Водоснабжение паровой котельной

Министерство  образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального

образования

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

(ННГАСУ)

Факультет инженерно-экологических систем и сооружений

Кафедра водоснабжения и водоотведения

Пояснительная записка к курсовому проекту: по дисциплине «Технологические энергоносители предприятий» по теме «Водоснабжение паровой котельной» 

Выполнил: студент гр. ПТ-07                                                        О.С. Веселова 

Руководитель:                                                                    Э.А. Кюберис 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Нижний  Новгород - 2011 

Содержание

Введение 3

1. Характеристика производственных процессов промышленного предприятия 4
2. Выбор схемы умягчения воды ионным обменом 5
3. Проверка результатов химического анализа воды из источника водоснабжения 6
4. Определение полезных расходов воды для промышленного предприятия 8
5. Технологический расчет получения глубоко умягчённой воды ионным обменом.

5.1Расчёт  Na⁺- катионитных фильтров 2-ой ступени   9

5.2 Расчёт Na⁺- катионитных фильтров 1-ой ступени 14

5.3 Расчёт Н- катионитных фильтров 18

6. Расчёт регенерационного хозяйства.

6.1Солевое хозяйство 22

6.2Кислотное хозяйство 23

7. Расчёт установок для удаления двуокиси углерода 24
8. Обезжелезивание………………………...……………………………………27

Список использованной литературы 31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Введение

     На  многих промышленных предприятиях для  производственных целей необходима вода различного качества. В зависимости  от технологических процессов на промышленных предприятиях может использоваться вода:

         1.      частично осветленная;

2. глубоко осветленная;
3. умягченная;
4. обессоленная и т.д.

 
 
 
 

 

      1. Характеристика производственных  процессов промышленного

предприятия

Водно-химический режим работы автономной котельной  должен обеспечивать работу котлов, теплоиспользующего оборудования и трубопроводов без  коррозионных повреждений и отложений  накипи и шлама на внутренних поверхностях. Технологию обработки воды следует  выбирать в зависимости от требований к качеству питательной и котловой воды, воды для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, качества исходной воды, а также количества и качества отводимых сточных  вод. Нормы и правила проектирования и реконструкции котельных установок  с паровыми, водогрейными и пароводогрейными котлами регламентируются действующим СНиПом П-35-76 «Котельные установки». Качество воды для систем горячего водоснабжения должно отвечать санитарным нормам, отраженным в СанПиНе 4723-88 «Санитарные правила устройства и эксплуатации систем централизованного горячего водоснабжения».

      Качество  питательной воды паровых котлов с давлением пара более 0,07 МПа (0,7 кг/см ) с естественной и принудительной циркуляцией следует принимать в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» Госгортехнадзора России. Требования, предъявляемые к качеству воды, приведены в таблице 1 [3].

    Таблица 1

 

 

2. Выбор схемы умягчения  воды ионным обменом

     На  основе проведенного анализа исходной воды и требований, предъявляемых  к качеству воды для питания паровых  котлов, для получения глубоко  умягчённой воды будем применять  параллельное H-Na- катионирование.

     Схема получения глубоко умягчённой воды ионным обменом приведена на рис. 1:

Рис.1 - Принципиальная схема умягчения воды параллельным H-Na-

катионированием.

1-Na-катионитный фильтр 1-ой ступени;

2-Na-катионитный фильтр 2-ой ступени;

3-Дегазатор;

4-Н - катионитный фильтр;

5-Обезжелезивающий фильтр;

6-Солевое хозяйство;

7-Кислотное хозяйство. 
 

 

      3. Проверка результатов  химического анализа  воды, источника

водоснабжения

      Данные  химического анализа воды, приведенные  в задании, необходимо проверить  перед их использованием для проектирования водоочистных сооружений по следующим  показателям:

                 1.общей и карбонатной жесткости воды;

                 2.солесодержанию воды.

      Расчётные значения общей жесткости, Ж_ор, и карбонатной жесткости воды, Ж_кр, можно определить по выражениям:

              

где ,,HC- содержание кальция, магния и бикарбонатного иона в воде по данным анализа, мг/л.

Ж_ор = 0,05 х 58,4 + 0,084 х 15,69 = 4,238 мг - экв/л

Ж_кр = 0,0164 х 97,6 = 1,6 мг - экв/л

      Расчётные величины каждого из этих показателей, Ж_р, могут отличаться от величин по данным анализа, Ж_а, не более чем на ± 5 %. Величина погрешности, , определяется по выражению: 
 
 
 
 

 
     

     Расчётные величины показателей Ж_ор и Ж_кр отличаются от данных анализа Ж_ар и Ж_ак не более чем ± 5 %.

      В анализах воды часто приводится суммарное  содержание натрия и калия ,мг/л. Содержание каждого из них можно ориентировочно определить в предположении, что калия содержится в воде не более 10% от натрия. Тогда:

, мг/л

  мг/л

, мг/л

 мг/л

Солесодержание  может быть проверено по сумме  катионов и анионов , выраженных в мг-экв/л.Содержание каждого иона в числителе выражено в мг/л, принимается по данным анализа воды из анализа воды из задания.

 

     5. Технологический  расчет получения  глубоко умягчённой  воды

ионным  обменом 

5.1. Расчёт Na⁺- катионитных фильтров 2-ой ступени

1. Определяем расчётную производительность Na⁺ - катионитных фильтров 2-ой ступени.

Т.к. жесткость  воды после ионообменных фильтров (Ж_у = 0,01 мг — экв/л) совпадает с жесткостью необходимой для производственного процесса (Ж_пр = 0,01 мг — экв/л), то 

2. Находим рабочую  обменную емкость катионитов .

В качестве загрузки Na⁺- катионитных фильтров 2-ой ступени принимаем катионид КУ-2.

     При умягчении воды рабочая обменная емкость  в г —экв/м³ определяется по формуле:

     

где - коэффициент эффективности регенерации, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаем в зависимости от удельного расхода поваренной соли [1, табл. 4], а = 0,9;

- коэффициент  снижения обменной ёмкости катионита  по катионам Са²⁺ и Мg²⁺ вследствие частичного задержания катионов Na⁺, принимаем в зависимости от отношения квадрата C_Na² в г —экв/м³ к величине общей жесткости в воде (Ж₀)_и = 0,1 г — экв/м³, поступающей на фильтр . Концентрация C_Na в г — экв/м³ определяется по выражению:

 г —экв/м³

 г —экв/м³

Тогда (/(Ж_о)_и)=1,9 и по [2,табл. 5]= 0,63.

   C_Na1 - содержание натрия в воде, после натрий-катионитных фильтров 1 - ой ступени, определяется по выражению: 
 
 
 

   Е_n - полная обменная емкость катионита, для катионита КУ-2 Е_n = 1500 г — экв/м³, [1, прил. 1];

   q_y - удельный расход умягченной воды на отмывку катионита, для катионита КУ-2 q_y = 8,0 м³/м³.

Подставляем найденные значения в формулу (13):

0,9 0,63   1500 - 0,5   8,0 4,64 = 831,94 г - экв/м³

     3. Определяем количество удаляемых  ионов на Na⁺ - катионитных фильтрах 2-ой ступени: 

где С - концентрация удаляемых из воды ионов, С=0,1 г — экв/м³.

К_ион = 24 5 0,1 = 12 г/сут

4. Подсчитываем число регенераций каждого Na⁺ - катионитного фильтра 2-ой ступени:

 
 

где T_Na2 , t_Na2 - продолжительность работы и регенерации натрий- катионитных фильтров 2-ой ступени, принимается соответственно 150 часов и 1,5 часа. 

     

5. Находим объём  ионитовой загрузки в Na⁺- катионитовых фильтрах 2-ой ступени:

 
 

6. Определяем  общую площадь фильтрования:

 
 

где h - высота загрузки в фильтрах 2-ой ступени, равная 1,0 м. 

     

7. Принимаем 4 натрий - катионитовых фильтра 2-ой ступени и 1 резервный фильтр, N=4.

 
 

Устанавливаем фильтры ионообменные параллельноточные второй ступени ФИП 1465V1DT/M с техническими характеристиками:

 Диаметр d=369 мм

Площадь =0,106  м²

Высота слоя загрузки h=l,0 м

Строительная  высота Н=1810 мм

8. Рассчитываем скорость фильтрования воды при нормальном режиме работы:

9. Скорость  фильтрования воды при форсированном  режиме работы:

 
 

10.  Определяем  продолжительность фильтроцикла:

 
 

11.  Находим  суточное число регенераций всех  фильтров:

 
 

12.  Расход  реагента на одну регенерацию  одного фильтра равен:

 
 

13.  Определяем  суточный расход реагента (соли):

 
 
 

14.  Находим  расход воды на взрыхление  загрузки для всех фильтров  в сутки:

 
 
 

15.  Расход  воды на приготовление регенерационного  раствора для всех фильтров  в сутки:

 

где -концентрация регенерационного раствора, =12% 

16.  Определяем  расход воды на отмывку загрузки  для всех фильтров в сутки:

 
 

17.  Суммарный  расход воды на собственные  нужды фильтров в сутки составит:

 
 

18.  Находим  часовой расход воды на собственные  нужды:

 
 

19.  Определяем  продолжительность пропуска регенерационного  раствора через загрузку:

 

где - скорость пропуска регенерационного раствора через фильтр  

20.  Продолжительность  отмывки загрузки равна:

 
 

где - скорость пропуска отмывочной воды,  
 

21.  Находим  суммарное время простоя фильтра:

 
 
 

22.  Определяем  продолжительность работы фильтра  между регенерациями:

 
 
 
 

Рис. 2- Схема обвязки ионообменного  фильтра 

 

5.2. Расчёт Na⁺- катионитных фильтров 1-ой ступени

1. Определяем расчётную производительность Na⁺ - катионитных фильтров 1-ой ступени.=4,441
2. Находим рабочую обменную емкость катионитов

В качестве загрузки -катионитных фильтров 1-ой ступени принимаем катионид КУ-2

При умягчении  воды рабочая обменная емкость  в г-экв/ определяется по формуле: 
 

где - коэффициент эффективности регенерации, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаем в зависимости от удельного расхода поваренной соли [1, табл. 4], а = 0,74;

- коэффициент  снижения обменной ёмкости катионита  по катионам Са²⁺ и Мg²⁺ вследствие частичного задержания катионов Na⁺, принимаем в зависимости от отношения квадрата C_Na² в г —экв/м³ к величине общей жесткости в воде (Ж₀)_и = г — экв/м³, поступающей на фильтр .

 Концентрация C_Na в г — экв/м³ определяется по выражению:

 г —экв/м³

 г —экв/м³

Тогда (/(Ж_о)_и)=0,05 и по [2,табл. 5]= 0,88.

   Е_n - полная обменная емкость катионита, для катионита КУ-2 Е_n = 1500 г — экв/м³, [1, прил. 1];

   - удельный расход  осветленной воды на отмывку катионита, для катионита КУ-2 = 8,0 м³/м³.

Подставляем найденные значения в формулу:

0,74 0,88   1500 - 0,5   8,0 4,2 = 960 г - экв/м³

     3. Определяем количество удаляемых  ионов на Na⁺ - катионитных фильтрах 1-ой ступени: 

где С - концентрация удаляемых из воды ионов, С=(Ж_о)_и =4,2 г — экв/м³.

К_ион = 24 4,441 4,2 = 447,7 г/сут

        4.Число регенераций каждого Na⁺ - катионитного фильтра 1-ой ступени .

5. Находим объём ионитовой загрузки в Na⁺- катионитовых фильтрах 1-ой ступени:

 
 

5. Определяем  общую площадь фильтрования:

 

где h - высота загрузки в фильтрах 1-ой ступени, равная 1,0 м. 

     

6. Принимаем 4 натрий - катионитовых фильтра 1-ой ступени и 1 резервный фильтр, N=4.

 
 

Устанавливаем фильтры ионообменные параллельноточные первой ступени ФИП 1354V1DT/M с техническими характеристиками:

 Диаметр d=333 мм

Площадь =0,085  м²

Высота слоя загрузки h=l,0 м

Строительная  высота Н=1590 мм

7. Рассчитываем скорость фильтрования воды при нормальном режиме работы:

 
 

8. Скорость  фильтрования воды при форсированном  режиме работы:

 
 

9.  Определяем  продолжительность фильтроцикла:

 
 

10.  Находим  суточное число регенераций всех  фильтров:

 
 
 

11.  Расход  реагента на одну регенерацию  одного фильтра равен:

 
 
 

12.  Определяем  суточный расход реагента (соли):

 
 
 

13.  Находим  расход воды на взрыхление  загрузки для всех фильтров  в сутки:

 
 
 

14.  Расход  воды на приготовление регенерационного  раствора для всех фильтров  в сутки:

 

где -концентрация регенерационного раствора, =8% 

15.  Определяем  расход воды на отмывку загрузки  для всех фильтров в сутки:

 
 

16.  Суммарный  расход воды на собственные  нужды фильтров в сутки составит:

 
 

17.  Находим  часовой расход воды на собственные  нужды:

 
 

18.  Определяем  продолжительность пропуска регенерационного  раствора через загрузку:

 

где - скорость пропуска регенерационного раствора через фильтр  

19.  Продолжительность  отмывки загрузки равна:

 
 

где - скорость пропуска отмывочной воды,  
 

20.  Находим  суммарное время простоя фильтра:

 
 
 

21.  Определяем  продолжительность работы фильтра  между регенерациями:

 
 
 

3. Расчёт  Н- катионитных фильтров
1. Определяем расчетную производительность Н-катионитных фильтров,
2. Находим рабочую обменную емкость катионитов

В качестве загрузки Н-катионитных фильтров принимаем катионид КУ-2.

При умягчении  воды рабочая обменная емкость  в г-экв/ определяется по формуле: 

где - коэффициент эффективности регенерации, учитывающий неполноту регенерации водород-катионита, принимаем в зависимости от удельного расхода поваренной соли [1, табл. 4], а = 0,91;

Е_n - полная обменная емкость катионита, для катионита КУ-2 Е_n = 1500 г — экв/м³, [1, прил. 1];

   - удельный расход  осветленной воды на отмывку катионита, для катионита КУ-2 5,0 м³/м³.

   - общее содержание  в воде катионитов  определяемое по формуле;

Подставляем найденные значения в формулу:

0,91 1500 - 0,5   5,0 7,9 = 1345,25 г - экв/м³

     3. Определяем количество удаляемых  ионов на Н - катионитных фильтрах: 

где С - концентрация удаляемых из воды ионов, С=(Ж_о)_и +=4,2+0,44=4,64 г — экв/м³.

К_ион = 24 0,57 4,64 = 63,5 г/сут

        4.Число регенераций каждого Н - катионитного фильтра .

5. Находим объём ионитовой загрузки в Н- катионитовых фильтрах:

 
 

6. Определяем  общую площадь фильтрования:

 

где h - высота загрузки в фильтрах, равная 1,0 м. 

     

7. Принимаем 3 водород - катионитовых фильтра и 1 резервный фильтр, N=3.

 
 

Устанавливаем фильтры ионообменные параллельноточные первой ступени ФИП 1354V1DT/M с техническими характеристиками:

 Диаметр d=333 мм

Площадь =0,085  м²

Высота слоя загрузки h=l,0 м

Строительная  высота Н=1590 мм

8. Рассчитываем скорость фильтрования воды при нормальном режиме работы:

 
 

9. Скорость  фильтрования воды при форсированном  режиме работы:

 
 

10.  Определяем  продолжительность фильтроцикла:

 
 

11.  Находим  суточное число регенераций всех  фильтров:

 
 
 

12.  Расход  реагента на одну регенерацию  одного фильтра равен:

 
 
 

13.  Определяем  суточный расход реагента (кислоты):

 
 
 

14.  Находим  расход воды на взрыхление  загрузки для всех фильтров  в сутки:

 
 
 

15.  Расход  воды на приготовление регенерационного  раствора для всех фильтров  в сутки:

 

где -концентрация регенерационного раствора, =1,5% 

16.  Определяем  расход воды на отмывку загрузки  для всех фильтров в сутки:

 
 

17.  Суммарный  расход воды на собственные  нужды фильтров в сутки составит: