131

Глава 6. Выбор и расчет схемы водоподготовки

6.1. Выбор и расчет схемы водоподготовки

1. Задается (рассчитывается) производительность котельной D, т/ч, при известных параметрах пара.

2. Количество конденсата, возвращаемого с производства, определяется заданием, конденсат имеет, например, следующие характеристики:

– сухой остаток S_кон = 10 мг/кг;

– щелочность Щ_кон = 0,1 мг-экв/кг;

– жесткость общая Ж_кон = 0.

3. Исходная вода, возмещающая потери конденсата, поступает из источника (согласно заданию) в количестве, восполняющем потери воды сети и котельной с характеристиками согласно заданию:

– сухой остаток S_ив, мг/кг;

– общая жесткость Ж_ив, мг-экв/кг;

– некарбонатная постоянная Ж_нк, мг-экв/кг.

Щелочность принимают эквивалентной карбонатной жесткости, мг-экв/кг, т.е.

Щив = Жив – Жнк.

(6.1)

4. Характеристики питательной воды, являющейся смесью конденсата и добавки исходной воды (в том случае, когда докотловая химическая очистка отсутствует):

– сухой остаток, мг/кг

Sпв = Sконβ + Sив (l – β);

(6.2)

– общая жесткость, мг-экв/кг

Ж'пв = Жкон β + Жив(1 – β);

(6.3)

– щелочность, мг-экв/кг

Щпв = Щконβ + Щив(1 – β).

(6.4)

где β – возврат конденсата от потребителя.

В том случае, когда применяется докотловая химическая очистка, в частности двухступенчатое натрий-катионирование, изменяется только жесткость, мг-экв/кг

Жпв = Жкон β + 0,02 (1– β).

(6.5)

5. Качество котловой воды (при двухступенчатом испарении – продувочной) рассчитывают в зависимости от требований, указанных в табл. 6.1, принимая предварительно определенную систему сепарации пара в барабане котла.

Для котлов типа ДЕ и КЕ применяют сепарационные устройства по первому или второму типу (см. табл.6.1).

Таблица 6.1

Расчетные нормы качества котловой (продувочной) воды при докотловой обработке воды

Вертикально-водотрубные котлы	При докотловой водоподготовке
	Сухой остаток Sпp, мг/кг	Абсолютная щелочность Ща, мг-экв/кг
С барабанным сепарирующим устройством	3000	–
С внутрибарабанным циклоном	4000	Не менее 1 мг-экв/кг максимальное значение
С двухступенчатым испарением	6000	Не менее 1 мг-экв/кг максимальное значение
С двухступенчатым испарением и выносными циклонами	10000	То же

Из данных определяем размер продувки котлов, который должен быть не более 10 % общей паропроизводительности;

.

(6.6)

Если р > 10 %, то необходимо принять более совершенное сепарационное устройство, при котором допустимое значение сухого ос­татка продувочной воды имеет большую величину. Полученный размер продувки является суммарным: непрерывная продувка – не более 3% и остальное – периодическая. Если рассчитанная продувка имеет величину менее 2%, используется только периодическая продувка.

Согласно правилам Госгортехнадзора, для котлов производительностью более 0,7 т/ч, а также имеющих экранные поверхности нагрева, обязательно применение докотловой химической обработки исходной воды. С этой целью используют в основном метод катионного обмена. При его применении необходимо соблюсти следующие требования:

– обеспечение размера продувки из котлов не более 10% от паропроизводительности;

– относительная щелочность котловой воды Щ_ох не должна быть более чем 20 %;

– содержание углекислоты в паре – не более 20 мкг/кг.

Наиболее распространенным методом умягчения воды для котельных с котлами малой мощности является натрий-катионирование, которое снижает общую жесткость питательной воды.

Определив величину общей жесткости питательной воды для кон­кретного источника Ж'_пв, необходимо сравнить ее с допускаемой, которая для нашего случая составляет = 0,02мг-экв/кг.

Условием обязательного использования двухступенчатого натрий-катионирования является выполнение неравенства

.

(6.7)

Относительная щелочность котловой воды, %

,

(6.8)

где Щ_ох – относительная щелочность химически очищенной воды, %; S_x – сухой остаток химически очищенной воды, мг/кг, несколько больший, чем сухой остаток исходной воды

Sx = (1,05 ÷ 1,1) Sиc .

(6.9)

Так же, как относительная, абсолютная щелочность химически очи­щенной воды Щ_х, мг-экв/кг, остается неизменной и равна щелочности исходной воды, т.e. Щ_х = Щ_ив.

Содержание углекислоты в паре определяют в зависимости от ще­лочности исходной воды, мкг/кг:

СО2 = 22Щив (1 – β) ·1,7.

(6.10)

Полученные значения относительной щелочности Щ_ок и содержания СО₂ сравнивают с нормативными значениями, указанными выше. Если они превышают эти значения, то при использовании натрий-катионирования снижение щелочности достигают дополнительной обработкой химической очищенной воды, например, нитратами натрия. Повышенное содержание углекислоты в паре может быть снижено при термической деаэрации питательной воды, совмещенной с барботажем. Использование двухступенчатого натрий-катионирования необходимо практически во всех производственно-отопительных котельных, так как возврат конденсата β в них всегда меньше 1.

6. Расчет и подбор фильтров.

Ориентировочно производительность химической водоподготовки с учетом продувки и собственных нужд котельной, м³/ч

Dвод = 1,2Gxoв,

(6.11)

где G_xoв – количество химочищенной воды, возмещающей потери конденсата, т/ч.

В качестве катионита в фильтрах используют сульфоуголь с обменной способностью Е = 300 г-экв/кг. Рекомендуется выбирать фильтры исходя из следующих условий:

– число фильтров первой ступени n₁ не более четырех, при этом один из них – резервный, т.е. (n₁+ 1) ≤ 4;

– число фильтров второй ступени, п₂ = 1–2 шт.;

– число регенераций каждого фильтра не должно быть более трех в сутки, т.е. одного раза в смену.

Скорость фильтрации в фильтрах первой ступени принимают в пределах W_доп = 10–25 м/ч, а в фильтрах второй ступени она может быть принята равной или менее 40 м/ч.

В справочной литературе приведены характеристики стандартных натрий-катионовых фильтров первой и второй ступени. Выбирают тип фильтра первой ступени и соответственно его диаметр d_вн, а затем – второй; далее рассчитывают количество фильтров первой ступени, шт.

,

(6.12)

где f_ф1 – сечение фильтра, м².

,

(6.13)

Если n₁ ≤ 3, то данный тип фильтра удовлетворяет требуемым условиям. Соответственно для второй ступени натрий-катионирования

,

(6.14)

Если диаметры фильтров равны, то f_ф1 = f_ф2 .

После прохождения через фильтры первой ступени вода снижает свою первоначальную жесткость до 0,2–0,1 мг-экв/кг. Общее количество солей жесткости, г-экв/сут, поглощаемое в фильтрах первой ступени, при конечной жесткости 0,2 мг-экв/кг составляет

А1 = (Жив ­– 0,2)Dвод · 24.

(6.15)

Объем сульфоугля в каждом фильтре, м³

,

(6.16)

где Н – высота загрузки фильтра, м.

Число регенераций натрий-катионитных фильтров первой ступени в сутки, рег/сут

,

(6.17)

а каждого фильтра первой ступени, рег/сут

.

(6.18)

Межрегенерационный период, ч

.

(6.19)

где τ_рег – время одной регенерации, ч.

Жесткость воды, поступающей на фильтры второй ступени, была принята равной 0,2 мг-экв/кг, а ее содержание на выходе из фильтра – нулю, следовательно, количество солей жесткости, поглощаемое в фильтре второй ступени, г-экв/сут

A2 = 0,2Двод 24;

(6.20)

– число регенераций фильтров второй ступени в сутки, рег/сут

;

(6.21)

– на один фильтр, рег/сут

;

(6.22)

– межрегенерационный период работы фильтра, ч

,

(6.23)

т.e. регенерация фильтра второй ступени должна производиться примерно один раз в Т₂/24 дней.

7.Определение расхода соли, необходимого для регенерации.

Расход соли на одну регенерацию, кг/рег

,

(6.24)

где а – удельный расход соли, принимается 200–235 г/г-экв обменной способности катионита.

Объем 26%-ного раствора соли на одну регенерацию, м³

,

(6.25)

где ρ – плотность раствора соли при t = 20°С; ρ = 1,2 т/м³; Р – содержание соли в растворе, % (26%).

Расход технической соли в сутки, кг/сут

Gсут = Gc (Rl + R2).

(6.26)

Расход соли на регенерацию фильтров в месяц, т/мес

.

(6.27)

Резервуар мокрого хранения соли находят из расчета месячного расхода с запасом в 50 %, согласно СНиП, м³

.

(6.28)

Устанавливают железобетонный резервуар вместимостью V_рез, м³, размерами а×b×c, м. Вместимость мерника раствора соли, м³, принимают по расходу соли на регенерацию фильтров с запасом 30%, т.е.

Vмер=1,3·Vc.

(6.29)

Высоту мерника желательно выполнять одинаковой с высотой резервуара хранения соли, т.е. в данном случае равной с, м, а диаметр мерника, м

.

(6.30)