильтрование воды через слой сернистой загрузки происходит под действием разности давлений на входе в зернистый слой и на выходе из него. Данный перепад давлений зависит от скорости фильтрования, вязкости, диаметра фильтра, высоты загрузки. В процессе фильтрования на загрузке взвешенные вещества, что приводит к увеличению разности давлений. По достижению некоторой предельной величины перепада начинается проскок взвеси через фильтрующий слой или скорость фильтрования падает ниже допустимого предела. В этом случае фильтр необходимо отключить и произвести его промывку путем подачи воды в направлении обратном фильтрованию. Фильтр на промывку может отключатся по одному из следующих показателей.

мутности фильтра;
количеству пропущенной воды за фильтроцикл;
времени работы;
возрастанию перепада давления на слой.

Остаточное содержание взвеси после фильтра 1-1,5 мг/кг. После предочистки вода направляется на ионообменные фильтры. Сущность метода ионного обмена заключается в способности некоторых практически нерастворимых в воде материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав воды. Способность ионитов к такому обмену объясняется их строением. Он состоит из твердой основы – матрицы, на которую нанесены функциональные группы, способные в растворе к образованию на поверхности потенциалообразующих ионов. Вседствии этого вокруг твердой фазы образуется диффузионный слой из противоположно заряженных ионов. Они обладают высокой кинетической энергией, способны выходить из слоя, а их место занимает эквивалентное количество других ионов того же знака.

В работе ионитных фильтров различают следующие стадии:

Ионирование воды (удаление примесей).
Регенерация после истощения ионитной емкости.

Взрыхления слоя ионита (вода подается в обратном направлении, объем ионита увеличивается на 30-40%)

Непосредственно регенерация (пропуск раствора определенной концентрации).
Отмывка от продуктов регенерации и избытка реагентов

После осветлительных фильтров вода поступает на Н–катионитные фильтры первой ступени. В процессе Н-катионирования вода умягчается за счет удаления из нее всех катионов в том числе катионов жесткости и происходит изменение анионного состава за счет разложения в кислой среде бикарбонатов с выделением СО₂. Н – катионирование самостоятельно применения не имеет. Его используют в комбинированных схемах умягчения с Nа – катионитными фильтрами, а также в схемах обессоливания. Фильтр загружен сильнокислотным катионом марки КУ-2. Фильтрат представляет собой смесь сильных и слабых кислот.

Реакции, протекающие при работе фильтра:

CaCl₂ + 2HR ® CaR₂ + 2HCl

MgSO₄ + 2HR ® MgR₂ + H₂SO₄

Ca(HCO₃)₂ + 2HR ® CaR₂ + 2H₂O + 2CO₂

Mg(HCO₃)₂ + 2HR ® MgR₂ + 2H₂O +2CO₂

Регенерацию таких фильтров проводят 1-1,5% раствором Н₂SО₄, при этом протекают следующие ракции:

CaR₂ + H₂SO₄ ® CaSO₄ + 2HR

MgR₂ + H₂SO₄ ® MgSO₄ + 2HR

Продуктами регенерации являются сульфаты кальция и магния – жесткие стоки.

При использовании Н – катионирования в схемах обессоливания воды на Н – фильтре будут протекать реакции с натриевыми солями имеющимися в воде.

NaCl + HR ® NaR + HCl

Na₂SO₄ + 2HR ® 2NaR + H₂SO₄.

При использовании Н – фильтров в схемах умягчения фильтр на регенерацию отключают по пропуску катионов жесткости Са и Мg, а в схемах обессоливания процесс ведут до пропуска катиона Na.

Н-катионированная вода является мягкой, так как не содержит катионов жесткости, но использоваться в котлах на может, так как имеет кислую среду и кислотность ее тем выше, чем выше суммарное содержание в исходной воде анионов сильных кислот.

В данной схеме ВПУ фильтр Н₁ берет на себя основную нагрузку по удалению катионов, фильтр Н₂ улавливает проскоки катионов. После фильтров Н₁ вода попадает в группу фильтров А₁, загруженных низкоосновным анионитом АН-31. В этом фильтре происходит удаление анионов сильных кислот.

Реакции протекающие при работе фильтра:

HCl+OH® RCl+2H₂O

H₂NO₃+ROH®RNO₃+H₂O

H₂SO₄+2ROH®R₂SO₄+2H₂O

Регенерация слабо и сильноосновных анионитов осуществляется 4% раствором NaOH:

RCl + NaOH ® ROH + NaCl

R₂SO₄ + 2NaOH ® 2ROH + Na₂SO₄

R₂SiO₃ + 2NaOH ® 2ROH + Na₂SiO₃.

Группа Фильтров А₂ служит для удаления анионов слабых кислот и проскоков сольных. Она загружена сильноосновными анионитом марки АВ-17-8. В этой группе фильтров протекают следующие реакции:

H₂SiO₃ + ROH ® R₂SiO₃ + 2H₂O

H₂CO₃ + 2ROH ® R₂CO₃ + 2H₂O

В данной схеме ВПУ используются фильтры смешанного действия, т.к. на ТЭС установлены прямоточные котлы. ФСД предназначены для глубокого обессоливания и обескремнивания добавочной воды в схеме ВПУ. В такой фильтр загружается одновременно сильнокислотный катионит и высокоосновной анионит. Переходящие в процессе ионитного обмена в воду ионы Н⁺ и ОН^- образуют воду, способствуя этим углублению степени очистки воды.

На данной ВПУ установлены ФСД с внутренней регенерацией, Фильтры оборудованы средней дренажной системой, ограничивает скорость воды до 50 м/ч. Разделение ионитов производится в самом фильтре восходящем потоком взрыхляющей воды, вследствие чего анионит располагается в верхнем слое, а катионит - в нижнем. Качество воды после ФСД Na⁺<5мкг/кг, SiO₂<10мкг/кг.