Водоснабжение промышленного предприятия. бойлеры

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

Факультет: Водоснабжение и водоотведение

Кафедра: Водоснабжение

Специализация: 2908.01

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительно - расчетная записка к курсовому проекту:

«Водоснабжение промышленного предприятия.

бойлеры».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                        Выполнил студент 

                                                                                                        факультета ВиВ 5-2

                                                                                                        Абраменков А.А.

                                                                                                        Руководитель: Первов А.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2013 год.

 

 

Содержание:

 

 

 

1.Введение

2.Исходные данные

3.Оценка приведенных затрат  на схемы очистки воды

 в зависимости от источника

4.Расчет предварительной очистки  воды

5.Расчет Na – катионитовых фильтров

      5.1. Технологические данные для расчета Na–катионитовых фильтров

6.Оборудование для хранения  и расходования поваренной соли  NaCl

7.Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Вода является обязательным компонентом практически всех технологических процессов, поэтому обеспечение водой промышленных предприятий в заданных количествах и заданного качества, при соблюдении требований технологии и надёжности является важнейшей задачей системы водоснабжения.

Требования к качеству сводятся к следующему: вода не должна оказывать отрицательного влияния на качества выпускаемого продукта; не должна вызывать образование солевых отложений, биологических обрастаний и коррозии арматуры, трубопроводов и сооружений; должна обеспечивать необходимое санитарно-гигиеническое состояние рабочих мест. Каждая отрасль промышленности предъявляет свои требования к качеству используемой воды. Для систем производственного водоснабжения в основном используется свежая вода из источника водоснабжения, при необходимости подвергаемая очистке на водопроводных очистных сооружениях.

Огромные объёмы потребления воды, дефицит в источниках водоснабжения и необходимость их охраны от загрязнения делают проблему обеспечения водой промышленных предприятий чрезвычайно сложной.

Решающую роль должны сыграть разработка и применение новых технологических процессов и методов, которые позволяют создать высокоэффективные и высоко экономические системы водного хозяйства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

 

Показатели качества исходной воды из водоисточников приведены в табл. 1. Требуемая производительность по умягчаемой воде Qум = 80 м3/ч. Необходимо подготовить воду для бойлеров.

Для бойлеров базовая технологическая схема водоподготовки: Na-катионирование.

 

 

 

 

                                                                                                                               

Сравнение показателей качества водных источников приведены в таблице 1.

 

 

Сравнение показателей качества водных источников

 

Таблица 1.

Показатели качественного состава воды	Подземная		Поверхностная
1. Мутность, мг/л.	-		900
2. Цветность, град Со	-		30
3. Жёсткость общ., мг-экв/л	4,6		3,2
4. Железо общее, мг/л	0,15		-
5. Хлориды, мг-экв/л	1,2	>	1,0
6. Сульфаты, мг-экв/л	0,8	<	0,9
7. Бикарбонаты, мг-экв/л	7,0	>	5,9
8. Кальций, мг-экв/л	3,6	>	2,5
9. Магний, мг-экв/л	1,0	>	0,7
10. Натрий + калий, мг-экв/л	4,4	<	4,6

 

Оценка приведенных затрат на схемы очистки воды в зависимости от источника .

 

     Большое значение  на выбор схемы водоподготовки  оказывают эксплуатационные затраты, которые для ионообменных установок  тем выше, чем выше значения  жесткости воды и солесодержания.

     Однако в ряде случаев  на выбор схемы оказывают влияние  такие показатели воды как  цветность, мутность, окисляемость, содержание  железа и марганца. Ионообменные  установки, как известно, требуют  тщательной предочистки во избежание  “отравления” ионообменных смол  органическими веществами, а также  ионами железа и марганца. Стоимость  схемы предочистки также может  оказать решающее значение.

     Для объективной оценки  стоимости различных вариантов  схем водоподготовки (для различных  составов исходной воды) пользуются приведенными затратами на водоподготовку.

     Приведенные затраты (определяющие затраты на водоподготовку  в течение одного года) определяются  по формуле:

где Еi–приведенные затраты по i–му варианту, тыс.руб./год

Кi–капитальные затраты (стоимости оборудования), тыс.руб./год

 

Расход Q,м3/час	До 50	50-100	Выше 100
Стоимость, рублей за 1 м3/ч для: осветлители+фильтры	34 000	29 000	26 000
аэрация+обезжелезивание	39 000	32 000	30 000

 

k–нормативный коэффициент окупаемости проекта, принимаемый обычно 0,15 при сроке окупаемости 6 лет;

Эi–эксплуатационные затраты (на реагенты, электроэнергию и т. п.), тыс.руб./год

 

     Экономический эффект  от принятой схемы определяется  как:

 

Для определения стоимости оборудования схем предочистки и ионного обмена пользуются величиной “стоимости” 1м3/час, которая зависит от расхода станции.

При расчете стоимости реагентов для регенерации исходят из их расхода, приблизительно равному трехкратному расходу:

стоимость соли – 1000 руб/т

кислоты H2SO4 – 1500 руб/т

щелочи NaOH – 2000 руб/т

 

 

Определение приведенных затрат при использовании воды из поверхностных источников

 

Е=Кi·k+Эi

Эксплуатационные затраты:

 

, где

-эквивалентная масса реагента, кг-экв/м3;

3 - при расчете стоимости реагентов  для регенерации исходят из  их расхода, приблизительно        равному трехкратному расходу

7000 – число работы часов в  год

- стоимость реагента, руб/т

- суммарное содержание ионов, при  удалении которых расходуется  соответствующий   реагент, г-экв/м3.

Эксплуатационные затраты на соль:

 

 

, где

 

;

;

C=1000 руб/т.

Приведенные затраты:

 

Определение приведенных затрат при использовании воды из подземных источников.

 

Эксплуатационные затраты на соль:

 

 

, где

 

;

;

C=1000 руб/т.

Приведенные затраты:

 

Экономический эффект от принятой схемы определяется как:

 

Исходя из экономического эффекта для водоснабжения промышленного предприятия, принимаем отбор воды из поверхностного источника. Так как содержание мутности и цветности в реке сравнительно большое, то необходимо ввести ступень предочистки воды.

 

 

 

Расчет предварительной очистки воды

 

     В качестве предварительной очистки выбираем технологическую схему с осветлителями со слоем взвешенного осадка и с напорными фильтрами.

 

Расчет сооружений для мокрого хранения коагулянтов.

     В состав сооружения для мокрого хранения и приготовления коагулянта входят: емкость мокрого хранения коагулянта; насос подачи раствора коагулянта на осветлительный фильтр; осветлительный фильтр раствора коагулянта; бак-хранилище раствора коагулянта; насосы гидравлического перемешивания раствора коагулянта; расходный бак раствора коагулянта; насос-дозатор; воздушный колпак.

 

 Расчёт ёмкости для хранения  коагулянта.

             Расчёт сооружения ведётся для условий применения неочищенного сернокислого алюминия с содержанием в нем безводного в количестве 33,5%

Суточный расход товарного сернокислого алюминия составит:

, 

где   =33,5%,-содержание безводного продукта в коагулянте.

Qk = 1920 • 65 •100/(1000000•33,5)=0,37 т/сут.

По СНиП 2.04.02-84* п. 6.2.1, в баке-хранилище должен быть концентрированный 20% раствор коагулянта. Расход 20% раствора сернокислого алюминия из суточного расхода товарного коагулянта составит:

  ,  

где    - концентрация раствора коагулянта в растворном баке,

         ,257 т/м3 – объемный вес раствора коагулянта (принимаем при Т=150С);

        Qк20% = 0,37 * 100/(20*1,257)=1,48 м3/сут.

Применяем время хранения раствора при максимальном расходе коагулянта 15 суток, тогда объём ёмкости для хранения коагулянта составит:

Wxp = Qk20% * 15 = 1,48 * 15 = 22,23 м3.

  Согласно СНиП 2.04.02-84 п.6.205 – количество растворных баков необходимо принимать не менее трех. Принимаем 3  бака-хранилища, по 8 м3 каждый, с размерами в плане 2 х 2 х 2 м.

  Принимаем гидравлическое  перемешивание раствора коагулянта  при помощи циркуляционного насоса, который служит и для подачи  раствора коагулянта в растворный  бак. 

Расчет емкости расходного бака:

            Ёмкость расходного бака определяется по формуле:

Wр = Qчас * n * Дк / (10000 * bp * γ),

где  Qчас – часовой расход в м3/ч;

        Дк  - максимальная доза коагулянта в пересчете на безводный продукт в г/м3;

         bp - концентрация раствора коагулянта в расходном баке (принимаем 8 %);

         γ – объемный вес коагулянта в т/м3; принимается равным 1,08 т/м3;

         n – время, на которое заготавливают раствор коагулянта; принимаем равным 12ч.

Wр = 80 • 12 • 65 / (10000 • 8 • 1,08) = 0,72 м3.

          Минимальное количество расходных  баков по СНиП 2.04.02-84, п.6.22, не менее 2-х. Принимаем 2 расходных бака, по 0,43 м3 каждый, с размерами в плане 0,75 х 0,75 х 0,75 м.

 

Выбор дозы флокулянта.

 

Процесс осветления (коагулирования и осаждения взвеси) можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных флокулянтов.

В качестве флокулянта используем полиакриламид - ПАА, способ ввода – перед смесителем.

Технический полиакриламид ПАА – прозрачный, б/ц или желтовато-коричневого цвета, вязкий текучий гель, содержащий 7-9% полимера. Поставляется в деревянных бочках, емкостью 100-150 кг.

Доза ПАА рассчитывается в соответствии со СНиПом 2.04.02-84, п.6.17, таб.17.

При М = 900 мг/л и Ц=30 град доза безводного ПАА составит ДПАА = 0,2 мг/л.

Флокулянт следует вводить в воду после коагулянта. Время разрыва между дозированием этих реагентов должно составлять 1,0-1,5 мин.

 

Расчет растворного узла ПАА:

 

На практике пользуются 1-% раствором ПАА. Технический ПАА растворяют в водопроводной воде с применением быстроходных мешалок.

В соответствии со СНиП 2.04.02-84 п.6.31  объем расходных баков для растворов ПАА следует определять исходя из сроков хранения 1-% раствора не более 15-ти суток.

 

Расчёт ёмкости растворного бака.

Требуемый объем растворных баков:

Wp = Qчас * n * Дф / (10000 * bp * γ) = 80 • 360 • 0,2 / (10000 • 1 • 1) = 0,57 м3.

где  Qчас- часовой расход;

         =0,2 мг/л - доза ПАА;

          - концентрация ПАА в растворном баке;

          = 1 т/м3 – объемный вес ПАА (при Т=150С);

         = 360 часов.

Согласно СНиП 2.04.02-84 п.6.205 – количество растворных баков необходимо принимать не менее трех. Принимаем 3 растворных бака, по 0,2 м3 каждый, с размерами в плане  0,5 х 0,5 х 0,8 м.

Принимаем гидравлическое перемешивание раствора коагулянта при помощи циркуляционного насоса, который служит и для подачи раствора коагулянта в расходный бак.

 

          Расчет емкости расходного бака.

Требуемый объём  определяется:

W = Wp * bp / b = 0,57 • 1 / 0,5 =1,15 м3;

где   - концентрация раствора флокулянта;

= 1% - концентрация ПАА в растворном баке;

= 1,44 м3 – емкость 3 растворных баков.

Принимаем 2 расходных бака по 0,64 м3 каждый с размерами в плане 0,8 х 0,8 х 1м.

            Принимаем гидравлическое перемешивание  раствора ПАА при помощи циркуляционного  насоса, который служит и для  подачи раствора ПАА в насос-дозатор.

 

 Определение дозы извести для подщелачивания воды.

При недостаточности щелочности реакция образования гидроокиси из сернокислого алюминия протекать не может. В этом случае нужно искусственно подщелачивать воду гашенной известь Ca(OH)2, едким натром NaOH или кальцинированной содой Na2CO3, добавляемыми в количестве:

,

где k = 28 мг/л – количество щелочи (извести), необходимое для подщелачивания воды на 1 мг-экв/л (по СНиП п.6.19);

e = 57 мг-экв/л – эквивалентный вес коагулянта (безводного);

Щ = 3,2 мг-экв/л –щелочность исходной воды (по заданию).

 мг/л,

Таким образом, подщелачивание не нужно.

 

Расчет осветлителя со слоем взвешенного осадка

 

Расчет площади осветления

,

где Fз.о. – площадь зоны осветления, м2;

Fз.от. – площадь зоны отделения  осадка, м2;

Qрасч. – расчетный расход воды;

Vз.о. – скорость восходящего  потока воды в зоне осветления, принимается в зависимости от  содержания взвешенных веществ  в воде (C), поступающей в осветлитель, по СНиП 2.04.02-84*, Vз.о. =1 мм/с;

K – коэффициент распределения  воды между зоной осветления  и осадкоуплотнителем, по СНиП 2.04.02-84*, K=0,6;

 

 м2

а площадь осадкоуплотнителя:

 м2

n-количество осветлителей, n=2;

Максимальная концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей в осветлитель:

C = М + К * Дк + 0,25 * Ц + И = 900 + 0,55 * 65 + 0,25 * 30 + 0 = 943,25 (мг/л),

 

где  М – количество взвешенных веществ в исходной воде, М = 900 мг/л;

       К – переводной коэффициент, равный для очищенного сернокислого алюминия – 0,55;

       Дк – доза коагулянта, Дк = 65 мг/л;

       Ц – цветность воды, Ц = 30 град;

       И – количество нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания, в нашем случае И = 0.

Принимаем время уплотнения осадка T = 8 ч, тогда средняя концентрация осадка dср = 25000 г/м3 .                Процент воды, теряемой при сбросе осадка из осадкоуплотнителя, т.е. при так называемой продувке осветлителя:

%ос = Kр * (С – m) / dср * 100 % = 1,2 • (943,25 – 10) / 25000 • 100 % = 4,48 %,

где  Kр – коэффициент разбавления осадка при его удалении, принимаем Kр = 1,2;

       m – количество взвеси в воде, выходящей после обработки в осветлителе, принимаем m = 10 мг/л.

Потеря воды при продувке, т.е. при сбросе осадка, будет равна:

qос = Qчас * %ос / 100 % = 80 * 4,48 / 100 = 3,6 (м3/ч).

Высота осветлителя, считая от центра водораспределительного коллектора до верхней кромки водосборных желобов равна:

,

где bкор – ширина коридора осветлителя;

bж – ширина одного желоба;

 – центральный угол, образуемый  прямыми, проведенными от оси  водораспределительного коллектора  к верхним точкам водосборных  желобов.

 м.

Принимаем 2 рабочих осветлителя и 1 запасной со слоем взвешенного осадка производительностью по 40 м3/ч каждый и площадью осветления каждый    9,26 м2. Длина 2,7м.

 

Расчет открытых безнапорных фильтров

 

Расчет фильтров выполняют исходя из производительности с учетом расхода осветленной воды на собственные нужды всех установленных фильтров.

Общая площадь фильтрования F, м2, приближенно вычисляется по формуле

F = Qсут / (T * Vр.н – 3,6 * n * w * t1 – n * t2 * Vр.н)

F = 1920 / (24 * 7 – 3,6 * 2 * 14 * 0,12 – 2 * 0,33 * 7) = 12,7 (м2), где

 

T – продолжительность работы станции в течение суток, принимаем T = 24 ч;

Vр.н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации, равная Vр.н = 7 м/ч;

n – количество промывок каждого фильтра за сутки, принимаем n = 2;

w - интенсивность промывки, принимаем w = 14 л/(сек*м2);

t1 – продолжительность промывки, принимаем t1 = 0,12 ч;

t2 – время простоя фильтра в связи с промывкой, принимаем t2 = 0,33 ч.

Количество фильтров должно быть:

N=0,5

Тогда

N=0,5 =2 шт.

Площадь одного фильтра будет 13/2=6,5 м с размером в плане 2,6 м ´ 2,6 м.

 

Скорость фильтрования при форсированном режиме:

 

Vр.ф = Vр.н * N / (N – N1) = 7 * 2 / (2 – 1) = 14 (м/ч), где

 

N1 – количество фильтров, находящихся в ремонте, принимаем N1 = 1 шт.

 

Подбор состава загрузки фильтра:

Загрузка двухслойного фильтра состоит из антрацита (верхний слой) и кварцевого песка (нижний слой). Гравий служит поддерживающим слоем. В соответствии с табл. 21 СНиП скорые двухслойные фильтры загружаются (считая сверху вниз):

 – антрацитом с крупностью  зерен 0,8-1,8 мм и толщиной 0,4 м;

 – кварцевым песком с крупностью  зерен 0,5-1,2 мм и толщиной слоя 0,6 м;

 – гравием с крупностью  зерен 2-32 мм и толщиной слоя 0,6.

Общая толщина всей загрузки составит H = 1,6 м. Высота слоя воды над поверхностью загрузки фильтра принимается h = 2,5 м.

 

 

Расчет Na – катионитных фильтров

 

Технологические данные для расчета Na–катионитовых фильтров

 

№ п/п	Показатели
1	2	3
1	Скорость фильтрования, м/ч, нормальная (максимальная): Жо до 5 Жо до 10 Жо до 15	фильтрат Iст   25 15 10
2	Высота слоя катионита,м	2
3	Крупность зерен катионита, мм	0,5-1,1
4	Взрыхляющая промывка катионита: интенсивность, л/с·м2 продолжительность, мин	4 30
5	Удельный расход поваренной соли на регенерацию, г/г–экв при жесткости обрабатываемой воды: Жо до 5 Жо до 10 Жо до 15 Жо до 20	100-120 120-200 170-250 200-300
6	Концентрация регенерационного раствора, %	5-8
7	Скорость пропуска регенерационного раствора, м/ч	3-4
8	Рабочая обменная способность катионита, г–экв/м3	по формуле
9	Полная обменная способность катионита, г–экв/м3: сульфоуголь катионит КУ–2	500 1700
10	Удельный расход отмывочной воды, м3/м3: сульфоугол катионит КУ–2	4 6
11	Скорость пропуска отмывочной воды, м/ч	6-8

 

Расчет Na–катионитного фильтра начинают с подбора диаметра фильтра по скорости фильтрования.

Нормальная скорость:

Максимальная скорость:

,

где wн, wм–нормальная и максимальная скорости фильтрования, м/ч

(принимаются в зависимости от жесткости исходной воды)

–производительность Na–катионитного фильтра, м3/ч,

–площадь фильтрования Na–катионитного фильтра, м2,

а–количество работающих фильтров (не менее 2, кроме того, 1 – резервный)

(а–1)–число работающих фильтров  при регенерации одного из них.

Принимаю 3 рабочих + 1 резервных фильтра диаметром 1500 мм с площадью фильтрования 1.75 м2.

wн = 80 / (1,75 • 3) = 15,24 м/ч;

wм = 80 / (1,75 • (3 – 1)) = 22,86 м/ч.

 

Количество солей жесткости А, г–экв/сут, удаляемое на Na–катионитных фильтрах, определяется по формуле:

А=24·Жо·QNa,

где Жо-общая жесткость воды, поступающей на Na–катионитный фильтр.

А = 24 • 3,2 •80 = 6144 г-экв/сут.

Число регенераций каждого фильтра в сутки n определяется по формуле:

,

где n–число регенераций каждого фильтра первой ступени в сутки,

–высота слоя катионита, м, (по табл.)

а – число работающих фильтров,

–рабочая обменная способность катионита, г–экв/м3, определяется из уравнения:

EрNa= αэ·βNa·Eп–0,5q·Жо,

т

где αэ—коэффициент эффективности регенерации, учитывающий неполноту регенерации катионита в зависимости от удельного расхода соли на регенерацию, αэ = 0,64;

βNa– коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по ионам Са2+и Mg2+ за счет частичного задержания катионов Na, βNa = 0,52;

Eп–полная обменная способность катионита КУ-2-8, г–экв/м3,(табл.);

q–удельный расход воды на отмывку катионита, м3/м3 (табл.),

0,5–доля умягчения отмывочной  воды.

EрNa = 0,64 • 0,52 • 1700 – 0,5 • 6 • 3,2 = 556,16 г-экв/м3;

n = 6144 / (1,75 • 2 • 556,16 • 3) = 1,05 ≈ 2

 

Расход 100% поваренной соли на одну регенерацию фильтра определяется из уравнения:

,

где     –расход поваренной соли на одну регенерацию, кг

–площадь фильтрования Nа–катионитного фильтра, м2,

–удельный расход соли на регенерацию г/г–экв обменной способности

катионита, (табл.).

QcNa = 556,16• 1,75 • 2• 120 / 1000 = 233,6 кг.

 

Суточный расход технической соли определяется по формуле:

,

где  –расход технической соли на регенерацию фильтров, кг/сут,

93–содержание NaCl в технической соли, %

 

Qт.с. = 233,6 • 2 • 3• 100 / 93 =  1507,1 кг/сут.

Расход воды на регенерацию:

1. Расход воды на взрыхляющую промывку, м3

,

где  –количество воды на одну взрыхляющую промывку, м3

i–интенсивность взрыхляющей промывки фильтров, л/с·м2 (табл.);

–продолжительность взрыхляющей промывки, мин (табл.).

Qвзр. = 4 • 1,75 • 60 • 30 / 1000 = 12,6 м3.

2. Расход воды на приготовление регенерационного раствора соли, м3:

,

где b–концентрация регенерационного раствора, % (по табл.);

–плотность регенерационного раствора, т/м3.

Qр.р.. = 233,6 • 100 / (1000 •8 • 1,056) = 2,76 м3.

3. Расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации, м3

Qот = qот·

· ,

где qот–удельный расход воды на отмывку катионита, м3/м3 (табл.).

 

Qот = 6 • 1,75 • 2 = 21 м3.

Расход воды на одну регенерацию Na–катионитного фильтра составляет:

QС.Н.=Qвзр+Qр.р.+Qот,

где QС.Н. - расход воды на собственные нужды Na–катионитового фильтра, м3

QС.Н.= 12,6 + 2,76 + 21 = 36,36 м3.

 

Межрегенерационный период работы фильтра определяется из уравнения:

,

где  – межрегенерационный период каждого Na–катионитного фильтра, ч

n–количество регенераций Na–катионитного фильтра в сутки,

–время регенерации фильтра, мин.

Время регенерации фильтра определяется для каждого случая расчетным путем:

 

,

где  –время взрыхляющей промывки фильтра, мин (табл.)

–время пропуска регенерационного раствора, определяется по формуле:

,мин,

 

где  –количество регенерационного раствора, м3

–скорость пропуска регенерационного раствора, м/ч (табл.)

= 2,76 • 60 / (4 •1,75) = 24 мин.

–время отмывки фильтров от продуктов регенерации, мин, определяется по формуле:

,

где  –расход воды на отмывку катионита, м3

–скорость отмывки, м/ч (по табл.)

= 21 • 60 / (7 • 1,75) = 52 мин.

= 30 + 24 + 52 = 106 мин ≈ 1,77 ч.

ТNa = (24 / 1) – 1,77 =22,23 ч.

 

Количество одновременно регулируемых фильтров определяется по формуле

 

nо.р = n • a •

/ 24,

nо.р = 2 • 3• 1,77 / 24 = 0,44 ≈ 1.

 

 

Оборудование для хранения и расходования поваренной соли NaCl.

 

 

     Хранение реагентов в водоподготовительных  установках котельных предусматривают  в помещении водоподготовки. Склад  рассчитывают на 30–дневный запас  реагентов.

Мокрое хранение соли для удобства эксплуатации осуществляют не менее чем в двух железобетонных резервуарах.