Додаток 28. Приклади розрахунку схеми підготовки води
Приклад 1.
Підібрати схему водопідготовки продуктивністю 20 м3/год (доля обробленої води становить 0,3) для парового котла марки ДКВР-20-13, який працює на газу, якщо водопостачання здійснюється річковою водою з такими показниками якості: сухий залишок – 166 мг/л; загальна твердість – 2,14 мг-екв/л; карбонатна твердість – 1,9 мг-екв/л; концентрація іонів, мг-екв/л: Са2+ = 1,2; Mg2+ = 0,94; Na+ = 0,2; HCO3¯ = 1,9; SO42¯ = 0,31; Cl¯ = 0,13.
Котел ДКВР-20-13 є водотрубним із робочим тиском пари 1,3 МПа, тому якість води, яка подається у котел, має відповідати таким вимогам [1, табл. 2]:
прозорість за шрифтом не менше 40 см;
загальна твердість води 0,02 мг-екв/л;
вміст розчиненого кисню 0,05 мг/кг;
рН при 25оС – 8,5-10,5;
вміст нафтопродуктів 3 мг/кг.
Оскільки вода джерела водопостачання не містить завислих речовин, сполук заліза та не має підвищеної окислюваності, то її попередньо обробляти не потрібно. Дана вода не відповідає критеріям якості по твердості та розчиненому кисню, тому є необхідність у її глибокому пом'якшенні та деаерації.
Попередньо для глибокого пом'якшення води прийнято схему двоступеневого Na-катіонування.
Оброблена вода матиме залишкову твердість після другого ступеню Na-катіонування 0,01 мг-екв/л, лужність води в процесі обробки не зміниться Лов = 1,9 мг-екв/л, а сухий залишок збільшиться й становитиме:
SовNa = Sпоч + 2,96 · ТСа + 10,84 · ТMg = 166 + 2,96·1,2 + 10,84·0,94 = 179,7 мг/л
Перевірку придатності даної схеми виконують за такими трьома показниками:
1. Продувка котла
Оскільки, обчислена величина Р менше 10%, то прийнята схема задовольняє вимоги за сухим залишком обробленої води.
2. Для деаерації обробленої води буде передбачене використання термічних деаераторів із барботуванням пари, тому концентрація вуглекислоти у парі
СО2 = 22 ∙ Лов ∙ αов ∙ (σ1 + σ) = 22 ∙ 1,9 ∙ 0,3 ∙ (0,4 + 0,67) =13,4 мг/кг
Оскільки, обчислена концентрація вуглекислоти менше допустимих 20 мг/кг, то прийнята схема задовольняє вимоги щодо води, яка подається у котел.
3. Відносна лужність:
Оскільки, відносна лужність перевищує допустимі 20%, то прийняту схему обробки води слід доповнити нітратуванням.
Остаточно для подальшого розрахунку прийнято таку схему обробки води:
Рисунок 1. Прийнята до проектування схема обробки води
Приклад 2.
За вихідними даними прикладу 1 розрахувати схему двоступеневого Na-катіонування.
Розрахунок фільтрів ІІ-го ступеню.
Необхідний об’єм катіоніта Wк, м3:
Для Na-катіонітових фільтрів ІІ ступеню ЕрNa прийнято 300 г-екв/м3.
Необхідна площа катіонітових фільтрів другого ступеню Fк, м2:
Прийнято до встановлення два стандартних фільтри діаметром 700 мм і площею fNa = 0,39 м2 кожен.
Для підібраних фільтрів перевіряють швидкість фільтрування, яка для фільтрів другого ступеню не повинна перевищувати 40 м/с:
нормальна – під час роботи усіх фільтрів, м/год:
максимальна – під час регенерації одного з фільтрів, м/год:
Оскільки, швидкість фільтрування перевищує допустиму, то до встановлення приймають два робочих фільтри більшої площі: fNa = 0,76 м2, діаметром 1000 мм:
м/год
м/год
Кількість солей твердості, г-екв/доб, які видаляються за добу на натрій-катіонітових фільтрах другого ступеня:
А = 24·Тзаг·QNa,= 24 ∙ 0,1 ∙ 20 = 48
Кількість регенерацій кожного фільтра за добу:
Розрахунок кількості реагентів для регенерації фільтрів другого ступеню.
Витрата 100%-ної солі на одну регенерацію натрій-катіонітового фільтра, кг:
Витрата технічної солі за добу, кг/доб, становитиме
Витрати води на власні потреби Na-катіонітового фільтра другого ступеня.
Витрата води на одне розпушення, м3:
Витрата води на приготування регенераційного розчину солі Qр.р, м3:
Витрата води на відмивання катіоніта від продуктів регенерації Qв, м3:
Qв = qп·fNa·H = 6 ∙ 0,76 ∙ 1,5 = 6,8
Витрата води на одну регенерацію фільтра, м3, із використанням промивної води для розпушування фільтра
Q”влас = Qр.р + Qв = 1,3 + 6,8 = 8,1
Середньогодинна
витрата води на власні потреби
Na-катіонітового
фільтра другого ступеня
,
м3/год:
Час пропускання регенераційного розчину крізь фільтр, хв.:
Час відмивання від продуктів регенерації, хв.:
Тривалість регенерації фільтра, хв.:
tрегNa = tроз + tр.р + tв, = 30 + 21 + 67 = 118
Час між регенераціями фільтра, год, становитиме
Розрахунок фільтрів І-го ступеню.
Робоча обмінна ємність катіоніта (прийнято, що катіонітом є сульфовугілля з величиною зерен 0,5-1,1 мм), г-екв/м3 :
=
0,62 ∙ 0,92 ∙ 500 – 0,5 ∙ 5 ∙ 2,14 = 280
Необхідний об’єм катіоніта Wк, м3, у фільтрах першого ступеня:
Необхідна площа катіонітових фільтрів першого ступеню Fк, м2:
Прийнято до встановлення два стандартних фільтри діаметром 1000 мм та площею fNa = 0,76 м2. Так як для першого і другого ступеня прийнято однотипні фільтри, то для цієї групи робочих фільтрів встановлюють один резервний такого ж розміру.
Для підібраних фільтрів перевіряють швидкість фільтрування:
нормальну – під час роботи усіх фільтрів, м/год:
< 25 м/год
максимальна – під час регенерації одного з фільтрів, м/год:
< 35 м/год
Кількість солей твердості, г-екв/доб, які видаляються за добу на натрій-катіонітових фільтрах першого ступеня:
А = 24·Тзаг·QNa = 24 ∙ 2,14 ∙ 20,05 = 1030
Кількість регенерацій кожного фільтра за добу:
Розрахунок кількості реагентів для регенерації фільтрів першого ступеню.
Витрата 100%-ної солі на одну регенерацію натрій-катіонітового фільтра, кг,:
Витрата технічної солі за добу, кг/доб, становитиме
Витрати води на власні потреби Na-катіонітового фільтра першого ступеня.
Витрата води на одне розпушення, м3:
Витрата води на приготування регенераційного розчину солі Qр.р, м3:
Витрата води на відмивання катіоніта від продуктів регенерації Qв, м3:
Qв = qп·fNa·H = 5 ∙ 0,76 ∙ 2 = 7,6
Витрата води на одну регенерацію фільтра, м3, із використанням промивної води для розпушування фільтра :
Qвлас = Qр.р + Qв = 0,5 + 7,6 = 8,1
Середньогодинна витрата води на власні потреби Na-катіонітового фільтру, м3/год:
.
Час пропускання регенераційного розчину крізь фільтр, хв.:
Час відмивання від продуктів регенерації, хв.:
Тривалість регенерації фільтра, хв.:
tрегNa = tроз + tр.р + tв, = 30 + 10 + 75 = 115
Час між регенераціями фільтра, год:
