Расчет водоподготовительной установки. Пароводяной баланс котельной. Состав исходной воды. Выбор схемы обработки воды

5   РАСЧЕТ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Водоподготовительная установка в строящейся котельной предназначается для восполнения потерь пара и конденсата, питающего паровые котлы .

          5.1  Исходные данные для расчета

Таблица 5.1 – Пароводяной баланс котельной.

№ п/п	Наименование	Размерность	Максимально-зимний	Летний
1	2	3	4	5
1	Паропроизводительность котельной	т/ч	0,888	1,656
2	Расход пара на производство	т/ч	0,87	0,87
3	Потери  конденсата на производстве	т/ч	0,435	0,435
4	Внутрикотельные потери пара	т/ч	0,018	0,033
5	Потери воды с продувкой	т/ч	0,085	0,087
6	Расход питательной воды	т/ч	0,973	1,743
7	Расход химически очищенной воды	т/ч	0,538	0,555

Качество питательной воды для паровых экранированных котлов, сжигающих высококалорийное топливо (газ), при работе на давлении Р=8 кгс/см² должно отвечать следующим нормам:

-  содержание кислорода – 0,15 мг/кг,

-  жесткость общая – 0,02 мг-экв/кг,

-  содержание масла не более – 5 мг/кг,

-  содержание железа не нормируется,

-  свободная углекислота должна отсутствовать.

Источником водоснабжения котельной принята вода из хоз-питьевого водопровода.

В табл.5.2 приведен анализ воды из хоз-питьевого водопровода , взятый по данным лаборатории ПО «Водоканал» и принятый в расчёте оборудования водоподготовительной установки.

Таблица 5.2 –  Состав исходной воды.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Единица измерения
			мг-экв/л	мг/л
1	2	3	4	5
1	Сухой остаток	Sив		437
2	Жесткость общая	Жо	5,3
	Катионы:
3	кальций	Са2+	2,8*	56,112
4	магний	Mg2+	2,5*	30,4
5	железо	Fe2+	0,009*	0,25
	Сумма катионов		5,309*	86,762
6	Щелочность	Щив	2,3
7	рН = 7,52

Примечание: цифры обозначенные звездочкой получены расчетным путем.

5.2   Выбор схемы обработки воды

Выбор схемы обработки воды для паровых котлов производится по трем основным показателям:

1)  величине продувки котлов;

2)  относительной щелочности котловой воды;

3)  количеству углекислоты в паре.

Вначале проверяется, допустима ли наиболее простая схема обработки  воды натрий-катионирование по выше приведенным показателям.

1. Величина непрерывной продувки определяется по формуле, %:

,                                                                       (5.1)   [6]

-  для максимально-зимнего режима:

 ;

-    для летнего режима:

, где  p – размер продувки по сухому остатку, % паропроизводительности;

α_о.в. – доля обработанной воды в питательной;

S_о.в. – сухой остаток обработанной воды, мг/л;

S_к.в. – сухой остаток котловой воды для принятого в проекте типа котла, мг/л.  S_к.в.=3000 мг/л  [6].

Сухой остаток исходной воды при натрий-катионировании увеличивается за счет обмена катионов Ca²⁺ и Mg²⁺ на Na⁺ и определяется по формуле, мг/л:

 S_о.в. = S_и.в. + 2,96ּЖ_Са + 10,84ּЖ_Mg =

 мг/л,                           (5.2)   [6]

где  S_и.в. – сухой остаток исходной воды, мг/л    (табл.5.2);

Ж_Ca – кальциевая жесткость исходной воды, мг-экв/л  (табл.5.2);

Ж_Mg – магниевая жесткость исходной воды, мг-экв/л  (табл.5.2); 

Доля обработанной воды в питательной определяется по формуле:

                                                                                    (5.3)   [6]

-  для максимально-зимнего режима

-  для летнего режима

, где G_хов , G_пит – из расчета тепловой схемы котельной (табл.5.1).

Расчетная величина продувки для котлов давлением до 14 кгс/см² не должна превышать 10%  [1, с.56]. Следовательно, по величине продувки можно применить обработку воды путём натрий-катионирования.

2. Относительная щелочность котловой воды равна относительной щелочности обработанной воды (разбавление конденсатом и концентрирование солей в котле величину относительной щелочности не изменяет) и определяется по формуле, %:

,              (5.4)   [6]

где  Щ_о.в. – щелочность обработанной воды, мг-экв/л. Для схем натрий-катионирования щелочность обработанной воды следует принимать равной щелочности исходной воды.

Щ_о.в=Щ_и.в.=2,3 мг-экв/л  (табл.5.2);

40 – эквивалент NaOH.

Относительная щелочность котловой воды для паровых котлов не должна превышать 20%. [6, с.56].

3. Концентрация углекислоты в паре при отсутствии деаэрации питательной воды определяется по формуле, мг/кг:

CO₂ = 22ּЩ_о.в.ּα_о.в.ּ(1 + σ) =  мг/кг,

(5.5)   [6]

где CO₂ – концентрация углекислоты в паре, мг/кг;

σ = 0,6 – доля разложения Na₂CO₃ в котле [6, рис.4-1, с.57] ;

22 – эквивалент CO₂ .

Содержание углекислоты в паре принимается в зависимости от схемы потребления пара. При централизованном потреблении пара до 100 мг/кг при обязательном осуществлении вентиляции парового объема и пароиспользующей аппаратуры; надежное удаление углекислоты при этом должно защитить оборудование и конденсатопроводы от углекислотной коррозии.

Натрий-катионирование рекомендуется при водоснабжении котельной от хозяйственно-питьевого водопровода и если эта схема допустима по величине продувки котлов, концентрации углекислоты в паре, относительной щелочности; для экранированных котлов, требующих глубокого умягчения, применяют, как правило, двухступенчатое натрий-катионирование.

Таким образом, проверка показала, что в рассматриваемом случае схема натрий-катионирования подходит по всем показателям.

Рассмотрим два варианта установки водоподготовки:

1) натрий-катионитные фильтры;

2) умягчительная установка фирмы «Амазон».

5.3    Расчёт натрий-катионитных фильтров

Расчет водоподготовительной установки необходимо начать с хвостовой части, т.е. с натрий-катионитных фильтров II ступени, поскольку головная часть установки должна подготовить дополнительное количество воды, идущей на собственные нужды натрий-катионитных фильтров.

5.3.1   Расчет натрий-катионитного фильтра II ступени

На натрий-катионитный фильтр II ступени вода поступает с остаточной общей жесткостью фильтрата 0,1 мг-экв/л.

Вторая ступень катионирования должна выдавать для питания паровых котлов  0,555 т/ч химически очищенной воды  (из расчета тепловой схемы котельной).

Для сокращения количества устанавливаемого оборудования и его унификации принимаем для второй ступени катионирования фильтр конструкции первой ступени.

Принимается к установке фильтр следующего типа:

-диаметр фильтра 450 мм;

-высота слоя катионита H_сл=2,0 м;

-площадь фильтрования f = 0.17 м²;

-объем катионита  V_к = 0,34 м³.                        [6, табл.6-5, с.112]

Количество солей  жесткости, подлежащих удалению в сутки,               г-экв/сут:

А_II = 24ּЖ_о^IIּQ = г-экв/сут,                    (5.6)    [6]

где Ж_о^II – жесткость фильтрата после первой ступени катионирования