Расчет хво с применением nh4-Nа-катионирования

В том случае, если схема Na-катионирования оказывается неприемлемой для получения питательной воды нужного качества, рассматривается возможность применения схемы NH₄-Nа-катионирования.

Расчет оборудования для NH₄-Nа-катионирования воды проводится также, как и для умягчения по методу Nа-катионирования. Различие заключается лишь в определении расхода соли NaCl и (NH₄)₂SO₄ на регенерацию фильтров. Определяю условную долю воды Х, идущую на Nа-катионирование, и Y – на NH₄-катионирование:

; , (8.27)

где Щ_х^тр – требуемая щелочность умягченной воды; подсчитывается по формуле

Щ_п.в.^тр= Щ_х.^тр(1-К)+ Щ_к-та∙К. (8.28)

Требуемая щелочность питательной воды определяется из условия равенства относительной щелочности котловой воды 20 %:

, %, (8.29)

Расход поваренной соли на регенерацию

, кг. (8.30)

Расход (NH₄)₂SO₄

, кг, (8.31)

где а''=200 г/г-экв – удельный расход сульфата алюминия.

Схема двухступенчатой натрий-катионовой установки производительностью от 10м³/ч приведена на рисунке 8.1. На схеме показаны три катионитовых фильтра первой 1 и один второй ступени 2, через которые вода пропускается последовательно для более надежного умягчения. Обысно фильтр второй ступени (называемый часто барьерным) обслуживает несколько фильтров первой ступени, и если скорость фильтрации в фильтрах первой ступни принимается в пределах 5- 10 м/ч, то в барьерных она может достигать 30 м/ч.

Если давление исходной воды менее 30 м вод. ст., то обычно устанавливают центробежные насосы 3. Перед поступлением воды на катионитовые фильтры, чтобы избежать конденсации водяных паров из воздуха на их поверхности, ее подогревают в теплообменнике 4 до 20- 30 ºС. Вода с более высокой температурой отрицательно влияет на прочность катионитового материала.

Раствор поваренной соли, применяемой для регенерации фильтров, хранят в железобетонном резервуаре-бункере 5, рассчитанном на 10 – 30- дневный запас. Резервуар-бункер сообщается с солерастворителем или мерником крепкого раствора (26 %) соли 6. Подается соляный расворт в фильтры с помощью водоструйного эжектора 7. Для взрыхления и промывки фильтров при их регенерации устанавливают промывочный бак 8 . Бак должен быть установлен на такой высоте, чтобы преодолевалось гидравлическое сопротивление фильтров (10 – 15 м вод. ст.), иначе устанавливают промывочный насос 9 . В последнее время получила распространение гидрозагрузка фильтрующих материалов, которую выполняют при помощи бака 10 и водоструйного насоса 11.

9 Расчет тепловой схемы котельной и подбор оборудования

Тепловая схема котельной установки определяет сущность процесса получения тепловой энергии и представляет собой графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединенного линиями трубопроводов, обозначенных для перемещения пара или воды.

Тепловая схема характеризует экономичность, надежность и техническое соверешенство установки.

Рассматривают следующие виды тепловых схем:

1. Принципиальную, на которой указывают главное оборудование котельной установки и основные трубопроводы.

2. Развернутую, предусматривающую, помимо всего оборудования и трубопроводов, размещение необходимой запорной и регулирующей арматуры.

Принципиальная тепловая схема отопительно-производственной котельной установки приведена на рисунке 9.1

Рисунок 9.1 – Тепловая схема котельной

Исходная (сырая) вода подается в котельную из городского водопровода или реже из артезианской скважины. Температура воды принимается: для зимнего периода +5 ºС, для летнего +15 ºС. Давление воды на вводе в котельную не должно быть меньше 0,3 – 0,4 Мпа (3 – 4 атм). При меньшем давлении воды в котельной устанавливают центробежный насос, который поддерживает указанное давление. Производительность насоса выбирается по максимальному потреблению воды в зимних условиях, когда мощность котельной достигает максимума.

Исходная вода подогревается в теплообменнике 2 паром, редуцированным до давления 0,15 – 0,17 Мпа до температуры Т₃ = 25 ºС, а затем поступает в водоподготовительное отделение для химводоочистки. Химическая водоочистка предназначена для повышения качества воды: снижения сухого остатка, жесткости и щелочности до значений, предотвращающих образование накипи на внутренних поверхностях нагрева парогенераторов.

Затем умягченная, химически очищенная вода направляется через теплообменники 3 и 4 в колонку деаэратора 5. Подогрев воды в теплообменнике 3 осуществляется продувочной водой регенераторов, поступающей из расширителя (сепаратора) непрерывной продувки (РНП) в количестве при параметрах р₃, t₃, i₃. Значения параметров р₃, t₃, i₃ определяются давлением пара в расширителе непрерывной продувки, поддерживаемым р₃=0,17 МПа (1,7 атм). (Здесь , соответственно размер продувки и количество пара вторичного вскипания, образующегося в расширителе непрерывной продувки в т/ч при давлении Р₃. Величины t₃ и i₃ характеризуют температуру и энтальпию воды в РНП на кривой насыщения).

В теплообменнике 3 продувочная вода РНП охлаждается до температуры 40 ºС, а затем сбрасывается через барботажный смеситель в канализацию.

Нагрев химически очищенной воды в теплообменнике 3 производится на 15 – 20 ºС.

Теплообменник 4 является охладителем пара, т.е. пара поступающего из деаэратора. Из-а небольшого количества выпара (удельный расход составляет примерно 2 кг на 1 т деаэрируемой воды) нагрев воды в нем производится лишь на 2 – 4 ºС.

Нагретая химически очищенная вода подается в верхнюю часть колонки деаэратора 5. Здесь на специальных дырчатых дисках вода дробится на мелкие струи и стекает в бак-аккумулятор. Поскольку в нижнюю часть колонки подводится пар, а вода по мере движения в бак-аккумулятор соприкасается с ним, происходит интенсивный нагрев воды до температуры кипения.

При этом парциальное давление растворенных в воде газов: кислорода О₂ и углекислоты СО₂ приближаются к нулю, газы выделяются из воды и через охладитель выпара удаляются в атмосферу. Для лучшей деаэрации воды, кроме подогрева в колонке деаэратора, производится подача пара в бак-аккумулятор для дополнительного бартотажного (смесительного) нагрева. Средняя температура всех поступающих в колонку деаэратора потоков воды: химочищенной, конденсата от теплообменников и конденсата возвращаемого с производства должна составлять 80 ºС. Нагрев воды в баке деаэратора атмосферного типа производится паром давлением р=0,15–0,17 МПа (1,5–1,7 кг/см²), до температуры 104 ºС.

Из деаэратора питательная вода насосами подается в котлы и тепловую сеть.

Для предотвращения кавитации питательных насосов (парообразования во всасывающих патрубках при понижении давления воды) предусматривается снижение температуры питательной воды. Для этого на участке трубопроводов между деаэратором и питательными насосами устанавливают водоводяные теплообменники, в которых температура воды снижается до 80 – 90 ºС.

Питательные насосы размещают ниже деаэраторов на 4 – 6 м, причем тем ниже, чем выше температура воды. В некоторых случаях устанавливают специальные насосы, допускающие перекачку воды при температурах до 130 ºС.

Питательные насосы должны иметь различный привод: электрический и паровой. При установке насосов только с электрическим приводом необходимо подключить их к разным (независимым друг от друга) источникам питания, например: к электрическим сетям от двух разных трансформаторных подстанций.

Производительность питательных насосов и их число выбирают так, чтобы в случае остановки самого мощного из них суммарная подача остальных составляла не менее 110 % номинальной паропроизводительности котельной.

Расчетный напор питательных насосов Н_р должен обеспечивать подачу воды в парогенератор при рабочем давлении пара, преодолевать сопротивления питательного трубопровода от деаэратора до парогенератора и разность геодезических отметок между ними, а также иметь запас в размере 15 % от разности давлений между парогенератором и деаэратором.

МПа, (9.1)

где соответственно расчетные давления в парогенераторе и деаэраторе, кг/см²;

разность геодезических отметок между уровнями воды в барабане парогенераторов и деаэратора, м;

гидравлическое сопротивление питательной линии, включая водяной экономайзер, мм вод.ст.

Типы питательных насосов (центробежные и поршневые) должны подбираться в зависимости от производительности, напора и температуры воды во всасывающей линии из справочника [7]. Для обеспечения нормальной работы насосов при пониженной нагрузке котельной предусматривается рециркуляционная линия.

Питательные трубопроводы на участке от деаэратора до барабана парогенератора прокладываются двойными.

Вне зависимости от тепловой схемы котельной температура питательной воды, поступающей в водяной экономайзер или парогенератор, должна быть выше температуры точки росы продуктов сгорания топлива на 15 – 20 ºС и не может приниматься ниже 70 – 80 ºС.

Принципиальная тепловая схема котельной установки должна содержать все основное оборудование: паро- или теплогенераторы, водяные экономайзеры, деаэратор, теплообменники всех назначений, расширитель (сепаратор) непрерывной продувки, охладитель выпара, питательные, циркуляционные, подпиточные, конденсатные насосы, бак для сбора конденсата, редукционные установки для снижения давления пара. Все оборудование должно быть объединено технологическими трубопроводами. Химводоочистка указывается условно.

Условные обозначения оборудования и трубопровод следует принимать в соответствии с рекомендациями, применяя числовые обозначения трубопроводов. Например: паропроводы давлением р = 1,3 МПа (13 кгс/см²) – 1–; р= 0,6 МПа (6 кгс/см²) –2–; р= 0,02 – 0,2 МПа (0,2 – 2 кгс/см²) –3–; трубопроводы питательные, напорные –04–; всасывающие –0,5–; конденсатопроводы –0,6–; непрерывной продувки –08–; сливные и дренажные –12–; исходной воды –15–; химически очищенной воды (ХВО) –20– и т.д.

Экономайзеры паровых отопительно-производственных котельных используются для нагрева питательной воды, а экономайзеры отопительных (водяных) котельных служат для нагрева сетевой теплофикационной воды. При этом пропускная способность экономайзеров по воде значительно возрастает.

В отопительно-производственных котельных применяют чугунные экономайзеры некипящего типа системы ВТИ, допускающие давление воды до 2,3 МПа (23 кгс/см²). Температура воды на выходе из экономайзера должна поддерживаться ниже температуры насыщенного пара на 20 – 40 ºС.

Вырабатываемый в парогенераторах пар используется для технологических нужд в производственных процессах, для нагрева воды в теплообменниках разного назначения и на собственные нужды котельной. Последние включают подачу пара на мазутное хозяйство котельной для подогрева мазута, на обдувку поверхностей нагрева генераторов и экономайзеров от золового уноса, к мазутным форсункам парового распыливания и к паровым питательным насосам.

Для наиболее полного использования энтальпии пара в теплообменниках производят:

1. Редуцирование (снижение давления) пара с помощью редукционно-охладительных установок до давления 0,6 – 0,7 МПа для теплофикационных теплообменников и до 0,12 – 0,25 МПа для остальных потребителей пара в котельной.

2. Устанавливают последовательно две ступени теплообменников: пароводяные и водоводяные. Последние часто именуют переохладителями конденсата.

Применение указанных мероприятий способствует глубокому использованию энтальпии пара и позволяет снизить расход пара на собственные нужды котельной.

Потоки конденсата после всех теплообменников котельной собираются в конденсатный бак. Сюда же поступает чистый конденсат от производственных потребителей. Затем конденсационными насосами он перекачивается в деаэратор для удаления растворенных газов. В некоторых схемах котельных предусматривается раздельная подача конденсата в деаэратор: из теплообменников котельной конденсат поступает в деаэратор независимо от внешних потребителей.

При сборе конденсата от производственных установок следует тщательно контролировать его качество, не допуская загрязнения примесями масла, железа и взвешенными веществами в виде частиц песка и глины.

Нагрев теплофикационной воды осуществляется в сетевых подогревателях 7 и 8 в диапазоне температур t'₃ до t'_1max. Первичным теплоносителем служит пар с давлением 0,6 – 0,7 МПа (6 – 7 кгс/см²). Конденсат после теплообменников возвращается в деаэратор.

При небольших системах теплоснабжения и закрытой схеме водоразбора допускается производить подпитку теплосетей питательной водой из деаэратора. Для этого используется подпиточный насос 9. Производительность подпиточного насоса составляет 1 – 4% от объема воды, циркулирующей в тепловой сети.

Подпиточный насос подключается к обратной линии тепловой сети до циркуляционных насосов, т.е. на участке всасывания.

Примечание. Для удобства расчета тепловой схемы на нее наносятся не только символы, обозначающие оборудование и арматуру, но и значения всех параметров: расходов воды и пара , давление р, температуру t, энтальпии i и т.п.

Неизвестные величины: G, t и др. определяются на основании решения уравнений теплового баланса, которые составляются для каждого элемента схемы.