Учебная работа. Кондиціювання води в енергетиці. Содування в підготовці додаткової води теплових мереж

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Кондиціювання води в енергетиці. Содування в підготовці додаткової води теплових мереж

Пояснювальна записка

до дипломного проекту

бакалавр

на тему: «Кондиціювання води в енергетиці. Содування в підготовці додаткової води теплових мереж»

Вступ

Сучасні проблеми енергетики

Розвиток технічної цивілізації на Землі у ХХ ст. характеризується стрімким збільшенням енергоспоживання. За оцінками, в 1945-1998 рр. населення планети використало 2/3 всього палива, добутого людством за час свого існування. Такі бурхливі темпи розвитку енергетики спричинили появу низки гострих проблем.

На перший план виходить проблема ресурсозабезпеченості енергетичного господарства. З одного боку, сумарні запаси паливних ресурсів досить великі, до того ж щороку стають відомими нові поклади викопного палива. Крім того, сучасна технологія відкриває доступ до використання нетрадиційних джерел енергетики, це свідчить на користь того, що абсолютного дефіциту енергетичних ресурсів на планеті поки що не існує. З одного боку, спостерігається відносна ресурсна обмеженість, зумовлена можливістю швидкого вичерпання найбільш доступних родовищ і перехід до розробки складніших, що спричинює подорожчання енергоносіїв і робить використання більшої частини паливних ресурсів нерентабельним. Аналітики прогнозують наближення того моменту, коли енергетичні затрати на розвідування й добування головного виду палива — нафти за межами Близького сходу, перевищуватимуть кількість енергетики, яка може бути одержана з неї.

Але особливо загострилися проблеми, повязані з негативним впливом енергетики на стан навколишнього середовища. Викиди від роботи цієї галузі становлять 30% всіх твердих часток що надходять в атмосферу внаслідок господарської діяльності людини. За цим показником електростанції зрівнялися з підприємствами металургії і випереджають всі інші галузі промисловості. Крім того, енергетика дає до 63% сірчаного ангідриду і понад 53% оксидів озону, що надходять у повітря від стаціонарних джерел забруднення. вони є основним джерелом кислотних дощів в Україні. Рослини та океан вже не встигають поглинути всю кількість вуглекислоти, яка утворюється внаслідок спалювання органічного палива. Це веде до поступового збільшення її концентрації в атмосфері, що посилює парниковий ефект і викликає потепління клімату.

1. Попередня підготовка і кондиціювання води

1.1 Вихідні дані

Вихідною є вода р.Стирь з наступним хімічним складом:

біогенні компоненти: -головні іони:4+=1,46 мг/дм3; HCO3-=267 мг/дм3;2+=0,07 мг/дм3; SO42-=42, мг/дм3;3+=0,25 мг/дм3; Cl-=27, мг/дм3;=0,54 мг/дм3; Ca2+=84, мг/дм3;=0,09 мг/дм3; Mg2+=18,2 мг/дм3;= 5 мг/дм3; Na++K+=18,3 мг/дм3

окислюваність:

ПО=8,5 мгО2/дм3; Жз= 5,8 мг-экв/дм3;

БО= Блоки: 300 МВт 5 шт.

.2 Розрахунок і коригування вихідного складу води

Таблиця 2.1

Для початку знайдемо еквівалентні маси іонів:

Е = М / Z,

де М-молярна маса іона;заряд іона.

Е (Са2 +) = 40,08 / 2 = 20,04 г-екв;

Еквіваленти інших іонів вважаються аналогічно.

Розрахунок починаємо з аніонного складу води:

[С] = [Н] / Е,

де [Н] — концентрація іона, виражена в мг/дм3,

Е-еквівалент іона.

Розрахуємо катіонний склад води.

Правильність визначення концентрацій катіонів та аніонів, тобто солей, утворених еквівалентним кількістю іонів, перевіряють на підставі закону електронейтральності з рівняння:

Σ Kt = ΣAn.

При недотриманні цієї умови, слід скорегувати склад води. Це досягається шляхом додавання натрію Na +.

Т.ч. законПерерахуємо значення концентрацій домішок в інші види концентрацій:

[N] = [Н] / (М.1000), моль / дм3;

Перерахунок інших концентрацій здійснюється аналогічно.

[С] = [Н] / 104,%

Іонна сила розчину дорівнює напівсумі творів молярних концентрацій на квадрати їх зарядів.

μ = 0,5

Коефіцієнт активності — функція іонної сили розчину:f’ = -0.5Zi2 ,= 10,

Концентрація в природних водах не диссоційованих молекул Н2СО3 становить зазвичай лише долі відсотка від загальної кількості вільної вуглекислоти, під яким розуміють суму Н2СО3 + СО2.

Рівноважне значення суми Н2СО3 + СО2, моль / кг

Н2СО3+ СО2 = ,

та рН — рівноваження :

Так, як Іс> 1, то вода схильна до серйозного накипформування.

1.3 Коагуляція вихідної води

В даному випадку, як коагулянт використовувався сірчанокислий алюміній Al2(SO4)3.

Доза додающого коагулянту:

k = 0,07.ПО = 0,07.8,9 = 1,5мг-екв/дм3.

Т.к. Dk>0,5 приймаємо це значення рівне 1,5 мг-екв/дм3.

Оптимальне значення рН при коагуляції з сірчанокислим алюмінієм знаходиться в інтервалі 5,5 — 7,5. Значення величини рН середовища при коагуляції впливає на швидкість і повноту гідролізу.

При коагуляції в оброблюваної воді збільшується вміст сульфатів, але зменшується бикарбонатная лужність на дозу коагулянту. Катіонний склад води не змінюється.

Таблиця 2а. Коагуляція вихідної води

Висновок: Величина pH має оптимальне значення, тому входить в інтервал 5,5-8. Бікарбонатна лужність збільшилася на дозу коагулянту, а вміст сульфатів збільшилася.

.4 Коагуляція з вапнуванням вихідної води (гідратний режим)

Гідратний режим вапнування сприятливий для видалення магнію, сполук заліза, кремнію і для освітлення води.

Для розрахунку даної таблиці використовували коагулянт — сірчанокисле залізо FeSO4 і гашене вапно Са (ОН) 2. Оптимальне значення рН знаходиться в інтервалі 9 — 10,5. Доза коагулянту Dk = 0,5 мг-екв/дм3.

Доза вапна вважається таким чином:

и = СО2вих + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-екв/дм3;

Прийнявши значення ОН, визначаємо залишкову концентрацію іона

Mg2+.Mg2+ост = мг-экв/дм3.

Використовуючи законКонцентрація сульфатів збільшується на дозу коагулянту.

Таблиця 2б.Коагуляція з вапнуванням вихідної води

1.5 Коагуляція та вапнування вихідної води (карбонатний режим)

В якості коагулянту використовується сірчанокисле залізо, доза якогоk = 0,5 мг-екв/дм3.

Доза вапна вважається таким чином:

и = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-екв/дм3;

Прийнявши значенняОН, визначаємо залишкову концентрацію іона Mg2+.

Mg2+ост = мг-екв/дм3.

Концентрацію магнію не змінюється.

Залишкова концентрація кальцію розраховується із закону електронейтральності (концентрація іонів магнію і натрію не змінюється):

Карбонатний режим застосовують: 1) коли вимушено доводиться використовувати як коагулянт сірчанокислий алюміній; 2) при необхідності виключити виділення магнієвих сполук, щоб у разі дотримання певних гідравлічних умов отримувати при вапнуванні крупнокрісталічний осад. При карбонатному режимі дещо зменшується витрата вапна (порівняно з гідратним режимом).

Таблиця 2в. Коагуляція та вапнування вихідної води

1.6 Коагуляція з вапнуванням і магнезіальних

Знекремнювання вихідної води

Основним з числа методів магнезіального знезкремнювання води є метод знезкремнювання каустичним магнезитом.

Одночасно з знекремнювання води проводять її вапнування і коагуляцію.

Вапнування при магнезіальному знекремнювання проводиться для того, щоб знизити лужність води і створити належну величину рН.

При рН <10 видалення кремнекислих з'єднань буде ускладнено через недостатню дисоціацію Н2SiО3. Крім того, внаслідок низької концентрації у воді іонів ОН-знекремлюючий реагент буде взаємодіяти з бікарбонат-іонами вихідної води, вільної вугільної кислотою, а також введенням в воду коагулянтом:

МgО + Н2О → Мg(ОН)2 → Мg2+ + 2ОН-;

ОН- + Н+ → Н2О;

НСО3- → СО32- + Н+;

СО2 + Н2О → Н2СО3 → Н+ + НСО3- → 2 Н+ + СО32-;

СО32- + Са2+ → СаСО3↓;

ОН- + Fе2+ → Fе(ОН)2.

Експериментальні дані підтверджують, що знекремнювання найбільш ефективно відбувається у вузькому інтервалі величин рН = 10,1 — 10,3, досягаючи в окремих випадках 10,4. Оптимум рН кілька різний для різних вод.

Доза вапна вважається таким чином:

и = СО2вих + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/дм3;

При розрахунку даної таблиці використовували коагулянт FeSO4, доза якого Dk = 1,2 мг-экв/дм3, залишкову концентрацію кальцію визначаємо із закону електронейтральності.

Таблиця 2д. Коагуляція з вапнуванням і магнезіальним знекремнюванням вихідної води

Висновок: Для даних вод з вмістом ГДП> 2 мг /дм3, Ок> 4 мгО2 /дм3, Жк> 2 мг-екв /дм3, ЖНК <10 мг-екв /дм3, оптимальною схемою предочистки К+Иг+Ф

1.7 Розрахунок продуктивності ВПУ

Продуктивність ВПУ по знесоленої воді:

,

де — втрата сумарною паропродуктивності парогенераторів, т / год:

,

— частка втрати пари і конденсату в контурі блоку;=5 — кількість енергоблоків на станції;

— паропродуктивність парогенератора, т / год:

— додаткова продуктивність установки, що залежить від потужності блоку, т / год:

— додаткова продуктивність ВПУ, пов’язана з можливою втратою конденсату при розігріві мазуту, т / год:Для АЕС =0;

— втрати пари конденсату, які виникають в тепломережах, т / год:

,

— частка втрати конденсату в подогревателях води теплових мереж;1 — астка відбору пари на підігрів води в теплових мережах;

— додаткова продуктивність для компенсації відпустки води на інші об‘єкти, т / год:

Кількість вихідної води, що надходить в освітлювач, т / год:

х — частка втрати води з продувкою води (при зневодненні шламу і поверненні фугату в освітлювач х = 0);

х1 — частка втрати на власні потреби.

Висновок: Кількість води, що надходить в освітлювачі на обробку вапном і іншими реагентами становить Qдвб = 217,95 т / год Виходячи з цього ми можемо вибрати тип освітлювачів та їх кількість.

1.8 Перевірочний розрахунок освітлювача

Вибираємо 1 освітлювач ВТІ-160

Продуктивність освітлювача:, :

.

где — площа поперечного перерізу зони контактного середовища,

=53,

— розрахункова швидкість висхідного руху води на виході з контактної зони освітлювача, :

: где — умовна швидкість вільного осадження шламу, мм / с (знаходимо по):

где — доза коагулянту, мг-екв/дм3,

Э — еквівалент коагулянту- температура води в інтервалі С;

— об’ємна концентрація шламу в зоні контактного середовища освітлювача, мл / мл:

,

где П — прозорість води по хресту, см:

П=300,

=1 (по діаметру освітлювача),

Наведена висота зони контактного середовища освітлювача, м:

=2,2 м,

— сумарна кількість грубодисперсних домішок, що надходять в освітлювач і утворюються в ньому, мг / дм3

Обраний освітлювач ВТІ-160 підходить нам по продуктивності.

1.9 Розрахунок і вибір основного обладнання

1.10 Розрахунок складу домішок по етапах обробки

1.11 Графічне представлення цієї таблиці зображено на діаграмі

1.12 Зворотні системи охолодження (ОСО)

Таблиця 7

Розрахунок втрат води у ЗСО

В результаті циркуляції по замкнутому циклу в системі охолодження частина оборотної води виводиться із системи внаслідок випаровування, частина виноситься з градирні у вигляді краплинного віднесення і, нарешті, ще одна її частина виводиться з системи у вигляді продувки або на технологічні потреби. Коэффициент концентрирования не выпадающих в осадок солей:

,

где к — залежить від температури повітря,

∆t — охолодження води в градирні, приймається 5-10.

вибирається залежно від виду градирні. Вибираємо баштову градірню c краплевловлювачем. Для неї:

=0,05.

задаємося в кожному випадку окремо.

ЗСО1

Т.к. концентрація НСО3-у вихідній воді більше 3 мг-екв /дм3, розрахунок не проводиться, тому що система є недоцільною

ЗСО2

Для попередження випадіння гіпсу необхідно витримувати таку нерівність:

2+ ≤ .

де, ПРCaSO4 = 2,5×10-5 (моль/дм3)2.

Додаємо оксіетілдіфосфорну та сірчану кислоту. Перевіряємо, чи випаде в осад :

≤ 2,5·10-5(табличне значення), значить не випаде.

Доза сірчаної кислоти:

Розраховуємо для даної системи охолодження

.

Висновки: Для даної вихідної води з вмістом ГДП> 2 мг / дм3, Ок> 4 мгО2 / дм3, Жк> 2 мг-екв/дм3, ЖНК <10 мг-екв /дм3, концентрацією оптимальним є гідратний режим вапнування при якому величина продувки має мінімальне значення і витрати на реагенти менші.

2. Розрахунок ВХР теплових мереж

2.1 Призначення тепломереж

Тепломережі — це системи, що забезпечують теплом та підігрітою водою промислові та суспільні об‘єкти, а також побутові потреби населення. Головним робочим середовищем у тепломережах є вода. З огляду на те, що вона може безпосередньо використовуватись населенням, її склад повинен відповідати санітарним та безпечним умовам та повинен бути близьким до складу природної води. Оскільки вода у тепломережах має підвищену температуру (170 — 30 оС ), то це призводить до підвищеної небезпеки відкладень та зростання інтенсивності корозійних процесів. задача організації водного режиму якраз направлена на попередження негативних наслідків вказаних явищ.

У даній частині роботи передбачається розрахувати як енергобалансові та температурні характеристики тепломереж з побудовою графіку температурного режиму так і показники, що дозволяють судити про вірогідність процесів відкладень та корозії у тому числі і побудову графіку залежності індексу Ланжелье від температури.

Таблиця 1.

Вихідні дані для розрахунку

Вид системиРайон розміщення (місто)Кількість жителів mжСуспільні об‘єкти V, м3Підприємства прод. mпр, т/год V,м3 Nэ, МВтДжерело водопостачанняАЄС, закрита;пгт;30000Кіно,4000 Лікар,8000Жесть, 4, 100000 3р.Стир

2.2 Вибір типу тепломережі

Тип тепломережі вибирається самостійно, керуючись перш за все кількістю жителів, районом розміщення, наявністю суспільних та промислових об‘єктів. Проте за звичай слід надавати перевагу теплопостачанню від теплової електростанції чи теплоелектроцентралі, оскільки комбіноване вироблення електрики та тепла завжди зменшує потребу у паливі і у більшості випадків економічно доцільне. Тільки у випадках невеликих потреб у теплі можливо використання відокремлених систем теплопостачання на основі невеликих котелень. Окрім того при великих потребах у теплі та розгалужених та великої довжини магістралях можливо використання проміжних теплових пунктів, які централізовано постачають тепло окремим районам міста, чи будівлям.

Приклад схеми теплопостачання міста розташованого поблизу теплової чи атомної електростанції наводиться на рис.1.

Рис.1 Схема теплопостачання від АЕС.

— ПГ, 2- турбіна, 3-електрогенератор, 4-конденсатор, 5-мережний підігрівач першої сходинки (основний), 6 — мережний підігрівач другої сходинки (додатковий), 7- піковий котел, 8- насос тепломережі, 9- нагнітальний насос тепломережі, 10- хімводоочистка додаткової води тепломережі, 11- деаератор додаткової води тепломережі , 12- насос додаткової води тепломережі,13- регулятор підживлювальної води , 14- насос хімочищеної води тепломережі, 15,16 — колектори розподілу прямої води та збору зворотньої води тепломережі, 17- опалювальні прилади, 18 — системи споживання горячої води, 19-конденсатний насос, 20, 21,22 — підігрівачі низького тиску (ПНТ), 23-РОУ, 24- основний деаератор живильної води котла, 25 — живильний насос, 26 підігрівач високого тиску (ПВТ), 27- насос холодної води, 28-підігрівач води гарячого постачання.

2.3 Розрахунок об‘ємів помешкань, що опалюються та потреб ( витрат) тепла

.3.1 об‘єм житлових будинків

У першому наближені його можливо оцінити за рівнянням:

ж = fптmжHпр =20·30000·3=18· м3(2.1)

де Vж — об‘єм житлових будівель, м3; fпт — питома житлова площа на одного мешканця ( залежить від місця проживання в середньому можливо приймати 20 м2/чол); mж — кількість жителів; Hпр — середня висота приміщень ( 3 — 3,4 м ).

2.2 Витрати тепла на опалення житла

.2.1 Питомі втрати тепла

Розраховуються за рівнянням, що враховує час спорудження житла.

= = 0,244 Вт/(м3 К)(2.2)

де — питомі втрати, Вт/(м3 К); а та n — приймають значення, відповідно: для будинків, збудованих після 1958 р. а = 1,52 , n = 8; Vж — об‘єм житлових будівель, м3 ;β — коефіцієнт, що враховує кліматичні умови.

.2.2 Теплові втрати тепла

Вони пов’язані з теплопередачею тепла через стіни та покрівлю і поли та визначаються за розрахованими питомими втратами.

Qт = q0Vж(tв — tн)=0,2443·1800000·(17+25)=18908820 Вт(2.3)

де Qт- втрати тепла через теплообмін у Вт, чи МВт; tв — температура повітря у приміщенні ( при знаходженні розрахункових втрат — розрахункова температура повітря tв = 14…20 0С, в залежності від призначення житла ; tн — температура повітря навколишнього середовища .

2.2.3 Витрати тепла на опалення житла

Визначаються за рівнянням, що враховує не тільки власне втрати тепла через стіни, а також втрати тепла повязані з фільтрацією повітря із помешкання в навколишнє середовище через нещільності та прорізи, які періодично відкриваються, за умови, що організована механічна вентиляція відсутня:

жот= Qт (1+ μ) — Qтв =18908820·(1+0,03) -3944500=20114659 Вт(2.4)

вода коагуляція тепломережа підігрівач

де Qжот — витрати тепла на опалення приміщень у Вт ( МВт); Qт- втрати тепла через теплообмін , Вт; μ- коефіцієнт, який враховує втрати на фільтрацію ( 0,03 …0,06); Qтв — внутрішні тепловиділення у приміщенні, повязані з приготуванням їжі, роботою побутових пристроїв, тепловипромінюванням помешканців), МВт.

Qтво=b*µтв* =10*0,25*=1580000 Вт

де b10 Вт/м2, 0,25 — коефіцієнт, який враховує нерівномірність включення освітлення на протязі доби.

твл=mк*µтв*Ф1=30000*0,5*125,4=1881000 Вт

к- ккількість людей

Ф1-потужність тепловиділення 125,4 для температури 18

µтв- час перебування людини в приміщенні 0,5-0,75тв=Qтвл+Qтво=1881000+1580000=3461000 Вт

2.3 Витрати тепла на опалення суспільних приміщень

.3.1 Питомі втрати тепла

Для Кінотеатру : =Вт/(м3 К).

Для Лікарні: = = 0,519 Вт/(м3 К).

2.3.2 Теплові втрати тепла

Вони пов’язані з теплопередачею тепла через стіни та покрівлю і поли та визначаються за розрахованими питомими втратами, використовуючи знайдене для них qо та розрахункові температури повітря для таких приміщень та розрахункову температуру навколишнього середовища для опалення tно=-25оС , яка відповідає . Для кожного з приміщень розрахунок ведемо окремо, а наприкінці визначають сумарні втрати.

Для Кінотеатру: Qт = q0Vж(tв — tн)=0,·4000·(14+25)=88140 Вт

Для Лікарні: Qт = q0Vж(tв — tн)=0,519·8000·(16+25)=170232 Вт(2.5)

2.3.3 Витрати тепла на опалення суспільних приміщень Qсот

Для клубу: Qсот= Qт (1+ μ) — Qтв =88140·(1+0,25)-3333=106842 Вт

Для ресторану: Qсот=Qт (1+ μ) — Qтв =170232·(1+0,25)-6666=206124 Вт

де Qжот — витрати тепла на опалення приміщень у Вт ( МВт); Qт- втрати тепла через теплообмін , Вт; μ- коефіцієнт, який враховує втрати на фільтрацію ( 0,25 …0,35); Qтв — внутрішні тепловиділення у приміщенні, повязані з приготуванням їжі, роботою побуто

Для Кінотеатру: Q=b*µтв* =10*0,25*=3333Вт

Для Лікарні: Q=b*µтв* =10*0,25*=6666 Вт

де b10 Вт/м2, 0,25 — коефіцієнт, який враховує нерівномірність включення освітлення на протязі доби.(2.6)

2.4 Витрати тепла на опалення промислових будівель Qпбот

Визначаються у тій же послідовності та за тими ж рівняннями, що і для житлових приміщень, змінюються тільки температурні умови та коефіцієнт фільтрації (як для суспільних приміщень), а також внутрішнє тепловиділення, яке може бути значним. Однак при розрахунку питомих втрат тепла додатково вводять поправку на нерівномірність опалення у вихідні дні та при відсутності роботи ( вночі). Поправочний коефіцієнт в межах 0,5..0.7., тобто q0пр = (0,5…0,7)q0.

= =0,440Вт/(м3 К);т = q0Vж(tв — tн)=0,18·30000·(14+25)=210600 Вт;(2.7)твпр=N (1 — ηе)=1,5· (1-0,95)=75000 Вт;(2.8)пбот=Qт (1+ μ) — Qтв=331032·(1+0,25)-75000=338790 Вт.(2.9)

2.5 Витрати тепла на промислові потреби

Такі потреби дуже різноманітні та залежать від продукції підприємств. В узагальненому розрахунку виходять із даних, які накопичені досвідом роботи подібних підприємств. Розрахункові потреби тепла для споживачів знаходяться окремо, оскільки вони частіше всього забезпечуються подачею на підприємство пари відповідних параметрів. Для ефективного теплопостачання цих споживачів у цьому випадку на ТЕС використовують спеціальні теплофікаційні турбіни, здатні постачати такий пар з змінними витратами. Такі ТЕС називають теплоелектроцентралями ( ТЕЦ ). Теплові витрати у цьому випадку розраховуються:

пр=qпрmпр/3,6 =75·4/3,6=83333333 Вт(2.10)

де qпр — питомі витрати тепла на одиницю продукції, наприклад, ГДж/т; mпр- продуктивність підприємства т/год.

2.6 Витрати тепла на вентиляцію

.6.1 Для жилих приміщень

Оскільки вони , як правило, не оснащуються примусовою вентиляцією, то витрати пов’язані з повітрообміном для них враховуються коефіцієнтом інфільтрації, тому окремо не розраховуються.

.6.2 Для суспільних та промислових приміщень

Ці затрати розраховуються подібно до затрат на опалення, оскільки вони залежать від об‘єму приміщень.

Для Суспільних:

в = mксрVв(tвн — tн) = 3,5··18·105·(18+10)=17645840 Вт

Для Кінотеатру:

в = mксрVв(tвн — tн) = 3,5·10-⁴·4000·(14+10)=33620 Вт.

Для Лікарні:

в = mксрVв(tвн — tн) = 3,5·10-⁴·8000·(16+10)=72800 Вт.

Для промислових приміщень:

в = qвVв(tв — tнв)= 3,5·10-⁴·30000(14+10)=252000 Вт.

де mк — кратність повітрообміну, величина, яка встановлюється санітарними нормами та правилами безпеки; ср- питома об‘ємна теплоємність повітря , кДж/(м3 К); Vв — об’єм приміщень, що оснащені вентиляцією, м3; tв — температура повітря у приміщенні; tнв — розрахункова температура зовнішнього повітря для вентиляції, qв=mкср — питомі витрати тепла на вентиляцію.

2.6.3 Всього тепла на вентиляцію

Після розрахунку витрат тепла на для окремих об‘єктів. Знаходять сумарні витрати тепла на вентиляцію:

в∑ =∑Qві=17645840+33620+72800+252000=18004260 Вт(2.11)

2.7 Витрати тепла на постачання підігрітої води

Постачання нагрітою водою відрізняється від постачання тепла на опалення, оскільки у цьому випадку до споживача надходить не тільки тепло у вигляді нагрітої води, а також і сама вода. При цьому вона повинна відповідати за своїм складом та санітарними нормами вимогам до питної води. Для води систем опалення такі жорсткі вимоги можуть не використовуватись. Якраз з цим пов’язано використання так званих відкритих та закритих систем тепломережі. У випадку відкритої системи склад води у опалювальних приладах та нагрітої води однаковий. У випадку закритої системи він може відрізнятися. Поняття закритої та відкритої систем теплопостачання близькі до понять залежної та незалежної схем теплопостачання. Різниця полягає у тому, що незалежна схема постачання передбачає фактично два незалежних контури тепломереж: зовнішній замкнутий, у якому циркулює вода між джерелом теплопостачання та споживачем. Витрати цієї води постійні, втрат води майже немає. Другий контур тепломереж доставляє гарячу воду як для опалення так і для споживання у будівлі. Обидва контури контактують тільки через поверхню підігрівача.

Залежна схема теплопостачання має об‘єднаний (єдиний) контур циркулюючої води, однак споживачі можуть також підключатися по закритій та відкритих схемах. Просто в закритому варіанті схеми для цілей постачання нагрітою водою використовується окремий теплообмінник гарячої води, а вода для опалення іде з основного контуру.

Залежна схема може забезпечити більш високі температури роботи опалювальних приладі, але при її використанні тиск у мережі повинен бути більш високим, що збільшує вірогідність розривів та втрат води.

Тому в практиці роботи тепломереж перевагу віддають незалежним схемам теплопостачання з використанням групових теплових пунктів (ГТП), від яких безпосереднє постачання теплом ведеться по закритих схемах — окремо водою для опалення та гарячою водою.

2.7.1 Середньогодинні витрати тепла на гарячу воду

Витрати тепла на гарячу воду на протязі доби дуже змінюються, значні відмінності є також за окремими днями тижня, тому в розрахунках використовують залежність, яка узагальнює статистичний досвід, накопичений практикою споживання гарячої води.

гср =0,278∙10-6m(a + b)cр(tг — tх)/nс;(2.12)

гср =0,278∙ ∙30000∙ (120+20) ∙4,19∙ (60-5) /24=12379958 Вт;

де Qгср — середньодобове теплове навантаження , Вт; 0,278∙10-6 — коефіцієнт перерахунку одиниць виміру; m- число мешканців ( споживачів) гарячої води; a — середньодобові витрати гарячої води на 1 мешканця ( 120 л/год); b — додаткові добові витрати води, повязані з її використанням суспільними підприємствами ( 20 л/год); cр — теплоємність води , ( 4,19 кДж/(кг К); tг — температура гарячої води ( 60 оС); tх — температура холодної води ( 5 оС); nс — продовжність користування гарячою водою за добу , за звичай — 24 год/добу.

2.7.2 Розрахункові витрати тепла на постачання гарячої води

Вони враховують нерівномірність споживання нагрітої води на протязі тижня, а також доби.

гр= χт χдQгср=1,1∙1,7∙12379958=23150521 Вт;(2.13)

де χт — коефіцієнт тижневої нерівномірності нагрузки ( 1 …1,2);

χд — коефіцієнт добової нерівномірності нагрузки ( 1,7…2,0).

2.8 Розрахункова теплова потужність підігрівачів тепломережі

Як видно із схеми на АЕС використовується двохсходинковий підігрів води. Сумарна їх теплова потужність знаходиться як сума всіх розрахованих раніше потреб у теплі.

∑тм =∑ Qі = Qжот+Qсот + Qпбот + Qв∑ + Qгр , Вт

∑тм=20114659+106842+206124+338790+18004260+23150521=61921196,Вт

Складові рівняння розглянуті раніше.

2.9 Розрахункова теплова потужність (парова) на промислові потреби

Вона приймається по фактичній потребі у парі і звичайно є предметом договору про теплопостачання з відповідним підприємством.

При відсутності таких відомостей — розраховується таким чином:

пр= qпр mпр/3,6 =75*4/3,6 = 83333333 Вт(2.15)

2.10 Розподіл теплової потужності між підігрівачами тепломережі

Підвищення економічності роботи тепломережі досягається за рахунок ефективного розподілу теплової потужності між підігрівачами тепломережі, включаючи також піковий котел, який використовується для досягнення максимальної потужності у найбільш холодний період опалення.

2.10.1 Навантаження основного підігрівача

Основним підігрівачем є підігрівач, який використовує гріючу пару найбільш низького потенціалу із відборів турбіни — на схемі це підігрівач — 5.

Бажано, щоб він забезпечував основне теплове навантаження опалення, яку можливо розрахувати, використовуючи поняття середньої розрахункової температури навколишнього середовища за період опалення tср.

т5=Qжот(tжо-tср)/(tжо-tн)+Qсот(tсо-tср)/(tсо-tн)+Qпбот(tпо-tср)/(tпо-tн)+

+Qв∑(tпо-tср)/(tпо-tвн)+Qгр(tг-tхср)/(tг-tх), Вт;

т5=(20114659*0,46)+(106842*0,4)+( 206124*0,43)+( 338790*0,4)+

( 18004260*0,7)+( 7620*0,65)+( 19459*0,68)+( 217728*0,65)+

( 23150521*0,92)=43580797 Втт5=43,580МВт

де Qі — відповідні теплові потоки .

2.10.2 Навантаження пікового котла ( підігрівача)

На схемі рис.1 цей елемент показаний під номером 6. Згідно з практикою роботи тепломереж він вмикається та працює у період найбільш низьких температур. Звичайно такий період складає до 5% від загальної тривалості опалювального сезону. Маючи дані про τкр та τот , розраховують навантаження пікової котельні:

т7 = Q∑тмτкр/τот, Втт7=58631645*= 122149 Вт

Qт7=0,122 МВт(2.16)

2.10.3 Навантаження підігрівача другої сходинки (додаткового)

Цей підігрівач показаний на рис.1 під номером 6. Його задача забезпечити температурний режим тепломережі в умовах, коли температура навколишнього середовища нижче середньої розрахункової . Фактично це різниця між загальною розрахунковою потребою у теплі та тією часткою, яка покривається основним підігрівачем та піковою котельнею.

т6 = Q∑тм — Qт5 =58631645-43580797=15050848 Вт

Qт6=15,050 МВт(2.17)

3. Вибір підігрівачів тепломережі та побудова графіку якісного регулювання режиму роботи

.1 Вибір підігрівачів

Вибір підігрівачів тепломережі виконується по розрахованій тепловій потужності основної, додаткової та пікової сходинки, а також використовуючи каталог підігрівачів, що випускається промисловістю. Для кожної сходинки бажано мати не менше ніж два паралельно працюючих підігрівача. Сумарна їх потужність повинна бути близькою до розрахованої з невеликим запасом.

Використовуючи каталог підігрівачів було вибрано

два підігрівача ПСВ-125-7-15 для першої сходинки

підігрівач ПСВ-125-7-15 для другої.

Також вибрали тип котла для пікового підігрівача.

Це підігрівач КВ-ГМ-4.

3.2 Побудова графіка якісного регулювання опалювального навантаження

.2.1 Початкові дані

.2.1.1 Схеми потоків у тепломережі споживача

На рисунках вказані також основні параметри та температури тепломережі: m1 — витрати води на опалення у тепломережі, кг/с, Gр — потік оборотної води на рециркуляцію. Він визначається коефіцієнтом ежекції елеватора Gр= m1u, де коефіцієнт ежекції u= 1,5…2,5 . Gц- витрати води у внутрішньому контурові циркуляції споживача, кг/с.

Вибір цієї величини довільний, однак слід прийняти до уваги, що вона може вибиратися аналогічно величині рециркуляції у випадку залежної схеми з використанням подібного коефіцієнту , збережемо його позначення — u . Однак, його зміст інший — він вказує на величину надлишку(питомих витрат) води у тепломережі споживача по відношенню до витрат води у тепломережі m1, тому, у випадку m1н = m1 , Gц= m1(1+u) ( коли елеватор відсутній, а рециркуляція є, то u має зміст коефіцієнту змішування). Величину питомих витрат можливо приймати u = 1…4. Більшим питомим витратам відповідає краще вирівнювання температури води у окремих абонентів.

Величини: t01, t02 ,t3, t4, tв,- характеризують температури відповідно прямої води, оборотної води, води після ежектора чи підігрівача, оборотної води у циркуляційному контурові незалежної схеми, температури повітря у приміщені.

Рис. 2. Залежна схема Рис. 3 Незалежна схема

3.2.1.2 Температурні вихідні дані

температура повітря у приміщенні tв — залежить від виду приміщення, що опалюється. коли до тепломережі підключені різні споживачі то приймають до розрахунку найбільшу температуру.

Різниця в температурі прямої та оборотної води тепломережі при тепловому навантаженні, яке відповідає розрахунковій температурі навколишнього середовища δtо = 25…80 оС. Вибираючи цю величину ми визначаємо кількість ліній, з постійним значенням δtо, які будуть нанесені на графік.

температура оборотної води у тепломережі tо2 при номінальному (розрахунковому) тепловому навантаженні. Розрахункове теплове навантаження характеризується величиною відносного теплового навантаження Qвід = Qт/Qто.

Відносне навантаження змінюється від Qвід = 0 при температурі навколишнього середовища 8 оС та до Qвід = 1 при розрахунковій температурі навколишнього середовища для даної місцевості. таким чином Qвід =1 відповідає номінальному режимові для якого tо2 може приймати значення від 40 до 80 оС.

Перераховані вище температурні дані достатні для залежної схеми підключення споживачів. При незалежній схемі підключення споживачів додатково потрібно вибрати (задатись) недогрів води у підігрівачі ( див. рис.3) θ=tо1-t3.Він складає θ = 5 …15 оС.

3.2.2 Розрахунок температурного режиму та даних для побудови графіку

.2.2.1 Розрахунок температурного напору у абонентських приладах

При розрахунковому режимові, нехтуючи зміною теплоємності води та використовуючи правило змішування потоків у елеваторові , знайдемо вираз для температурного напору у абонентських приладах:

Δtо= δtо/(2(1+u)) +tо2- tв =50/(2∙ (1+2))+60-18=50,3оС;(3.18)

де змінні розшифровані раніше.

3.2.2.2 Розрахунок зміни температур води у абонентській мережі

Величина зміни температур у абонентській мережі δtоам відрізняється від зміни температур у тепловій мережі внаслідок більшої кількості циркулюючої води.

δtоам=δtо/(1+u)=50/(1+2)=16,7оС(3.19)

3.2.2.3 Розрахунок температури води у прямій лінії

При повному навантаженні (Qвід = 1 ) температуру води у трубопроводі, що подає воду споживачам, можливо розрахувати за співвідношенням:

о1 = tв+ Δtо (Qвід)0,8 + (δtо-δtоам/2)Qвід=18+50,3∙+(50-16,7/2) ∙1=109,95 оС

позначення розглянуті вище.

Контрольний розрахунок:

о1 = tо2+ δtо=59,95+50=109,95оС

3.2.2.4 Контрольний розрахунок температури води у зворотній лінії

Можливо виконати за співвідношенням:

о2 = tв+ Δtо (Qвід)0,8 — (δtоам/2)Qвід=18+50,3∙-(16,7/2) ∙1=59,95оС

.2.2.5 Розрахунок проміжних температур для побудови графіку

Графік навантаження тепломережі будується на основі попередніх розрахунків. Для цього задаємося значеннями Qвід у інтервалі від 0 до 1 розраховуємо проміжні температури, їх позначаємо без нижнього індексу „о та заповнюємо таблицю 3.2.Тоді рівняння для поточних температур:

1 = tв+ Δtо (Qвід)0,8 + (δtо-δtоам/2)Qвід,2 = tв+ Δtо (Qвід)0,8 — (δtоам/2)Qвід.

У таблиці наведемо також значення поточної температури t3 за рівнянням:

3= (t1+ ut2)/(1+u) .

При незалежній схемі і m1н = m1 , t3н= t3- θ .

Таблиця 2.

Розрахункові дані для побудови температурного графіку тепломережі

Qвід00,20,40,60,81t1 , оС1840,2758,9576,693,64109,95t2, оС1830,2138,8346,4253,459,95t3, оС1833,5645,5456,4866,876,6t3н, оС1823,5635,5446,4856,866,6

За даними таблиці будуємо температурний графік якісного регулювання навантаження опалення рис. 4.

Рис.4. Температурний графік якісного регулювання навантаження опалення.

Для зручності використання графіку у його нижній частині будуємо допоміжний графік, який дозволяє вибирати бажане навантаження тепломережі в залежності від поточної температури навколишнього середовища. Це пряма лінія, яка будується по двох точках: для однієї точки параметри Qвід=1 та tно; для другої точки параметри Qвід=0 та tоп= 8оС — температура, при якій розпочинається та закінчується опалювальний сезон.

4. Розрахунок витрат мережної та додаткової води тепломережі

.1 Кількість води, що циркулює у тепломережі

Оскільки теплова потужність тепломережі регулюється якісним шляхом, тобто зміною температури прямої та оборотної води, то витрати води у тепломережі постійні і розраховуються за рівнянням енергобалансу:

1= (Q∑тм)/(ср(tо1 — tо2))=58632/(4,19·(109,95-59,95))=279,9 кг/с(4.20)

де Q∑тм — теплова потужність тепломережі , кВт; ср — теплоємність води, кДж/(кг К); tо1 , tо2 — температури води у прямій та зворотній лінії тепломережі при номінальному режимові.

4.2 Перевірка допустимості таких витрат для вибраних підігрівачів

Співставляємо паспортні витрати вибраних підігрівачів з розрахованими: для основних підігрівачів витрата за паспортною характеристикою Gв=2·138,9=277,8кг/с, що на 0,75% менше, ніж витрата в мережі. Отже, вибрані підігрівачі можна використовувати.

У розділах по необхідній потужності тепломережі вибрані підігрівачі для першої та другої сходинки, а також піковий котел. Зіставляємо тепер паспортні витрати води через них з розрахованими, враховуючи паралельність підключення на окремих сходинках. Якщо ці витрати відрізняються не більш ніж на 50%, то вибрані підігрівачі доцільно використовувати, у противному випадку слід переглянути прийняте рішення та вибрати інші підігрівачі. Після співставлення паспортних витрат та розрахункових, можемо зробити висновок, що вибрані підігрівачі доцільно використовувати.

4.3 Додаткова вода тепломережі

.3.1.1 Додаткова вода зовнішньої тепломережі

Оскільки зовнішня мережа утворює замкнутий циркуляційний контур то вимоги до складу додаткової води, що йде на поповнення втрат — високі. З неї потрібно: видалити солі жорсткості, щоб запобігти їх відкладень; кисень , щоб звести до мінімуму корозійні процеси. Знижує інтенсивність корозії також підвищене рН води, тому в неї можливо ввести в контур відповідні добавки, що корегують.

Витрати цієї додаткової води:

дв1= d m1=0,01∙279,9=2,799 кг/с

Додаткова вода тепломережі споживачів

дв = d* m1+ m2=d*m1+m*(a+b),

дв=0,01*279,9+35000*(120+20)=4900 т/с

де — кількість мешканців,

— витрата води на одного мешканця.

— додаткові витрати води на одного мешканця

. Визначення індекса стабільності води ( індекса Ланжельє)

.1 Початкові дані

По відомому джерелу водопостачання виписують склад домішок, Жз, Лз, а також значення рН вихідної води.

Жз=26,6 мг-екв/дм3

Лз=8,5 мг-екв/дм3

рН=7,6.

Перевіряють цей склад води по іонному складові на електронейтральність і при необхідності — корегують.

5.2 Розрахунок іонної сили вихідної води

μ = 0,5 ∑сі z2і =0,5 ∑сеі zі,

μ=0,5*(4*11,98+4*7,10+35,28+3,49+19,289+4*31,58)*0,001=0,130 (5.22)

де сі — мольна концентрація і-ї домішки у воді, моль/л; сеі — еквівалентна концентрація її домішки у воді, г-екв/л; zі — заряд і-го іону.

5.3 Рівноважне значення рН вихідної води

Ця величина розраховується за формулою Ланжельє за відомим складом води та його характеристиками при температурі води 20 оС.

pHs=pK2+lg(ПРCaCO3/Ca2+*Лз)+2,5* µ+7,6

pHs= 4,5*10-11+lg(5,1*10-9/240+3,5)+2,5* 0,130+7,6=7,64(5.23)

де рНs- рівноважне значення рН; рК2- від’ємний десятинний логарифм постійної рівноваги процесу дисоціації вуглецевої кислоти по другій сходинці, його можливо розрахувати при відомій температурі; р(ПРСаСО3) — від’ємний десятинний логарифм добутку розчинності СаСО3; Са2+ — концентрація іонів кальцію у мг/л; Що — лужність води, мг-екв/л ;μ — іонна сила води, моль/л.

Примітка: у всіх складових початковий індекс „р означає від’ємний десятинний логарифм величини, що стоїть за цим індексом.

5.4 Індекс Ланжельє

За визначенням — це різниця між фактичним рН при даній температурі та рівноважним значенням рН знайденим за формулою Ланжельє.

= pH — pHs

=7,6-7,64=-0,04

Індекс Ланжельє може бути додатнім, від’ємним або нульовим. Воду з J› 0 вважають нестабільною , тому такі умови можуть свідчити про велику вірогідність відкладень. Воду з J ‹ 0 називають агресивною, тому що вона здатна розчинювати, руйнувати цементні споруди, а також прискорювати корозію металу. Вода з J = 0 вважається стабільною.

5.5 Індекс Ланжельє при довільній температурі

Використані в попередньому розділі дані відносились до умов, для яких наводиться склад води, наведений у довідковій літературі. Звичайно це 20оС.

У тепломережі вода знаходиться при змінній значно більш високій температурі . Це суттєво може змінити ситуацію, оскільки більшість складових формули Ланжельє залежать від температури.

В цьому випадку поступають наступним чином.

Задаються декількома температурами в межах розрахованих у попередніх розділах, наприклад, 40, 60, 80 …оС.

Для кожної температури визначають рНt тобто відоме значення рН води з поправкою на температуру. Визначають для кожної температури також рК2. З таблиць виписують ПРСаСО3 .

Розраховують рівноважне рНst для кожної із температур, а також індекс Ланжельє. Дані заносимо в таблицю 5.1.

Аналізуючи отримані результати та оцінюючи, як змінюються властивості води при зміні температури та робимо висновки про міри, які слід застосувати для стабільної роботи тепломережі.

Таблиця .3.

Дані про індекс Ланжельє при температурі води тепломережі

Тем-ра, оС20406080100рНt7,67,577,527,467,41рК24,5∙10-116,03∙10-117,2∙10-117,55∙10-117,9∙10-11ПРСаСО35,1*3,2*1,9*1,2*4,7*рНst7,647,316,996,786,35J-0,040,260,520,681,06pПРСаСО38,298,498,728,929,33p(рК2)10,3510,2210,1410,1210,10За даними розрахунків будуємо графік залежність J=f (t).

6. Розрахунок інтенсивності накипоутворення у теплообмінниках

.1 Спрощений розрахунок інтенсивності накипоутворення

Він дозволяє розрахувати швидкість накипоутворення кальцієвих сполук в залежності від температури процесу.

Наприклад, для мережних підігрівачі:

від =0,013 exp(0,0047ЖСаtср)= 0,013 exp(0,0047∙11,98∙84,9)=1,549 г/(м2год);

де jвід — швидкість відкладень, г/(м2год); ЖСа — кальцієва жорсткість, мг-екв/дм3; tср- середня температура води у підігрівачі, оС.

6.2 Розрахунок на основі узагальнень ВТІ

.2.1 Загальні відомості

ВТІ узагальнило відомості про інтенсивність відкладень солей жорсткості, окислів заліза та міді.

Головними чинниками розглядаються концентрація вказаних накипоутворювачів та густина теплового потоку (теплове навантаження поверхні теплообміну). Розрахункова формула в узагальненому вигляді:

від = А Сіq2(6.24)

основний підігрівач:

від = А Сіq2=1,3·*(165776)2 *205,3=7335 мг/(м2год);

допоміжний підігрівач:

від = А Сіq2=1,3∙∙205,3=5046 мг/(м2год);

де jвід — швидкість відкладень , мг/(м2год); А-коефіцієнт, який для Са і Mg дорівнює 1,3∙10-9, для заліза 5,7∙10-10; Сі — середня концентрація домішок, мг/кг; q — середня густина теплового потоку , Вт/м2.

6.2.2 Основний та допоміжний підігрівач

Розглянемо послідовність розрахунку двосходинкового підігрівача тепломережі рис. 5.

Рис. 5 Схема підключення підігрівачів тепломережі

Використовуючи графік температурного режиму рис. 3. 1 для температури навколишнього середовища, що відповідає t ≥ tср , знаходимо tо1 та tо2 , а по цих температурах та відомому тискові Ротдоп та Ротосн- величину підігріву води в окремих підігрівачах та теплові потужності кожного з підігрівачів, що дозволить розрахувати питому теплове навантаження q кожного з підігрівачів, нехтуючи зміною концентрації — швидкість відкладень Са та Mg.

6.2.3 Піковий котел

Працює тільки у найбільш несприятливий період.

т7 = Qт7/Fт7 = 122149/127=961,8 Вт/ м2;(6.25)

Швидкість відкладень:

від = А Сіq2=1,3∙∙205,3·(961,8)2= 0,247 мг/(м2год);

7. Розрахунок корозійних процесів

.1 Вихідні дані

Вони включають для підігрівачів розміри поверхні та метал(частіше всього- мідь), з якого вона виготовлена.

Розміри поверхні та метал(мідь) водо-водяного підігрівача центрального теплопункту при незалежній схемі підключення.

Дані про теплові мережі: матеріал труб — сталь , діаметр труб:

,

==0,422 м(7.26)

де m1- витрати води у тепломережі кг/с; w — швидкість води в трубах приблизно 2 м/с; ρ — густина води приблизно 1000 кг/м3, довжина труб L оціночна у км , звідки бокова поверхня труб Fтр = πdL .

Fтр=3,14*0,422*4000=5300,32 м2

7.2 Інтенсивність корозії сталі

Вважаючи, що видалення кисню досить якісне, а також, що система замкнута, розрахунок виконаєм, використовуючи узагальнені дані Акользіна.

основний підігрівач

кст = 3,3∙10-3t + 0,02=3,3∙10-359,95 + 0,02=0,218 г/(м2год)

допоміжний підігрівач

кст = 3,3∙10-3t + 0,02=3,3∙10-3∙84,95+0,02=0,300 г/(м2год)

-піковий котел

кст = 3,3∙10-3t + 0,02=3,3∙10-3*109,95+0,02=0,383 г/(м2год)(7.27)

7.3 Інтенсивність корозії міді

Із міді виготовляються трубки, які утворюють поверхню нагріву усіх підігрівачів, які використовуються у тепломережах.

Вони вважаються стійкими проти корозії навіть при наявності кисню.

Матеріал ЛО 70-1, вміст О2=200 мкг/кг; jк ηк=511∙10-4 г/(м2год).

7.4 Відкладення продуктів корозії

.4.1 Відкладення продуктів корозії сталі на поверхні нагріву підігрівачів

Продукти корозії частково залишаються на поверхні труб, де вони утворились, інша їх частина переходить у розчин. Цей процес характеризують коефіцієнтом виносу продуктів корозії у воду ηкр. Його величина змінюється від 0 до 1 і залежить від стану розчину та продуктів корозії. Наприклад, у сильно лужному та сильно кислотному розчині більша частина продуктів корозії переходить у воду, тобто ηкр→1. При рН близьких до нейтральних цей коефіцієнт складає ηкр=0,5. Концентрацію заліза у воді можна знайти наступним чином:

основний підігрівач

СFe. = jкстηкрFтр/( 3,6m1)= 0,218 ∙0,55∙5300,32 /(3,6∙279,9)= 0,631 мг/дм3

допоміжний підігрівач (7.28)

СFe. = jкстηкрFтр/( 3,6m1)= 0,300∙0,55∙5300,32 /(3,6∙279,9)= 0,868 мг/дм3

піковий котел

СFe. = jкстηкрFтр/( 3,6m1)= 0,383 ∙0,55∙5300,32/(3,6∙279,9)= 1,108 мг/л

тут швидкість корозії у мг/(м2год), витрати води в кг/с.

Знаючи концентрацію та густину теплового потоку розраховують швидкість відкладень окислів заліза:

для основного підігрівача

від = А Сіq2= 5,7·10-10·0,631 ·(165776)2=9,88 мг/(м2 год);

для додаткового підігрівача

від = А Сіq2=5,7*10-10*0,868 *()2=9,35 мг/(м2 год);

для пікового підігрівача

від = А Сіq2=5,7*10-10*1,108 *(961,8)2=0,000584 мг/(м2 год).

7.4.2 Відкладення продуктів корозії міді на поверхні нагріву підігрівачів

Відкладення продуктів корозії міді можливі, коли теплове навантаження поверхні нагріву (q) перевищує 200 кВт/м2. Такі теплові навантаження у теплових мережах не зустрічаються, невелика вірогідність таких умов може появитись тільки у піковому котлі. Тому продукти корозії міді у воді тепломереж знаходяться у вигляді грубодиспергованих домішок (ГДД) , та у вигляді шламу.

8. Товщина відкладень

Відкладення накопичуються поступово в процесі роботи обладнання в опалювальний період. Для розрахунку середньої товщини відкладень потрібно знати продовжність опалювального періоду ц τот=4320 год, а також сумарну швидкість відкладень усіх домішок та густину відкладень.

δот= ∑jі τот∙10-9/ρот ,(8.29)

для основного підігрівача

δот= ∑jі τот∙10-9/ρот=(7335+9,88)∙4320∙10-9/2,5=0,0127 мм

для додаткового підігрівача

δот= ∑jі τот∙10-9/ρот=(5046+9,35)∙4320∙10-9/2,5=8,736*10-3 мм

для пікового підігрівача

δот= ∑jі τот∙10-9/ρот=(0,247 +0,000584)∙4320∙10-9/2,5=4,278∙10-7мм

де δот- товщина відкладень , м; ∑jі — сума швидкостей відкладень солей жорсткості та окислів заліза, мг/(м2год); τот- довжина опалювального періоду , год; ρот — густина відкладень , г/см3( у першому наближені 2,5 г/см3.

δот= ∑ δот =0,0127+8,736*10-3+4,278∙10-7= 0,0214 мм

9. Організація ВХР тепломереж

.1 Проблеми організації ВХР тепломереж

Як і в інших випадках — організувати ВХР для тепломереж означає вести процеси таким чином, щоб звести до мінімуму відкладення та корозію та забезпечити довготривале функціонування обладнання тепломереж.

Головними проблемами є карбонатні та залізо-окисні відкладення та корозійні процеси. В пристроях тепломереж вірогідні лужноземельні відкладення (СаСО3 ,СаSО4 ) та їх суміші. Це визвано тим, що вода тепломереж повинна відповідати вимогам до «води для пиття» і таким чином вміщувати всі важливі для організму мінеральні солі, які присутні у природній воді. На другому місці стоять залізо-окисні відкладення, які утворюються внаслідок корозії труб тепломереж та корозії опалювальних приладів.

9.2 Попередження лужноземельних відкладень

Попередження лужноземельних відкладень забезпечується обробкою підживлювальної води тепломереж частіш за все її пом’якшенням, тобто виведенням з води іонів Са2+ та Мg2+ або їх заміною на іони Nа+.

Для цього використовуються наступні схеми:

Вапнування з наступною корекцією рН.

Н-катіонування з «голодною регенерацією».

Nа-катіонування у іонообмінних фільтрах шляхом пропуску через шар іоніту в Nа формі.

Комбіноване ( паралельне) Nа — та Н- катіонування.

Підкислення з декарбонізацією та Nа-катіонуванням ( якщо немає небезпеки утворення СаSО4 ).

Освітлення та Nа — катіонування.

Магнітна обробка води.

У процесі вапнування складаються умови для утворення твердої фази ( переважно СаСО3 , частково Мg(ОН)2), яка виводиться у вигляді шламу, а також що після вапнування значно підвищується рН ( до 10) , тому в випадку відкритої схеми теплопостачання обов’язково потрібно підкислювати оброблену воду.

Н-катіонування з «голодною регенерацією» передбачає використання Н-катіонітових фільтрів з особливим режимом регенерації. Докладно вивчений цей процесс Н.П.Субботіною та рекомендується для обробки вод гідрокарбонатного класу ( коли в складі аніонів переважають иони НСО3- ), слід зауважити, що переважна більшість прісних джерел України такого класу. Варіант схеми такого процесу наводиться на рис. 6.

Рис. 6. Часткове Н — катіонування з буферним фільтром.

— Н — катіонітовий фільтр, 2- буферний фільтр, 3 — декарбонізатор, 4- вентилятор, 5-бак обробленої води, 6- насос.

При Н — катіонуванні з «голодною регенерацією» регенерація здійснюється з недоліком кислоти ( Н2SО4) порівняно з звичайною регенерацією, витрати кислоти близькі до стихометричної потреби. Тому регенеруються тільки верхні шари іоніту. В якості іоніту використовується або сульфовугілля чи слабокислотнікатіоніти. Важливо, що регенерат та обмивні води мають рН близьке до нейтрального, тому що вміщують тільки солі. Такі стічні води безпечні для навколишнього середовища.

Буферний фільтр не допускає значного зниження кислотності фільтрату. Він не регенерується, заповнюється сульфовугіллям. Стан загрузки змінюється в залежності від стану фільтрату. При його високій кислотності в загрузці буферного фільтру можуть накопичуватись іони водню, які в інші періоди заміщують іони Са, що проскочили через перший фільтр.

Декарбонізатор видаляє СО2, яке утворилося у воді внаслідок розкладу бікарбонат іону.а — катіонування у іонообмінних фільтрах використовується на ТЕЦ де значні потреби у пом’якшеній воді. Процес відбувається шляхом пропуску води через шар іоніту в Nа формі, при цьому відбувається обмін іонів кальцію та магнію на іони натрію, шо знаходяться в матриці іоніту. Якщо використовується одна сходинка то жорсткість понижується до 0.1мг-екв/дм3.

При використанні двох сходинок можливо досягти жорсткості до 0,01 мг-екв/дм3. В якості іоніту можливо використовувати сульфовугілля чи слбокислотні іоніти. Регенерація ведеться розчином NаСℓ.

Комбіноване ( паралельне) Nа — та Н- катіонування забезпечує при змішуванні потоків зниження лужності Nа-катіонованої води та утворенню СО2. Схема наводиться на рис. 7.

Рис. 7. Варіант схеми обробки додаткової води тепломережі.

— Н — катіонітовий фільтр, 2- Nа — катіонітовий фільтр, 3 — декарбонизатор, 4- вентилятор, 5-бак обробленої води, 6- насос, 7- бак змішування.

Підкислення з декарбонізацією та Nа — катіонуванням ( якщо немає небезпеки утворення СаSО4 ).

Магнітна обробка води зводиться до пропуску води через зазор між полюсами постійного магніту (електромагніту). В результаті такої обробки змінюються властивості води та домішок, що в подальшому зменшує вірогідність накипоутворення. Вважається, що у воді з’являються мікрочастинки, в тому числі і колоїди, які виступають центрами кристалізації і утворені кристали накипоутворювача зберігаються в об‘ємі води. Є причини вважати, що суспензія в основному утворюється завдяки феромагнітним домішкам, що присутні у воді. Тому магнітна обробка особливо ефективна там де проявляються корозійні процеси та відкладення продуктів корозії.

Висновок

Товщина відкладень найбільш залежить від суми швидкостей відкладень солей жорсткості та окислів залізі. Чим більша швидкість, тим більша товщина відкладень. Також можна зауважити, що найбільше відкладень буде окислів заліза, а міді майже не буде.

10. Содування в підготовці додаткової Води теплових мереж

Коагуляція з вапнуванням і содірованіем вихідної води

Доза вапна вважається таким чином:

и = СО2вих + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/дм3;

Відбуваються при вапняно-содовому умягчении основні хімічні процеси описуються наступними рівняннями:

а2СО3 → 2 Nа+ + СО32-;

Са(ОН)2 → Са2+ +2ОН-;

СО2 + 2ОН- → СО32- + Н2О;

Н+ + ОН- → Н2О

НСО3- → Н+ + СО32-

НСО3- + ОН- = СО32- + Н2О;

Са2+ + СО32- → СаСО3↓;

Мg2+ + 2ОН- → Мg(ОН)2↓.

Прийнявши значення ОН-визначаємо залишкову концентрацію іонів кальцію і магнію. Концентрація сульфатів збільшується на дозу коагулянту.

Залишкову концентрацію натрію визначаємо із закону електронейтральності.

Таблица 2г. Коагуляция с известкованием и содированием исходной воды

Висновки

Якщо тенденція зростання споживання енергетики та викидів двоокису вуглецю збережеться, то вже до 2025 року на Землі потеплішає на 2оС, що призведе до глобальних катастрофічних наслідків: зміщення кліматичних зон, зникнення багатьох видів рослин, скорочення лісових площ, збільшення пустель, розтавання льодовиків тощо.

Все це створює небезпеку голоду, хвороб, масових міграцій населення із зон екологічного лиха. Екологічні чинники в розвитку ядерної енергетики завжди повинні бути на першому місці, інакше не буде для кого виробляти електроенергетику.

Спалювання викопних видів палива і дров порушує баланс кисню в атмосфері, оскільки на 1 т органічного палива при цьому витрачається більш як 2 т чистого кисню. Розширення його споживання на техногенні потреби, зменшення його відтворення через вирубування лісів веде до виникнення на планеті реальної небезпеки дефіциту кисню. Необхідність подолання відсталості країн, що розвиваються, збільшення населення в них вимагає швидкого розвитку енергетики, зростання енергоспоживання.

Ось заходи, що дозволили б переламати негативні тенденції у сфері енергетики:

.Підвищення ефективності використання енергії (за нинішнього рівня техніки можна зменшити сумарне споживання енергетики на 35-40%).

.Зменшення шкідливих викидів в атмосферу завдяки новим технологіям очищення відпрацьованих газів.

.Зміна структури паливно-енергетичного балансу через розвиток альтернативної енергетики.

4.Вжиття заходів для сповільнення темпів росту населення

Література

1. В.А.Кишневский . Технології підготовки води в енергетиці: Навчальний посібник. — Одеса: ОНПУ,2008.

. Е.Я.Соколов Теплофікація та теплові мережі. М.:Энергоиздат,1982.-360с

3. В.А. Григорьева и В.М.Зорина. Промислова теплоенергетика і теплотехніка. Довідник под.ред. М.: Энергоатомиздат,1983.-546 с

4. В.А. Григорьева и В.М.Зорина. Теплові та атомні електричні станції. Довідник под.ред. М.: Энергоатомиздат,1989.-601 с

. Н.П.Лапотышкина, Р.П.Сазонов Водопідготовка і ВХР теплових мереж М.:Энергоиздат,1982.-201 с

. А.А.Громогласов и др. Водопідготовка: процеси та апарати М.:Энергоатомиздат,1990.272 с

. В.А.Кишневский Сучасні методи обробки води в енергетиці.:Одеса, ОГПУ. 1999. 195с.

8. О.О.Кардасевич Водні режими теплових і атомних електростанцій. Навчальний посібник. — Одеса: ОНПУ, Наука і техніка, 2005.-133с

9. Науково-технічна бібліотека Одеського Національного Політехнічного Університету <#"justify">Додатки

Учебная работа. Кондиціювання води в енергетиці. Содування в підготовці додаткової води теплових мереж