Некоммерческое Акционерное

Некоммерческое акционерное общество

алматинский УНИВЕРСИТЕТ энергетики и связи

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Физико-химические методы подготовки воды

Методические указания для выполнения расчетно-графических работ для студентов специальности 5В071700-Теплоэнергетика

Алматы 2012

Составители: Идрисова К.С., Туманова А.А. Физико-химические методы подготовки воды. Методические указания для выполнения расчетно-графических работ по курсу «Физико-химические методы подготовки воды» для студентов специальности 5В071700-Теплоэнергетика (для всех форм обучения). – Алматы: АУЭС, 2012. - 13 с.

Методические указания предназначены для студентов специальности 5В071700 –Теплоэнергетика, составлены в соответствии с рабочей программой курса «Физико-химические методы подготовки воды», содержат задания к выполнению трех расчетно-графических работ, рекомендации по их выполнению, перечень рекомендуемой литературы, приложение.

Табл.4, Ил.1, Библиогр.- 16 назв.

Рецензент: канд. тех.наук, доц. Г.М.Тютебаева

Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012 г.

Введение

Качественная водоподготовка, рациональный водно-химический режим - это гарант надежности, экономичности, безаварийности теплоэнергетического оборудования и тепловых сетей; обеспеченность предупреждения образования всех видов отложений и коррозионных повреждений на внутренних поверхностях теплоэнергетического оборудования, элементах трассы сетевой воды, включая отопительные приборы; уменьшение сбрасываемых экологических загрязнителей от теплоэнергетических объектов в биосферу, отрицательно влияющих на здоровье населения (экологическая безопасность), экономия сжигаемого топлива, так как образующиеся отложения на поверхности нагрева обладают высоким термическим сопротивлением, что вызывает большие потери топлива.

Вследствие термического сопротивления слоя накипи уже при ее толщине в 0,2 мм температура стенок котла может сильно отличаться от температуры котловой воды и в современных котлах достигать 700 °С, что ведет к аварийному разрыву экранных труб котлоагрегатов, что также отрицательно отражается на энергосбережении теплоэнергетических ресурсов (ТЭР).

Актуальность проблемы весьма высока в настоящее время, так как на состав поверхностных вод существенное влияние оказывают сбросы сточных вод и различных отходов промышленных предприятий, в результате чего происходит загрязнение воды разнообразными химическими соединениями неорганического и органического характера, что отрицательно отражается на объектах теплоэнергетики. В связи с этим необходимо постоянное совершенствование технологии подготовки воды и водно-химических режимов на котельных и ТЭС.

Все это требует от начинающего специалиста-теплоэнергетика теоретических, практических знаний и постоянной самостоятельной работы по повышению своего технического уровня.

При решении РГР у студентов должны сформироваться основные представления о физико-химических процессах водоподготовки, образованиях отложений и коррозионных повреждениях металла, которые протекают в водяных и паровых трактах современного теплоэнергетического оборудования, тепловых сетях, и необходимые сведения о практических способах их предотвращения.

Будущему бакалавру-теплоэнергетику необходимо иметь четкие представления о технологиях водоподготовки и рациональных водно-химических режимах.

Методические рекомендации по выполнению контрольных работ

Каждый студент выполняет три РГР.

1 Задание для выполнения первой РГР

Цель – ознакомиться с классификацией и характеристиками примесей природных вод, с показателями качества воды, с предочисткой, основами ионного обмена, термическим обессоливанием воды.

Задание включает в себя решение задачи.

Условие задачи: считая, что в природной воде содержатся только соли Са(НСО₃)₂ и СаСI₂ рассчитайте:

а) солесодержание и рН исходной воды;

б) массу осадка после термического умягчения воды;

в) количество реагентов, необходимых для умягчения воды методом осаждения (расчет вести на 100 %-ные растворы умягчающих реагентов);

г) солесодержание и рН воды после Nа-катионирования;

д) солесодержание и рH воды после Н-катионирования;

е) солесодержание и рH воды после Н-катионирования и ОН-анионирования.

Таблица 1 - Результаты анализа природной воды (варианты заданий для выполнения первой РГР)

№ в списке группы

Объем раствора, м³

Ж_нк, моль ∙экв/л

Ж_о, моль∙экв/л

2,5

3,0

2,5

3,5

1,0

2,0

1,5

2,5

1,5

3,0

2,5

3,5

0,8

2,0

3,5

1,5

4,0

4,5

5,5

4,0

1,5

3,0

3,5

4,0

4,5

6,1

5,5

4,0

1,5

3,0

4,5

4,0

При решении задачи необходимо переписать условие задачи, выписать свои значения из таблицы 1, записать формулы основных закономерностей в общем виде, обосновать их применение. Решение задачи пояснить и сделать соответствующие выводы.

При решении данной задачи рекомендуется использовать учебники 9 и 11 из списка литературы.

2 Задание для выполнения второй РГР

Цель – научиться проводить выбор схемы водоподготовительной установки (ВПУ) с учетом параметров, типа основного парогенерирующего оборудования и требований, предъявляемых к качеству обрабатываемой воды по нормам ПТЭ в зависимости от показателей качества исходной воды, санитарных требований к сбросам ВПУ и технико-экономических соображений.

Задание: составьте схему водоподготовительной установки для конденсационной электрической станции.

При выполнении РГР необходимо:

1) определить давление перегретого пара и суммарную паропроизводительность;

2) обосновать выбор схемы водоподготовительной установки (ВПУ);

3) представить принципиальную схему ВПУ;

4) определить производительность ВПУ;

5) произвести выбор основного оборудования ВПУ;

6) представить эскиз ВПУ.

Таблица 2 - Варианты заданий для выполнения второй РГР

Исходные данные	Последняя цифра номера зачетной книжки
Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Источник водоснабжения	Аму-Дарья	Иртыш	Балхаш	Волга	Ока	Тобол	Касп море	Урал	Дон	Енисей
Тип блока	К-1200-240	К-800-240	К-500-240	К-210-130	К-160-180	К-800-240	К-500-240	К-1200-240	К-800-240	К-210-130
Кол-во блоков	2	3	4	8	6	2	5	4	7	3

Примерный химический состав источников водоснабжения можно выписать из литературных источников 1, 13.

Методические указания к выполнению задания.

В качестве примера выполнения задания примем за исходные данные следующее:

Источник водоснабжения – река Обь.

Таблица 3 - Пример расчета. Анализ исходной воды

катионы			анионы			SiO₃^2-	Сух ост.	жесткость			Щ₀
Тип	мг/кг	мг-экв/кг	тип	мг/кг	мг-экв/кг	мг/кг	мг/кг	Ж_о	Ж_к	Ж_нк
Са²⁺	49,2	2,46	НСО₃^-	74,0	1,21
Mg²⁺	9,4	0,77	SO₄^2-	91,2	1,9
Na⁺	0,7	0,03	Cl^-	5,2	0,15	12,6	206	3,23	1,21	2,02	1,21
Fe²⁺	-	-	NO₃^-	0,1
Всего 3,26			Всего 3,26

1. Определение давления перегретого пара и суммарной паропроизводительности.

При определении давления перегретого пара и суммарной паропроизводительности КЭС рекомендуется использовать источники 4, 5.

2. Обоснование выбора схемы водоподготовительной установки (ВПУ).

Выбор принципиальной схемы водоподготовки зависит от качества исходной воды и типа парогенератора. Поэтому, первым и важным этапом является анализ исходной воды и ее классификация по типу.

На основании закона электронейтральности проверяем правильность определения концентраций катионов и анионов

, мг∙экв/кг.

В нашем примере процент ошибки равен нулю (не должен превышать 1%).

Общая жесткость Ж_о в свою очередь равна сумме концентраций катионов кальция и магния, карбонатная жесткость Ж_к эквивалентна содержанию бикарбонатов (Щ_к), некарбонатная жесткость Ж_нк есть разность между общей и карбонатной жесткостью:

Из данных, приведенных в таблице 3 (анализ исходной воды), можно сделать вывод: вода обладает малой общей щелочностью (менее 2 мг-экв/кг), некарбонатной жесткостью (2-8 мг-экв/кг), содержит нитрат натрия и значительное количество кремниевой кислоты

Для давления перегретого пара 255 атм выбираем принципиальную схему.

3. Выбор принципиальной схемы ВПУ

I - смеситель; 2 - осветлитель для коагуляции, известкования, магнезиального обескремнивания; 3 -механический фильтр; 4 - Н – катионитный фильтр; 5 - анионитный фильтр I ступени; 6 - Н -катионитный фильтр II ступени; 7 - декарбонизатор; 8 - промежуточный бак; 9 - промежуточный насос; 10 - анионитный фильтр II ступени; 11 - фильтр смешанного действия.

4. Определение производительности ВПУ.

Производительность установок для химического обессоливания воды на блочных паротурбинных электростанциях с барабанными парогенераторами следует принимать по формуле

На блочных электростанциях с прямоточными парогенераторами по формуле

где Q- производительность, м³/ч;

Д_п- паропроизводительность парогенератора без учета потерь пара и конденсата, т/ч;

п - число парогенераторов, установленных на электростанции.

Для нашего примера примем п = I:

- барабанный парогенератор

Q= 50+0,02 ∙ 2400=98 м³/ч,

- прямоточный парогенератор

Q=100+0,02 ∙ 2400=148 м³/ч.

5. Производим выбор основного оборудования.

Выбор основного оборудования производится на основе серийно выпускаемого промышленностью.

6. Представляем эскиз ВПУ.

При выборе эскиза ВПУ можно руководствоваться учебниками 1 и 3 из списка литературы.

Необходимо привести графическое изображения расположения аппаратуры, приведенной в принципиальной схеме ВПУ с соответствующими пояснениями.

3 3адание для выполнения третьей РГР

Цель – обобщить полученные знания по физико-химическим методам подготовки воды, более подробно рассмотреть три темы, научиться пользоваться специальной литературой.

Третья РГР состоит из ответов на три вопроса. Номера вопросов, входящих в вариант, выбираются из таблицы 4. Вариант соответствует двум последним цифрам зачетной книжки студента. Ответы заданий должны быть исчерпывающими, логичными, достаточно краткими, по существу вопроса.

Таблица 4 - Варианты заданий для выполнения третьей РГР

Номер варианта

Номера заданий

Номер варианта

Номера заданий

1 21 41

2 22 42

3 23 43

4 24 44

5 25 45

6 26 46

7 27 47

9 29 49

10 30 50

11 31 51

12 32 52

13 33 53

14 34 54

15 35 55

16 36 56

17 37 57

18 38 58

19 39 59

20 40 60

21 41 61

22 42 62

23 43 63

24 44 64

25 45 65

26 46 66

27 47 67

28 48 68

29 49 69

30 50 70

1 31 61

2 32 62

3 33 63

4 34 64

5 35 65

6 36 66

7 37 67

8 38 68

9 39 69

10 40 70

11 41 71

12 42 72

13 43 73

14 44 74

15 45 75

16 46 76

17 47 77

18 48 78

19 49 79

20 50 80

21 51 61

22 52 72

23 53 73

24 54 74

25 55 75

26 56 76

27 57 77

28 58 78

29 59 79

30 60 80

1 31 61

2 32 62

3 33 63

4 34 64

5 35 65

6 36 66

7 37 67

8 38 68

9 39 69

10 40 70

11 41 71

12 42 72

13 43 73

14 44 74

15 45 75

16 46 76

17 47 77

18 48 78

19 49 79

20 50 80

22 52 72

23 53 73

24 54 74

25 55 75

26 56 76

27 57 77

28 58 78

29 59 79

30 60 80

1 42 62

2 43 63

3 44 64

4 45 65

5 46 66

6 47 67

7 48 68

8 49 69

9 50 70

10 51 71

11 52 72

12 53 73

Вопросы для выполнения 3 РГР.

1 Использование воды в теплоэнергетике.

2 Основные задачи организации ВПУ и водных режимов ТЭС.

3 Типичные схемы обращения воды в циклах ТЭС.

4 Водный баланс тепловой электростанции.

5 Основные источники потери пара и воды в системах теплофикации и охлаждения воды.

6 Источники загрязнения водного теплоносителя.

7 Классификация природных вод.

8 Примеси природных вод, их характеристика, классификация примесей.

9 Технологические показатели качества воды.

10 Требования, предъявляемые к качеству воды для обеспечения надежной работы теплоэнергетических предприятий.

11 Предварительная обработка воды.

12 Общие понятия о предочистке воды.

13 Коллоидно-дисперсные системы, коллоидные примеси воды.

14 Коагуляция, механизм коагуляции.

15 Коагулянты. Флокулянты. Электрокоагуляция.

16 Известкование. Химические реакции, протекающие при известковании.

17 Магнезиальное обескремнивание. Механизм обескремнивания.

18 Расчет дозы извести при известковании.

19 Осветление воды фильтрованием.

20 Механизм процесса фильтрования.

21 Адгезионное и пленочное фильтрование.

22 Фильтрующие материалы, их характеристика и требования, предъявляемые к ним.

23 Конструкции и эксплуатация насыпного и намывного фильтров.

24 Иониты. Классификация ионитов.

25 Полная и рабочая емкости ионитов. Выходные кривые ионитных фильтров.

26 Физико-химические основы процесса ионного обмена.

27 Регенерация ионитов, регенерационные растворы.

28 Na-катионирование воды. Химизм, схемы и технология.

29 Н- катионирование воды и регенерация отработанного катионита.

30 Комбинированные схемы Н- Nа- катионирования. Распределение потоков воды и реакции, происходящие при их смешивании.

31 Схема последовательного Н- Nа- катионирования с «голодной» регенерацией.

32 Химическое обессоливание воды.

33 Анионирование слабоосновными и сильноосновными анионитами.

34 Регенерация анионитов. Причины «старения» анионитов.

35 Фильтры смешанного действия, их регенерация.

36 Удаление газов из воды. Закономерности десорбционного удаления газов.

37 Технология удаления диоксида углерода в декарбонизаторах.

38 Технология удаления газов в деаэраторах.

39 Химические методы связывания кислорода и диоксида углерода.

40 Конструкции термических деаэраторов и декарбонизаторов.

41 Стабильность охлаждающей воды.

42 Предотвращение образования минеральных отложений (продувка, подкисление, фосфатирование, обработка комплексонами и т.п.).

43 Предотвращение биологических обрастаний систем охлаждения и циркуляции.

44 Комплексоны. Понятие, применение в теплоэнергетике.

45 Термическое обессоливание воды. Физико-химические основы дистилляции.

46 Термическое обессоливание воды в испарителях кипящего типа

47 Термическое обессоливание воды в испарителях мгновенного вскипания.

47 Предотвращение накипеобразования в испарительных установках.

48 Схемы паропреобразовательных установок.

49 Требования, предъявляемые к качеству дистиллята испарителей.

50 Комбинированные установки опреснения воды.

51 Мембранные методы очистки воды.

52 Технология обратного осмоса. Основные типы установок обратного осмоса для подготовки воды.

53 Технология ультрафильтрации. Основные свойства мембран. Установки для подготовки воды.

54 Технология электродиализа. Анодные и катодные реакции, выход по току, конструкции электродиализных аппаратов.

55 Очистка пара в сепараторах и паропромывочных устройствах.

56 Концентрирование примесей воды в испарителях.

57 Устройства, применяемые для очистки пара.

58 Определение качества питательной воды и величины продувки.

59 Включение испарителей в тепловую схему электростанций.

60 Тепловой расчет испарителей.

61 Конструкции испарителей.

62 Очистка конденсатов электромагнитными фильтрами.

63 Очистка конденсатов на намывных фильтрах.

64 Выбор схемы ВПУ в зависимости от основного оборудования ТЭС.

65 Стоки электростанций и технологии их обезвреживания.

66 Малосточные и бессточные схемы подготовки воды.

67 Сточные воды ВПУ и технологии их обезвреживания.

68 Стоки от химических очисток и консервации оборудования.

69 Сточные воды систем охлаждения и их очистка.

70 Расчет декарбонизатора с насадкой из колец Рашига.

71 Технологии обезвреживания сточных вод ТЭС.

72 Коррозия оборудования КЭС. Методы защиты.

73 Коррозия стали в перегретом паре.

74 Коррозия латуней.

75 Технологические схемы очистки турбинных конденсатов.

76 Химическая очистка теплоэнергетического оборудования.

77 Консервация паровых котлов.

78 Задачи и принципы организации химического контроля водного режима.

79 Комбинированные установки опреснения воды.

80 Химический контроль и автоматизация ВПУ.

В конце каждого ответа приводится список использованной литературы.

Расчетно-графические работы, не соответствующие своему варианту, не рассматриваются.

Список литературы

1. Копылов А.С., Лавыгин В,М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике: Учебное пособие для вузов.- М.: Издательство МЭИ, 2003.-310 с.

2. Громогласов А.А., Копылов А.С., Пильщиков А.П. Водоподготовка: Процессы и аппараты – М.: Энергоатомиздат, 1990-272 с.

3. Фрог Б.Н., Левченко, А.П. Водоподготовка. Учебное пособие.- М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006.-656 с.

4. Тепловые и атомные электростанции. Справочник под ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. Книга 3, раздел 3. - М.: Энергоатомиздат, 1980.

5. Тепловые и атомные электростанции. Справочник под ред. А.В.Клименко и В.М.Зорина. Книга 3, раздел 3. М.: МЭИ, 2003.

6. Лившиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок - М.: Энергия, 1977-288 с.

7. Стерман Л.С., Покровский В.Н. Физические и химические методы обработки воды на ТЭС – М.: Энергоатомиздат, 1991-328 с.

8. Методические указания по проектированию ТЭС с максимально сокращенными стоками.- М.: Минэнерго СССР, 1991.

9. Задачи и упражнения по общей химии под ред. Коровина Н.В.- М.: Высшая школа, 2004.

10. Водоподготовка: Справочник/ под ред.С.Е.Беликова. М.: Аква-Терм, 2007 – 240 с.

11. Белан Ф.И. Водоподготовка: Расчеты, примеры, задачи. М.: Энергия, 1980 – 256 с.

12. Вишневский В.А. Современные методы обработки воды в энергетике: Учебное пособие для вузов. - Одесса: ОГНУ, 1999.

13. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподгодготовка и водный режим энергоблоков низкого и среднего давлений: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1990.

14. Мещерский Н.А. Эксплуатация водоподготовительных установок высокого давления. - М.:Энергоатмиздат, 1984.

15. Повышение экологической безопасности тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов /А.И. Абрамов, Д.П. Елизаров, А.Н. Ремезов и др.; под ред. А.С. Седлова.- М.: Издательство МЭИ, 2001.

16. Водоподготовка. Процессы и аппараты / под ред. О.Мартыновой – М.: Атомиздат, 1997 – 352с.

Приложение 1

Таблица П1.1 - Качество пара прямоточных котлов СКП (по требованиям ПТЭ)

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Соединения натрия	мкг/дм³	Не более 5
Кремниевая кислота в пересчете на SiO₂	мкг/дм³	Не более 15
Удельная электрическая проводимость	мкСм/см	Не более 0,3
рН	-	Не менее 7,5
рН при нейтрально-кислородном режиме	-	Не менее 6,5

Таблица П1.2 - Конденсат турбин ТЭС с прямоточными котлами СКП

(по требованиям ПТЭ)

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Общая жесткость	мкг-экв/дм³	Не более 0,5
Удельная электрическая проводимость	мкСм/см	Не более 0,5
Растворенный кислород	мкг/дм³	Не более 20

Таблица П1.3 - Обессоленная вода для подпитки прямоточных котлов СКП (по требованиям ПТЭ)

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Общая жесткость	мкг-экв/дм³	Не более 0,2
Соединения натрия	мкг/дм³	Не более 15
Кремниевая кислота в пересчете на SiO₂	мкг/дм³	Не более 20
Удельная электрическая проводимость	мкСм/см	Не более 0,5

Таблица П1.4 -Питательная вода прямоточных котлов СКП (по требованиям ПТЭ)

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Общая жесткость	мкг-экв/дм³	Не более 0,2
Соединения натрия	мкг/дм³	Не более 5
Кремниевая кислота в пересчете на SiO₂	мкг/дм³	Не более 15
Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Удельная электрическая проводимость	мкСм/см	Не более 0,3
Соединения железа	мкг/дм³	Не более 10
Соединения меди в воде перед деаэратором	мкг/дм³	Не более 5
Растворенный кислород в воде после деаэратора	мкг/дм³	Не более 10
Растворенный кислород при кислородном режиме	мкг/дм³	100-400
Масла и нефтепродукты до конденсатоочистки	мг/дм³	Не более 0,1
рН при гидразинно-аммиачном режиме	-	9,1 0,1
рН при гидразинном режиме	-	7,7 0,2
рН при кислородно-аммиачном режиме	-	8,0 0,5
рН при нейтрально-кислородном режиме	-	7,0 0,5
Гидразин при гидразинно-аммиачном режиме	мкг/дм³	20-60
Гидразин при гидразинном режиме	мкг/дм³	80-100

Приложение 2

Таблица П2.1 - Качество насыщенного пара барабанных котлов

с давлением 14 МПа (по требованиям ПТЭ)

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Соединения натрия	мкг/дм³	Не более 5
Кремниевая кислота в пересчете на SiO₂	мкг/дм³	Не более 15
Удельная электрическая проводимость	мкСм/см	Не более 0,3
рН	-	Не менее 7,5

Таблица П2.2 -Конденсат турбин ТЭС с барабанными котлами с давлением 14 МПа

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Общая жесткость	мкг-экв/дм³	Не более 1,0
Растворенный кислород	мкг/дм³	Не более 20

Таблица П2.3- Питательная вода барабанных котлов с давлением 14 МПа (по требованиям ПТЭ)

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Общая жесткость	мкг-экв/дм³	Не более 1,0
Соединения натрия	мкг/дм³	Не более 50
Кремниевая кислота в пересчете на SiO₂	мкг/дм³	Не более 30
Удельная электрическая проводимость	мкСм/см	Не более 1,5
Соединения железа	мкг/дм³	Не более 20
Соединения меди в воде перед деаэратором	мкг/дм³	Не более 5
Растворенный кислород в воде после деаэратора	мкг/дм³	Не более 10
рН при гидразинно-аммиачном режиме	-	9,1 0,1
Масла и нефтепродукты до конденсатоочистки	мг/дм³	Не более 0,3
Гидразин при гидразинно-аммиачном режиме	мкг/дм³	20-60

Таблица П2.4 - Котловая вода барабанных котлов с давлением 14 МПа

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Избыток фосфатов для чистого отсека	мг/дм³	(0,5-2,0)
Избыток фосфатов для соленого отсека	мг/дм³	Не более 12
рН чистого отсека	-	9,0-9,5
рН соленого отсека	-	Не более 10,5
Щелочность чистого отсека	-	Щ_фф=(0,2-0,5)∙Щ_общ
Щелочность соленого отсека	-	Щ_фф=(0,5-0,7)∙Щ_общ

Таблица П2.5 - Качество обессоленной воды для подпитки барабанных котлов с давлением 14МПа (по требованиям ПТЭ)

Нормируемый показатель качества	Размерность	Числ. значение
Общая жесткость	мкг-экв/дм³	Не более1,0
Соединения натрия	мкг/дм³	Не более 80
Кремниевая кислота в пересчете на SiO₂	мкг/дм³	Не более 100
Удельная электрическая проводимость	мкСм/см	Не более 2,0

Содержание

1 Введение	3
2 Задание для выполнения первой РГР	4
3 Задание для выполнения второй РГР	5
4 Задание для выполнения третьей РГР	8
5 Список литературы	12

6 Приложения 13

Св.план 2012 г., поз.76