5. Расчет оборудования

И ТРУБОПРОВОДОВ КОТЕЛЬНОЙ

После расчета принципиальной тепловой схемы ТГУ студенту необходимо рассчитать диаметры ее трубопроводов, выполнить расчет водоподготовительной установки (ВПУ), подобрать деаэратор и насосы.

5.1. Расчет диаметров труб тепловой схемы

Трубопроводы являются одним из наиболее ответственных элементов котельных установок. Нарушение непрерывного потока теплоносителя может привести к полной остановке котельной.

Для трубопроводов котельных применяются бесшовные, электросварные трубы с продольным или спиральным швом и водогазопроводные трубы. Бесшовные трубы изготовляются по ГОСТ 8731–74* (горячекатаные) и по ГОСТ 8733–74* (холоднотянутые), электросварные трубы изготовляются по ГОСТ 10704–91, 10707–80* и ГОСТ 8696–74*, водогазопроводные – по ГОСТ 3262–75*.

При использовании электросварных труб необходимо проводить радиографический или ультразвуковой контроль сварного шва по всей длине 2.

Водогазопроводные трубы могут применяться для среды с параметрами: р ≤ 1 МПа (10 кгс/см²) и t ≤ 200 С (трубы обыкновенные); р ≤ 1,6 МПа (16 кгс/см²) и t ≤ 200 С (трубы усиленные).

Диаметры трубопроводов определяются, исходя из расчетных максимальных расходов и допустимых скоростей воды и пара. Скорость воды в трубопроводах рекомендуется принимать от 0,5 до 1,5 м/с перед насосами и от 2 до 3 м/с за ними 3.

Скорости пара должны быть не более 4:

– для перегретого пара при диаметре труб

до 200 мм - 40 м/с;

свыше 200 мм - 70 м/с;

– для насыщенного пара при диаметре труб

до 200 мм - 30 м/с;

свыше 200 мм - 60 м/с.

Внутренний диаметр трубопровода может быть определен по формуле

,

где G - расход среды через трубопровод, кг/с (при расчете диаметра паропровода вместо расхода воды G подставляется расход пара D); - рекомендуемая скорость среды, м/с; - плотность среды, кг/м³.

Плотность среды в данных расчетах можно принять: 1200 кг/м³ - для воды до водоподготовительной установки, 1000 кг/м - после ВПУ; плотность пара принимается в зависимости от давления по прил. 1 как обратная величина .

После расчета внутреннего диаметра трубопроводов необходимо с учетом толщин стенок трубы выбрать стандартный типоразмер трубопровода с диаметром, имеющим ближайшее и большее значение к расчетному (прил. 3).

5.2. Расчет водоподготовительной установки

Установка для подготовки исходной (сырой) воды предназначена для обеспечения безнакипного режима работы паровых и водогрейных котлов, вспомогательного оборудования ТГУ и тепловых сетей.

В соответствии с действующими правилами Госгортехнадзора докотловая обработка воды должна предусматриваться:

- для всех котлов паропроизводительностью более 0,7 т/ч;

- для котлов, имеющих экранные поверхности нагрева;

- для неэкранированных котлов, сжигающих высококалорийное топливо: газ, мазут;

- для всех водогрейных котлов.

В настоящей работе студентам предложено освоить методику расчета и подбора ионно-обменных натрий-катионитовых фильтров.

Обработка воды методами ионного обмена основана на пропуске исходной воды через фильтрующий слой ионообменного материала, практически не растворимого в воде, но способного взаимодействовать с содержащимися в обрабатываемой воде ионами. Материалы, обладающие свойством обменивать катионы, называются катионитами.

Катиониты по составу разделяются на минеральные и органические, которые, в свою очередь, могут быть естественного и искусственного происхождения. Минеральные катиониты естественного происхождения характеризуются малой обменной способностью, что привело к замене их искусственными катионитами. Минеральные искусственные катиониты приготовляют смешением раствора сульфата алюминия с растворами соды и жидкого стекла.

На ВПУ энергетических объектов обычно применяют такие катиониты как: сульфоуголь, сильнокислотные катиониты КУ-1 и КУ-2 (термостойкий) и слабокислотный катионит КБ-4-П2.

Натрий-катионирование применяют для умягчения вод с мутностью не более 5–8 мг/л и окисляемостью (количеством кислорода) не более 15 мг/л.

Процесс умягчения воды на катионитовых фильтрах состоит из следующих операций: фильтрование воды через слой катионита до момента достижения предельно допускаемой жесткости в фильтрате (скорость фильтрования в пределах 10÷25 м/ч); взрыхление слоя катионита восходящим потоком умягченной воды, отработанного регенерата или отмывных вод (интенсивность потока 4÷5 л/(с∙м²); спуска водяной подушки во избежание разбавления регенерирующего раствора; регенерация катионита посредством фильтрования соответствующего раствора (скорость фильтрования 3÷4 м/ч); отмывки катионита неумягченной водой (скорость фильтрования 6÷8 м/ч). На регенерацию обычно затрачивают около 2 ч, из них на взрыхление – 20÷30 мин, на фильтрование регенерирующего раствора – 15÷30 мин, на отмывку – 30÷60 мин.

Данный метод обработки воды может проходить по одноступенчатой или по двухступенчатой схеме. При использовании двухступенчатой схемы катионирования сырая вода сначала подается на фильтры I ступени, в которых скорость фильтрования составляет 10÷25 м/ч. Затем вода с незначительным содержанием солей подается на фильтры II ступени, в которых скорость фильтрования принимают до 40 м/ч. Межрегенерационный период работы фильтров I ступени составляет около 10,5 ч, а фильтров II ступени – около 200 ч.

При одноступенчатом Na-катионировании жесткость воды снижается до 0,05÷0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом – до 0,01 мг-экв/л. Число ступеней катионирования определяется требованиями к обработанной воде.

Обычно для водогрейных котлов достаточно одной ступени очистки. Для паровых котлов требуется более глубокое умягчение воды, и для них целесообразно использовать схему двухступенчатого Na-катионирования.

Таким образом, студентам, получившим по заданию расчет отопительной котельной с водогрейными котлами, необходимо рассчитать одну ступень Na-катионирования (см. п. 5.2.1), а студенты, которые проектируют котельную с паровыми котлами, рассчитывают две ступени Na-катионирования.

Расчет двухступенчатой схемы начинается с расчета второй ступени, т. к. оборудование водоподготовки должно подбираться с учетом добавочного количества воды, расходуемого на собственные нужды водоподготовки (отмывка слоя катионита в фильтрах II ступени).

На ВПУ малой производительности в целях унификации оборудования для обеих ступеней катионирования устанавливают четыре одинаковых фильтра. В этом случае два из них работают как фильтры первой ступени, один – как фильтр второй ступени и один – резервный, который используется либо при регенерации фильтра второй ступени, либо при ремонте какого-либо фильтра в качестве резервного 5.

Исходными данными для расчета Na-катионитных фильтров являются производительность установки (с учетом расхода воды на собственные нужды последующих стадий обработки воды), общая жесткость обрабатываемой воды и остаточная жесткость очищенной воды (требуемая степень очистки).