Проектирование производственно-отопительной котельной с котлами ДКВР 6,5-13

Параллельное Н-Na-катионирование применяется  в тех случаях, когда вода, поступающая  на фильтры, имеет Жк > 0,5 Жо;

 

 и когда необходимо получить  умягченную воду с заданной  остаточной щелочностью не выше 0,35 мг-экв/кг.

Последовательное Н-Na-катионирование применяется для обработки сильно минерализованных вод с солесодержанием выше 1000 мг/кг при Жк < 0,5 Жо и  при

 

Совместное Н-Na-катионирование применяется  в тех случаях, когда сумма  анионов сильных кислот в воде, поступающей на фильтры, не превышает 3,5 мг-экв/кг и когда получаемая по этой схеме щелочность (Щост= 1 – 1,3 мг-экв/кг) не вызовет заметного увеличения продувки котлов сверх установленных норм.

 

Na-Cl-ионирование. Na-Cl-ионитный метод основан на умягчении воды с одновременным снижением щелочности и осуществляется путем последовательного фильтрования обрабатываемой воды через Na--катионитный фильтр первой ступени, Cl-анионитный фильтр и затем Na- катионитный фильтр второй ступени.

Вторую ступень Na-катионирования, как правило, совмещают в одном  фильтре с Cl-ионированием, при этом внизу загружается катионит, а  сверху сильноосновный анионит типа АВ – 17.

В этом методе катионит и анионит  регенируются поваренной солью NaCl (Na+ регенерирует катионит, Cl- - анионит). В фильтрах первой ступени происходит умягчение воды по реакциям. Во второй ступени (в совмещенном Na-Cl-ионитном фильтре) в слое анионита происходит обмен анионов SO₄^2-, NO^3-, NO^2-, HCO^3-, содержащихся в воде, на хлор, а в слое катионита «проскочившие» катионы жесткости обмениваются на Na⁺.

При этом в анионите протекают следующие  реакции:

Na₂SO₄ + 2АнCl ® АнSO₄ + 2NaCl                                                   

NaNO₃ + АнCl ® АнNO₃ + NaCl                                                       

NaНСO₃ + АнCl ® АнНСO₃ + NaCl                                                 

Методом Na-Cl-ионирования воды можно  снизить жесткость воды до 0,01 мг-экв/кг и щелочность до 0,2 мг-экв/кг.

4. Выбор схемы обработки исходной воды

Выбор схемы обработки воды для  котлов обуславливается:

• Качеством исходной воды;
• Требованиями к качеству пара, котловой и питательной воды.

Для выбора схемы обработки определим  основные показатели водно-химического  режима парового котла:

Величина продувки котла

 

(2.4.1)

 

Где - сухой остаток обработанной воды, мг/кг.

Для Na-катионирования   ;

- доля обработанной воды в  питательной;

- сухой остаток котловой воды, мг/кг

 

(2.4.2)

 

Где - расход химобработанной воды, м³/ч;

- расход питательной воды воды, м³/ч;

 

 

Относительная щелочность котловой воды равна относительной щелочности обработанной воды и определяется по формуле:

(2.4.3)

Где - относительная щелочность обработанной воды, мг-экв/кг. Для схемы натрий-катионирования принимается равной щелочности исходной воды мг-экв/кг.

 

 

Содержание углекислоты в паре при использовании деаэратора с  барботажем определяется по формуле:

(2.4.4)

Где - доля разложения Na₂CO₃ в котле =0,7;

- доля разложения Na₂CO₃ в котле =0,4

 

 

При ; и оптимальным способом очистки воды является натрий-хлор-ионирование. В качестве первой ступени ХВО выступает Na-катионитный фильтр, в качестве второй – Na-Cl-ионитный.

5. Подбор  натрий-катионитных фильтров

Расчет и выбор Na-катионитных фильтров ведется на основе следующих данных:

• производительность установки G_хво, м³/ч;
• общая жесткость воды, поступающей на фильтры Ж_о, г-экв/ м³;
• остаточная жесткость воды после фильтров Ж_ост, г-экв/ м³.

Технологические данные для расчета  Na-катионитных фильтров приведены в таблице 2.5.1.

 

 

 

 

 

Таблица 2.5.1 – Технологические  данные для расчета натрий-катионитных  фильтров

Показатель	Фильтр первой ступени	Фильтр второй ступени
Высота слоя катионита, м	2 – 2,5	1,5
Крупность зерен катионита, мм	0,5 – 1,1	0,5 - 1,1
Скорость фильтрования, м/ч, нормальная, в скобках максимальная (при регенерации одного из фильтров), при жесткости, мг-экв/л: до 5 до 10	25 (35) 15 (25)	40 (50)
Взрыхляющая промывка катионита: Интенсивность, кг/(м2×с), при крупности зерен катионита, мм 0,5 – 1,1 0,8 – 1,2 продолжительность2, мин	4 5 30 (15)	4 5 30 (15)
Удельный расход поваренной соли на регенерацию сульфоугля, г/г-экв, при двухступенчатом натрий-катионировании и жесткости обрабатываемой воды, мг-экв/л: до 5 до 10	100 – 120 120 –200	300 - 400
Концентрация регенерационного раствора, %	5 - 8	8 - 12
Скорость пропуска регенерационного раствора, м/ч	3 - 4	3 - 5
Отмывка катионита от продуктов  регенерации: скорость пропуска отмывочной воды через катионит, м/ч удельный расход отмывочной воды, м3/м3, при загрузке фильтра: сульфоуглем катионитом КУ-2	6 – 8   4 6	6 – 8   6 8

 

Подберем диаметр фильтра по скорости фильтрования. Рассчитаем живое  сечение фильтра:

(2.5.1)

где - скорость фильтрования. Принимаем ;

- производительность фильтра, м³/ч;

a – количество фильтров. Количество фильтров принимаем равное трем, один из которых является резервным и в расчете не участвует.

Исходя из рассчитанного живого сечения, выбираем стандартный фильтр с ближайшим сечением, диаметром D_у=700мм с площадью фильтрования ^. Это фильтр ФИПа I-0,7-0,6-Na производства саратовского завода энергетического машиностроения. Габаритные размеры фильтра приведены на рисунке 2.5.1.

Проверяем выбранный типоразмер фильтра

• по нормальной скорости (когда оба фильтра в работе):

(2.5.2)

• по максимальной скорости (когда один из фильтров регенерируется):

Нормальная и максимальная скорости лежат в рекомендуемых и допустимых пределах соответственно.

Количество солей жесткости, удаляемое  в Na-катионитных фильтрах:

(2.5.3)

где – общая жесткость воды, поступающей на фильтр, г-экв/м³;

Число регенераций натрий-катионитного фильтра в сутки:

(2.5.4)

Где – высота слоя катионита, м. Принимаем ;

 – рабочая обменная способность катионита. Принимаем ^.

Следовательно, регенерацию натрий-катионитного фильтра необходимо проводить два  раза в сутки.

Расход соли на одну регенерацию  определяется по выражению:

(2.5.5)

Где – удельный расход соли на регенерацию, г/г-экв обменной способности катионита. Принимаем .

Учитывая, что регенерация проводится 8% раствором соли, количество воды на одну регенерацию:

(2.5.6)

 

Рисунок 2.5.1 – Габаритные размеры фильтра  ФИПа I-0,7-0,6-Na

 

6. Подбор  натрий-хлор-ионитных фильтров

Расчет Na-Cl-ионитных фильтров ведется на основе следующих данных:

• производительность натрий-хлор-ионитных фильтров G_хво, м³/ч;
• остаточная щелочность обрабатываемой воды Щ_ост, мг-экв/л;
• качественный состав исходной воды (таблица 2.2.1).

Технологические данные для расчета  фильтров приведены в таблице  2.6.1.

 

Таблица 2.6.1 – Технологические данные для расчета хлор-ионитных фильтров

Показатель	Смешанный Na-Cl-ионитный фильтр
Высота слоя, м: анионита катионита	0,5-2,0 0,5 – 2,0
Крупность зерен анионита, мм	0,35 – 1,2
Скорость фильтрования, м/ч: допустимая рекомендуемая	4-30 15 - 20
Взрыхляющая промывка анионита: интенсивность, л/(с×м2) продолжительность, мин	3 15
Отмывка анионита: скорость отмывки, м/ч расход воды на отмывку анионита, м3/м3	6 - 8 4

 

Подберем диаметр фильтра по скорости фильтрования. Рассчитаем живое  сечение фильтра:

(2.6.1)

где – скорость фильтрования. Принимаем ;

– производительность фильтра, м³/ч;

a – количество фильтров. Количество фильтров принимаем равное трем, два фильтра работают попеременно, третий является резервным.

Исходя из рассчитанного живого сечения, выбираем ближайший стандартный фильтр диаметром D_у=1500мм с площадью фильтрования ^. Это фильтр саратовского завода энергетического машиностроения марки ФИСДВр-1,5-0,6. Габаритные размеры фильтры приведены на рисунке 2.6.1.

Проверяем выбранный типоразмер фильтра

• по нормальной скорости (при параллельной работе она же является максимальной):

(2.6.2)

Нормальная скорость лежит в допустимых пределах.

 

Количество удаляемых ионов  HCO₃:

(2.6.3)

где - щелочность исходной воды, г-экв/м³;

- остаточная щелочность после хлор-ионирования, г-экв/м³. Остаточная щелочность определяется по формуле:

	(2.6.4)

Число регенераций хлор-ионитного  фильтра в сутки:

(2.6.5)

Где – высота слоя анионита, м. Согласно данным завода-изготовителя ;

 – рабочая обменная способность анионита АВ-17 по иону HCO₃. В расчетах принимают ^.

Следовательно, регенерацию хлор-ионитного  фильтра необходимо проводить 1 раз  в 3 суток.

Расход соли на одну регенерацию  определяется по выражению:

(2.6.6)

Где - удельный расход соли на 1м³ анионита, кг.

Регенерация проводится 12% раствором  соли, следовательно количество воды на одну регенерацию:

(2.6.7)

 

 

 

 

Рисунок 2.6.1 – Габаритные размеры фильтра  ФИСДВр-1,5-0,6

 

 

7. Выбор солерастворителя

Солерастворитель предназначен для  приготовления раствора NaCl, использующегося в процессе регенерации Na-катионитных и Na-Cl-ионитных фильтров водоподготовительной установки. Солерастворитель выбираем исходя из массы соли, которая может быть загружена для приготовления раствора M_NaCl, кг.

В целях надежности и исключения ошибок при приготовлении регенерационных  растворов, для Na-катионитных и Na-Cl-ионитных фильтров используем отдельные солерастворители.