Повышение эффективности работы обессоливающей части впу тэс производительностью 100м3/ч

На тепловых электростанциях с давлением пара на входе в турбину 90 атм. и больше для покрытия потерь питательной воды применяют, в основном, химически обессоленную воду.Для электростанций, работающих с давлением пара перед турбиной ниже 90 атм допускается использование химических методов водоподготовки, основанных на методах ионного обмена.Ионитную часть водоподготовительной установки целесообразно создавать по «гребенчатому» типу с подачей сырой воды к каждому фильтру из суммарного коллектора и сливом очищенной воды в общий коллектор (осуществляется параллельное подключение фильтров).Водоподготовительные установки располагают обычно в отдельном здании или в общем изолированном помещении объединенного вспомогательного корпуса с учетом возможности дальнейшего расширения водоподготовки и подвоза реагентов по железной дороге. Вне здания ВПУ размещают осветлители, промежуточные баки, декарбонизаторы, баки для хранения кислоты и щелочи с применением в необходимых случаях их обогревания и тепловой изоляции. При проектировании необходимо предусматривать также резервное помещение площадью 30-50 м2 и оборудование для восстановления химических покрытий.На всех водоочистках предусматривается механизация ремонтных работ. На складе реагентов осуществляются механизированная выгрузка, транспортирование и приготовление реагентов, хранится определенный запас соответствующего реагента. При доставке реагентов железнодорожным транспортом склад реагентов должен обеспечивать прием не менее одного вагона или цистерны емкостью 60 т при наличии в этот момент 15-суточного запаса соответствующего реагента. Кроме того, общий запас реагентов должен, соответствовать их расходу не менее чем за месяц.При доставке реагентов автотранспортом или по трубопроводам склад должен обеспечить запас реагентов не менее чем на 15 сут. На складе предусматриваются также емкости и места для хранения реагентов, используемых для проведения одной химической очистки любого парогенератора и его питательного тракта.Дозирование на водоочистках растворов и суспензий реагентов производится с помощью специальных насосов-дозаторов, которые устанавливают с учетом их резервирования для обеспечения высокой надежности.Мерные емкости выбирают с учетом 12-24-часового расхода каждого реагента и устанавливают в количестве не менее двух штук.При проектировании схем и выборе оборудования водоочистки необходимо обеспечить минимальный удельный расход кислоты и щелочи (гидроксида натрия) на регенерацию ионитов при требуемом качестве обработанной воды с помощью известных приемов и предусмотреть устройства для нейтрализации стоков и утилизации ценных компонентов.Для внутренних поверхностей оборудования и трубопроводов водоочистки, контактирующих с растворами реагентов и водой, которые имеют рН<7, должны быть предусмотрены защитные покрытия. Обычно оборудование имеет гуммированное или кислотостойкое покрытие.Установки для очистки добавочной воды и конденсатов, а также для дозирования реагентов оснащаются приборами химического и технологического контроля, а в необходимых: случаях и сигнализаторами (звуковыми, световыми и пр.) отклонения от заданного режима.Примерные нормы качества питательной воды для барабанных парогенераторов с многократной естественной циркуляцией (нейтральный кислородный водно-химический режим):Общая жесткость0,5 мг-экв/кгКонцентрация кремниевой кислоты25 мкг/кгКонцентрация хлоридов, (не более) 3,0 мкг/кгКонцентрация соединения железа20 мкг/кгСодержание избыточного гидразина20-60 мкг/кгрН при температуре 25 °С 9,1±0,1Максимальная концентрация кислорода перед деаэратором за последним ПНД 30 мкг/кгМаксимальная концентрация кислорода после деаэратора 10 мкг/кгСодержание масла и тяжелых нефтепродуктов 100 мкг/кг.Нормы качества воды устанавливают, исходя из необходимости обеспечить чистоту пара по кремниевой кислоте, минимальное шламообразование и связанную с ним подшламовую коррозию, предотвратить образование кальциевой накипи, исключить коррозионное растрескивание хромоникелевых нержавеющих сталей.Для подготовки добавочной воды рассматриваемого энергоблока принимаем схему химического обессоливания воды, которая приведена на рисунке.Рисунок – Принципиальнаясхема подготовки водыВода из технического водопровода станции, уже частично подготовленная, прошедшая предварительную очистку в цехе подготовки технической воды, поступает в механический осветлительный фильтр, где очищается от остаточных взвешенных примесей. Затем проходит Н-катионитный фильтр, в котором все катионы воды заменяются на катион водорода. Все соли превращаются в кислоты, рН падает, углекислота переходит в свободную форму, превращается в СО2 (свободный углекислый газ). Затем вода подается на анионитный фильтр первой ступени (ОН1), который загружен низкоосновным анионитом (АН), предназначен для замены ионов сильных кислот на гидроксид-ионы. Следующим в схеме является Н-катионитный фильтр II ступени, который применяется для замены на ион водорода катионов, проскочивших первую ступень. Декарбонизатор (Дк) необходим для удаления свободной углекислоты СО2, образующейся при Н-катионировании. Анионитный фильтр II ступени (ОН2) загружен высокоосновным анионитом (АВ), применяется для удаления анионов слабых кислот, в том числе анионов кремниевой кислоты и НСО3-, образующегося из остатков СО2 при повышении рН в Н2, и для улавливания анионов сильных кислот, проскочивших фильтр первой ступени.Фильтры смешанного действия (ФСД) позволят уловить все проскочившие ионы.Данная схема позволит получить воду на выходе со следующими показателями качества: жесткость менее 0,1 мкг-экв/кг, солесодержание менее 0,05 мг/кг, хлориды менее 0,2 мг/кг, кремнесодержание менее 0,01 мг/кг.Производительность водоподготовительной установки определим исходя из результатов расчета тепловой схемы. Расход химочищенной воды на восполнение потерь пара и конденсата составит:На четыре энергоблока потребуется:Производительность водоподготовки в рабочем режиме (с учетом запаса и расхода на собственные нужды системы водоподготовки):.Суммарная производитеьность водоподготовительной установки на четыре энергоблока составит 100 т/ч, или 100 м3/ч.2.4.3 Расчет и выбор оборудования ВПУПредусмотрим количество фильтров таким образом, чтобы обеспечить потребность станции в добавочной воде.Производительность ВПУ Qос = 100 м3/ч.Концентрацию катионов в воде на входе в фильтры определим по исходным показателям качества воды:Рабочая скорость фильтрования в катионитных фильтрах зависит от концентрации катионов в поступающей в них воде. Рабочая скорость фильтрования должна быть не менее 5 м/ч и не более 15 м/ч (при концентрации катионов от 5 до 10 мг-экв/л):Расчетную площадь фильтров, м2, определяют по формуле:где Qос - расчетная полезная производительность станции, м3/сут;Ки – коэффициент использования;wион – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч;Выбираем 3 фильтра.Площадь фильтрования одного фильтра:Диаметр фильтра (круглое сечение):При определении размеров фильтров следует использовать типовые решения. Примем к установке фильтры диаметром 3 м, тогда площадь сечения одного фильтра:Общая площадь фильтров:Скорость фильтрования в фильтрах в рабочем режиме:Высота слоя воды над поверхностью загрузки в фильтрах должна быть не менее 0,8 м. При этом следует учитывать, что при включении фильтра на промывку на остальных фильтрах уровень воды может увеличиться.Принимаем к установке ФИПа I 3,0-0,6-Н в количестве 3 шт. для Н-катионирования первой ступени и 4 шт. на ОН-анионирование первой ступени.Выбираем три фильтра ФИПа II-3,0-0,6-Н, диаметром 3,0 м, площадью фильтрования 7 м2 каждый (21 м2 суммарно) и высотой слоя ионита 2 м.Выбираем 4 фильтра ФИПа I-3,0-0,6-ОН, диаметром 3,0 м, площадью фильтрования 7 м2 каждый (14 м2 суммарно) и высотой слоя ионита 2 м.Выбираем 3 фильтра ФИПа II-3,0-0,6-ОН, диаметром 3,0 м, площадью фильтрования 7 м2 каждый (14 м2 суммарно) и высотой слоя ионита 2 м.Декарбонизатор определяем по производительности: Qр = 100 м3/час.Принимаем к установке два декарбонизатора Дк 60.Скорость фильтрования в фильтре смешанного действия должна быть в диапазоне W = 10÷20 м/ч.Максимальная площадь фильтрования фильтра смешанного действия в нормальном режиме работы:.Выбираем 2 фильтра ФИПа-3,0-0,6-Н-ОН, диаметром 3,0 м, площадью фильтрования 7 м2 каждый (14 м2 суммарно) и высотой слоя ионита 2 м.Принятое оборудование обеспечит потребность блока в добавочной воде требуемого качества.2.4.4 Расчет катионитного фильтра первой ступени до и после модернизацииВ качестве модернизации предлагается замена в Н-катионитных фильтрах первой ступени катионит КУ-2-8 на катионит С-100.Рассчитаем показатели качества воды перед ионообменной частью ВПУ.Кальциевая жесткость:Магниевая жесткость:Общая жесткость:Бикарбонатная щелочность:Эквивалент натрия:Эквивалент калия:Эквивалентная концентрация катионов натрия и калия:Эквивалент сульфат-ионов:Эквивалентная концентрация сульфат-ионов:Эквивалент хлор-ионов:Эквивалентная концентрация хлор-ионов:Эквивалентная концентрация анионов сильных кислот:Рассчитаем расходы воды и реагентов при эксплуатации фильтров, загруженных КУ-2-8, используемым в Н-китионитной форме.Полная емкость поглощения катионита КУ-2-8 Еп = 1800 г-экв/м3.Удельный расход кислоты на регенерацию 80 г/г-экв.Коэффициент, зависящий от удельного расхода кислоты на регенерацию (коэффициент эффективности регенерации [16]):аэ = 0,9.Удельный расход воды на отмывку ионита[16] (для двухступенчатого Н-катионирования):q = 12 м3/м3.Рабочая обменная способность катионита:Концентрация катионов на входе в фильтр 5,78 мг-экв/л.Остаточная концентрация катионов после фильтра первой ступени:0,1 мг-экв/л.Длительность фильтроцикла.Число регенераций одного фильтра в сутки, т.е. регенерация фильтра будет проводиться 1 раз в 5 суток. Принимаем одну регенерацию в пять суток. Тогда расчетное число регенераций в сутки будет равно:Интенсивность взрыхления .Продолжительность взрыхления tвзр = 15 мин.Расход воды на взрыхление фильтра.Скорость пропуска отмывочной воды Wотм = 10 м/ч.Удельный расход воды на отмывку ионита:qотм = 12 м3/м3.Расход воды на отмывку фильтра от продуктов регенерации.Удельный расход кислоты на регенерацию Н-катионитового фильтра:bк = 80 г/г-экв.Концентрация регенерационного раствора:k = 1%, его плотность:.Расход воды на приготовление регенерационного раствора.Расход воды на собственные нужды одного фильтра.Суточный расход воды на собственные нужды всех фильтров.Среднечасовой расход воды на собственные нужды фильтров.Масса кислоты (100%), требуемая на регенерацию одного фильтра.Среднесуточный расход кислоты на регенерацию.Месячный расход кислоты на регенерацию.Выполним расчет собственных нужд при использовании в качестве загрузки Н-катионитных фильтров катионита С-100 Purolite.Все технические характеристики приняты по данным изготовителя (https://inhibitors.ru/product/c100h).Полная емкость поглощения катионита С-100:Еп = 1900 г-экв/м3.Удельный расход кислоты на регенерацию 62 г/г-экв.Коэффициент, зависящий от удельного расхода кислоты на регенерацию:аэ = 0,9.Удельный расход воды на отмывку ионита:q = 4 м3/м3.Рабочая обменная способность катионита:Длительность фильтроцикла.Число регенераций одного фильтра в сутки, т.е. регенерация фильтра будет проводиться 1 раз в 5-6 суток. Принимаем одну регенерацию в пять суток. Тогда расчетное число регенераций в сутки будет равно:.Удельный расход воды на взрыхляющую промывку ионита:qвзр = 3,5 м3/м3.Расход воды на взрыхляющую промывку фильтра:.Удельный расход воды на отмывку ионита:qотм = 8 м3/м3.Расход воды на отмывку фильтра от продуктов регенерации.Удельный расход кислоты на регенерацию Н-катионитового фильтра:bк = 62 г/г-экв.Концентрация регенерационного раствора:k = 1%, его плотность:.Расход воды на приготовление регенерационного раствора.Расход воды на собственные нужды одного фильтра.Суточный расход воды на собственные нужды всех фильтров.Среднечасовой расход воды на собственные нужды фильтров.Масса кислоты (100%), требуемая на регенерацию одного фильтра.Среднесуточный расход кислоты на регенерацию.Месячный расход кислоты на регенерацию.Результаты расчетов сведем в таблицу.Таблица – Результаты расчета собственных нужд при использовании двух вариантов фильтрующих загрузок катионитных фильтров первой ступениНаименование показателяОбозначение, единицы измеренияВеличина при использовании КУ-2-8Величина при использовании С-100 PuroliteРабочая обменная емкость катионитаЕр, г-экв/м31590,41704,6Расход воды на одну взрыхляющую промывку фильтра21,749,5Расход воды на одну отмывку фильтра169,6113Расход воды на приготовление регенерационного раствора на регенерацию одного фильтра171142Расход воды на собственные нужды одного фильтра362,3307,5Среднечасовой расход воды на собственные нужды фильтров9,07,69Масса кислоты (100%), требуемая на регенерацию одного фильтра1798,01493,3Среднесуточный расход кислоты на регенерацию1080,0896,0Месячный расход кислоты на регенерацию32,426,9Замена катионита в фильтрах первой ступени позволит экономить воду на операции по регенерации фильтров, а также кислоту на эти цели.В целом, замена катионита несколько увеличит эффективность использования фильтрующей загрузки в фильтрах первой ступени катионирования.ЗаключениеИзучается, рассматривается и используется множества различных технологий для производства энергии при использовании ископаемого топлива. Когда наша страна переживала бум всеобщей электрификации, активно строились электростанции на твердом топливе и мазуте. Практически все они работали по классическому циклу Ренкина на перегретом паре. Этот цикл паротурбинных установок зарекомендовал себя и используется повсеместно. В работе рассмотрены все термодинамические циклы, применяемые в промышленности. Для генерации электроэнергии более распространен цикл Ренкина, классическим рабочим телом в котором используется водяной пар.Для увеличения коэффициента полезного действия цикла Ренкина используется максимально возможные параметры водяного пара на входе в турбину, а также максимально низкие параметры на выходе из нее.Для увеличения КПД применяется регенеративный подогрев питательной воды в цикле. Когда поблизости к станции имеется теплофикационный потребитель (город, например), то целесообразно использовать теплофикационный цикл, когда теплота конденсации пара после турбины не теряется в окружающую среду, а полезно используется на нужды теплофикации.Для повышения энергоэффективности станций применяются различные комбинированные циклы. Например, газотурбинные установки. В этих циклах работают две турбины. Сначала дымовые газы, образовавшиеся в камере сгорания, работают в газовой турбине, после чего их теплота передается водяному пару, который вырабатывает электроэнергию в паровой турбине. Таким образом, общая эффективность цикла возрастает.Но эффективность работы электростанции зависит не только от функционирования основного оборудования. Эффективная работа вспомогательных систем так же очень важна для станции.Целью работы былоопределение эффективности реконструкции ионообменной части водоподготовительной установки тепловой электростанции теплофикационного типа с заменой в Н-катионитных фильтрах первой ступени катионит КУ-2-8 на катионит С-100 Purolite.Для достижения цели решены ряд задач. Выполнен расчет тепловой схемы блока на номинальный режим работы, в ходе которого рассчитана потоки и энтальпии потоков пара и воды в цикле, выполнен расчет расхода химочищенной воды на восполнение потерь пара и конденсата в цикле, который составил 24 т/час для одного блока. Выполнено описание оборудования станции.Осуществлен выбор схемы и расчет оборудования ионообменной части ВПУ, подобрано количество и диаметры фильтров ионитной водоподготовки. Осуществлен сравнительный расчет собственных нужд водоподготовительной установки до и после модернизации. При использовании ионитной смолы С-100 Purolite сокращается расход воды и реагентов на собственные нужды фильтров, а в частности, на процесс регенерации, которые состоит из трех стадий: взрыхляющая промывка слоя ионита, пропуск раствора кислоты через фильтрующую загрузку и отмывки ионита от продуктов регенерации.Повышение эффективности энергетического оборудования является важной задачей энергосбережения. Повышение эффективности функционирования оборудования водоподготовительной установки при замене катионита КУ-2-8 на С-100приведет к экономии реагентов на разные операции обслуживания и воды на собственные нужды ВПУ.Список использованной литературыТепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Под ред. Н.В. Кузнецова и др., М., «Энергия», 1973.Тепловые электрические станции. Под ред. Липова Н.В., М..1986. Пакет программ для вычисления свойств воды и водяного пара «ENEKcalc3», Разработчик: GroupENEK, 2006, версия 3.0.7. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Под ред. Г.М. Каган и др., М., «Энергия», 1998.Горелки унифицированные пылеугольные (Руководящий технический материал). Под ред. Н.М.Егорова и др., НПО ЦКТИ, 1982. Трухний, А. Д. Расчет тепловых схем парогазовых установок утилизационного типа: методическое пособие / А.Д. Трухний, СВ. Петрунин.— М.: Издательство МЭИ, 2001.— 24 с.Рабенко, В. С. Тепловой расчет двухконтурной парогазовой установки утилизационного типа: учеб. пособие./ В.С. Рабенко, И. В. Будаков, М.А. Алексеев ГОУВПО. «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». - Иваново, 2008.—310 с.Костюк, А.Г. Паровые и газовые турбины для электростанций: учебник для вузов / А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Д. Трухний [и др.]; под ред. А.Г. Костюка. -М.: Издательский дом МЭИ, 2008.—556 с.Вукалович, М.П. Теплофизические свойства органических теплоносителей / М.П. Вукалович, Ю.М. Бабиков, Д.С Рассказов,- М.: Атомиздат, 1970.—240 с.Гришутин, М.М. Паротурбинные установки с органическими рабочими телами / М.М. Гришутин, А.П. Севастьянов, Л.И. Селезнев и др. —Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1988.— 219 с.Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик.— 2-е изд. Гос. издат физ-мат. Литературы. — М, 1972.—720 с.Лебедев В.М. Тепловой расчёт и конструирование котельных агрегатов. Ч. Тепловой расчёт котельных агрегатов и определение расхода топлива: Метод. указания / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1995.Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива. Справ. пособие. – Л.: Недра. 1987. 355 с.Хоршева М.И. Водоподготовка, спецхимочистка и химический контроль на ТЭС. Севастополь. СИЯЭиП. 2000 г.Т.Х. Маргулова, О.Н. Мартынова. Водные режимы тепловых и атомных электростанций. М. Высшая школа. 1987 г.Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1990Справочник по очистке природных и сточных вод/ Пааль Л.Л., Кару Я.Я., Мельцер Х.А., Репин Б.Н. – М : Высш. шк., 1994. Журба М.Г. и др. Классификаторы технологий очистки природных вод.– М.: ГНЦ НИИ ВОДГЕО, 2000. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник / Под общ. ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. 2-е изд., книга 3. М.: Энергоатомиздат, 1989. 608 с.СП 31.13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84» Суреньянц С.Я., Иванов А.П. Эксплуатация заборов подземных вод. – М.: Стройиздат. 1989. - 80 с.Порядин А. Ф. Устройство и эксплуатация водозаборов. — М.: Стройиздат, 1984. — 183с.Шейко А.М. Водозаборные сооружения. – Минск, 2014. – 60 с.Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. – М.: ДеЛи принт, 2004. – 328 с.Мазаев В.Т., Ильницкий А.П., Шлепнина Т.Г. Руководство по гигиене питьевой воды и питьевого водоснабжения. – М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. – 320 с.Пааль Л.Л., Кару Я.Я., Мельдер Х.А. Справочник по очистке природных и сточных вод. – М.: Высшая школа, 1994. – 336 с.Хохрякова Е.А. Современные методы обеззараживания воды. – М.: Издательский центр «Аква-Терм», 2014. – 55 с.Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение. Учебник для вузов. – М.:Стройиздат, 1995. – 688 с.Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. – Москва: «Высшая школа», 1984 – 368 с.Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчёты. 3-е изд. – М.: Стройиздат, 1971. – 303 с.https://www.google.ru/maps/https://ru.wikipedia.org/