thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi

trình bày thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi

ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 1 MỤC LỤC Chương I: Tổng quan về nồi hơi và nước cấp lò hơi 2 I. Tổng quan về lò hơi . 2 II. Sự hình thành cặn bám trong lò hơi 2 III. Các phương pháp loại trừ cặn bám trong lò hơi 3 IV. Các phương pháp làm mềm nước cấp cho lò hơi 4 Chương II: Lựa chọn công nghệ xử lý . 5 I. Số liệu đầu vào và tiêu chuẩn đầu ra . 5 II. Sơ đồ công nghệ xử lý . 6 III. Tính toán ban đầu 7 Chương III: Tính toán thiết kế các công trình 10 I. Giếng bơm 10 II. Giàn mưa 10 III. Bể khuấy trộn . 13 IV. Bể lắng đứng tiếp xúc . 15 V. Bể chứa nước trung gian 17 VI. Bồn lọc áp lực . 17 VII. Cột lọc cationit . 20 VIII. Cột lọc anionit 23 IX. Bể nén bùn 25 X. Máy ép bùn băng tải . 28 Tài liệu tham khảo 29 Phụ lục ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 2 Chương I: Tổng quan về nồi hơi và nước cấp lò hơi I. Tổng quan về lò hơi: Trong công nghiệp, nhiều quá trình công nghệ, chẳng hạn như quá trình nấu chảy, quá trình nung nóng vật liệu hoặc sản xuất vật liệu mới… đòi hỏi phải tiến hành ở nhiệt độ cao hoặc rất cao. Để thực hiện các quá trình công nghệ này, người ta xây dựng các thiết bị nhiệt gọi chung là lò hơi công nghiệp. Lò hơi giúp đưa nhiệt của quá trình đốt cháy cho nước đến khi nước được đun nóng hoặc thành hơi. Nước nóng hoặc hơi dưới tác động của áp suất sẽ truyền nhiệt sang một quy trình. Khi nước được chuyển thành hơi, thể tích sẽ tăng lên gấp nhiều lần, tạo ra một lực nén rất mạnh. Chính vì hoạt động ở điều kiện áp suất cao như vậy, lò hơi là thiết bị áp lực phải được vận hành với những tiêu chuẩn khắt khe về an toàn. Việc vận hành an toàn những thiết bị này đòi hỏi phải quan tâm kỹ lưỡng đến nhiều nhân tố. Một trong những yếu tố ảnh hướng lớn đến hoạt động của lò cũng như nguy cơ gây phá hủy lò là nước cấp cho lò hơi. Sự có mặt của các tạp chất trong nước cấp có thể dẫn đến tạo ra cán cặn bám trên bề mặt đốt của lò và phá hủy chế độ làm việc bình thường của lò, làm xấu chất lượng hơi và ăn mòn các chi tiết kim loại đường hơi và nước. Vì thế để lò hơi làm việc liên tục và kinh tế thì nhiệm vụ của chế độ nước cấp cho lò hơi là: - Ngăn ngừa hoặc giảm thiểu sự tạo thành cáu bám trên các bề mặt truyền nhiệt (bề mặt đốt). - Ngặn ngừa hoặc giảm thiểu quá trình ăn mòn kim loại đường nước và hơi. - Đảm bảo được hơi có độ sạch yêu cầu. II. Sự hình thành cặn bám trong lò hơi: Do tác dụng của nhiệt và do quá trình bốc hơi, trong nước lò hơi diễn ra các quá trình hóa lý khác nhau, một loạt hợp chất bị phân hủy và một loạt hợp chất khác sinh ra… Trong nhiều trường hợp quá trình này dẫn đến sự tạo ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 3 ra các hợp chất không hòa tan tách ra khỏi dung dịch bão hòa dưới dạng cặn và trong những điều kiện nhất định biến thành cặn bám hoặc bùn. Chất lắng đọng dính chặt trên bề mặt đun nóng hay làm lạnh có khả năng phá hoại sự làm việc bình thường của lò hơi hay các thiết bị trao đổi nhiệt gọi là cặn bám. Chất lắng đọng xốp do căn lơ lửng trong nước lò hơi được tích lũy và nén lại gọi là bùn. Lắng đọng dạng cặn bám và dạng bùn gây ra mức độ nguy hiểm như nhau đối với hoạt động của lò hơi. Theo tính chất vật lý có thể đánh giá chất lắng đọng theo các chỉ tiêu: màu, độ ứng, cường độ kết dính với bề mặt kim loại, chiều dày, độ phân phối đều trên bề mặt… Theo đặc tính hóa học, thành phần của chất lắng đọng thường được biểu diễn bằng phần trăm các chất như: CaO, MgO, CuO, SO 3 , SiO 2 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , Al 2 O 3 , P 2 O 5 và cả lượng cặn bay hơi. Thành phần cặn bám trong lò hơi có thể phân ra như sau: 1) Cặn bám kim loại kiềm thổ chủ yếu bao gồm các hợp chất của canxi và magie. 2) Cặn bám oxit sắt: trong thành phần của loại cặn lắng đọng này có thể có silicat sắt, phophat sắt, oxit sắt… 3) Cặn bám đồng 4) Cặn bám silicat: tính chất quan trong nhất của cặn bám là độ dẫn nhiệt thấp, nó thay đổi phụ thuộc vào cấu trúc và độ rỗng của vật chất lắng đọng từ 0,12 đến 1,2at/m.K III. Các phương pháp loại trừ cặn bám trong lò hơi: a. Làm mềm triệt để nước lò hơi b. Ngăn ngừa quá trính làm bẩm nước cấp do các sản phẩm của quá trình gỉ kim loại của hệ lò hơi. c. Khử hiện tượng thấm hút nước làm lạnh vào thiết bị ngưng tụ của tuabin. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 4 d. Tổ chức xử lý nước bên trong lò hơi để giữ chế độ hóa học hợp lý cho lò hơi. e. Khử hiện tượng nung quá nhiệt cục bộ trên các ống phát hơi. IV. Các phương pháp làm mềm nước cấp cho lò hơi: a. Làm mềm bằng phương pháp lắng cặn: dựa trên cơ sở chuyển những muối hòa tan trong nước thành những hợp chất ít hòa tan và lắng xuống. b. Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion: dùng phương pháp lắng cặn không thể làm mềm hoàn toàn nước thiên nhiên. Vì thế thường dùng sơ đồ phối hợp, trong đó xử lý sơ bộ bằng lắng cặn và xử lý bậc cao hơn bằng trao đổi ion. Xử lý nước bằng phương pháp trao đổi ion dựa vào khả năng của một số chất không hòa tan trong nước gọi là ionit, các chất này làm thay đổi thành phần ion của nước theo hướng mong muốn. Thời gian của chu trình làm việc của thiết bị trao đổi ion được xác định bởi dung lượng trao đổi của ionit. Sau một thời gian làm việc thì khả năng trao đổi ion của ionit giảm xuống, khi đó cần phải hoàn nguyên để khôi phục khả năng trao đổi ion ban đầu của ionit. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 5 CHƯƠNG II: Lựa chọn công nghệ xử lý I. Số liệu đầu vào và tiêu chuẩn đầu ra: Số liệu đầu vào: - pH=6,0 - Độ kiềm = 10 mgCaCO 3 /l - Độ cứng Ca = 60 mgCaCO 3 /l - Độ cứng Mg = 10 mgCaCO 3 /l - Fe 2+ = 1 mg/l - Mn 2+ = 1 mg/l - SO 4 2- = 20 mg /l - Cl - = 30 mg/l - SiO 3 2- = 0,5 mg/l - H 2 S = 1 mg/l Tiêu chuẩn đầu ra: theo TCVN 7704:2007, mục 9.6.2 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 6 II. Sơ đồ công nghệ: Bồn lọc áp lực Bùn khô N 2 H 4 NaOH hoặc HCl (hoàn nguyên) Trao đổi ion Bộ khử khí Nồi hơi Máy ép bùn băng tải Thu gom, chôn lấp Bùn lỏng Cặn Nước rửa lọc NaHCO 3 Bể chứa nước trung gian Bể nén bùn Cặn Giếng bơm Giàn mưa Bể khuấy trộn Bể lắng đứng tiếp xúc AMH: Thit k h thng x lý nc cp lũ hi GVHD: PGS. TS. Nguyn Phc Dõn SVTH: Phm c Cng 7 - Nc sau khi qua gin ma kh CO 2 , ng thi oxi hoỏ Fe v Mn s c a n b khuy trn. Ti õy s tin hnh chõm hoỏ cht tng kim cho nc nhm thỳc y quỏ trỡnh oxi hoỏ Fe v Mn xy ra c hon ton. - Nc sau khi c ra khi b khuy trn s c a sang b lng lng cn Fe v Mn kt ta c to thnh do phn ng oxi hoỏ. Nc sau lng c cha trong bn cha nc trung gian, sau ú c bm n b lc ỏp lc loi hon ton phn cn l lng trong nc. - Sau khi qua b lc, nc s c kh cng (Ca 2+ v Mg 2+ ) bng cỏch cho i qua ct lc cationit v kh khoỏng (Cl - , SO 4 2- , SiO 3 2- ) bng cỏch cho i qua ct lc anionit. - Nc sau khi qua h thng trao i ion s c kh khớ (CO 2 v O 2 ) bng cỏch un núng, ng thi cho thờm hydrazine N 2 H 4 kh oxi trit theo phng trỡnh: N 2 H 4 + O 2 -> N 2 + 2H 2 O - Cn lng phỏt sinh t b khuy trn v b lng, cng nh cn cú trong quỏ trỡnh ra lc s c a n b nộn bựn, bựn sau khi lng s c a n mỏy ộp bựn dng bng ti. - Bựn sau khi c ộp s c em i chụn lp, cũn nc sinh ra t quỏ trỡnh ộp bựn s c a n h thng thoỏt nc chung ca trm x lý. III. Tớnh toỏn ban u: + Nng CO 2 ban u cú trong nc: K = 10mgCaCO 3 /l = 0,2mlg/l kim ban u à = 0,000022P - lc ion ca dung dch P tng hm lng mui (mg/l) < 1000 => à = 0,022 K 1 hng s phõn ly bc 1 ca axit cacbonic t 0 C 10 20 25 30 K 1 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 8                     + Độ kiềm sau làm thoáng: Alk sau = Alk đầu – 0,036Fe 2+ = 0,2 – 0,036 x 1 = 0,164 mđlg/l + pH sau làm thoáng:           C = 0,5C 0 + 1,6Fe 2+ = 0,5 x 14,51 + 1,6 x 1 = 8,855 mg/l              + Nồng độ oxi trong nước sau làm thoáng: [O 2 ] còn = [O 2 ] hoà tan – (0,47H 2 S + 0,143Fe 2+ ) = 8,1 – (0,4 x 1 + 0,143 x 1) = 7,487 mg/l Thế oxi hoá khử của oxi:              =         Thế oxi hoá khử của Fe:            Ta có:             => chọn giàn mưa để khử sắt.                        nên cũng xảy ra sử oxi hoá Mn. + Ban đầu ta có: pH = 6 => [H + ] =10 -6 mol/l = 10 -3 mg/l [OH - ] = 10 -8 mol/l = 1,7.10 -4 mg/l Alk tổng = [HCO 3 - ] + 2[CO 3 2- ] + [OH - ] – [H + ] (eq/l)  10/50000 = = [HCO 3 - ] + 2[CO 3 2- ] + 10 -8 – 10 -6 (1)                (2) (1)(2)=> [CO 3 2- ] = 9,45.10 -9 mol/l = 2,835.10 -4 mg/l ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 9 [HCO 3 - ] = 2.10 -4 mol/l = 12,2 mg/l. + Sau khi xử lý bằng giàn mưa, nước phải đạt pH > 6,8 và có độ kiềm > 2 mđlg/l để hiệu quả xử lý sắt xảy ra tốt. Theo tính toán, sau giàn mưa nước có pH = 6,13 và Alk = 0,164 mđlg/l, do đó cần phải bổ sung thêm độ kiềm cho nước. Sau làm thoáng, pH = 6,13 và Alk = 0,164 mđlg/l  [HCO 3 - ] = 10,004 mg/l Theo yêu cầu: pH = 6,8 và Alk = 2mđlg/l  [HCO 3 - ] = 121,39 mg/l  Lượng HCO 3 - cần thêm là 121,39 – 10,004 =111,386 mg/l  Lượng NaHCO 3 - =153,384mg/l. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 10 CHƯƠNG III: Tính toán thiết kế các công trình I. Giếng bơm: Có nhiệm vụ lấy nước ngầm lên cung cấp cho các công trình phía sau. Chiều sâu lấy nước chọn là 60m. Chọn bơm chìm có áp lực H b = 70m. Công suất bơm là:                 II. Giàn mưa: Lưu lượng nước lên giàn mưa: Q = 100m 3 /h = 2400m 3 /ngđ. Tổng diện tích giàn mưa:            q m = 10m 3 /m 2 .h – cường độ mưa (q m = 10-15m 3 /m 2 .h) Chọn 2 giàn mưa, diện tích mỗi giàn mưa là:           , vậy chọn kích thước giàn mưa là 2m x 2,5m. Diện tích bề mặt tiếp xúc của giàn mưa:       • K=0,08 – hệ số khử khí khi chọn vật liệu tiếp xúc là than cốc có đường kính d=24mm ở nhiệt độ 25 0 C. • G – lượng CO 2 cần khử (kg/h)                           – hàm lượng CO 2 tự do ban đầu [...]... ŵŶ˭% È˨ 28 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi Tài liệu tham khảo 1 Ví dụ tính toán thiết kế nhà máy xử lý nước – Nguyễn Phước Dân, Lâm Minh Triết - NXB Đại học Quốc gia TP HCM 2 Giáo trình Xử lý nước cấp – TS Đặng Viết Hùng – Đại học BK TP.HCM 3 Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân – NXB Đại học Quốc gia TP HCM 4 Xử lý nước cấp – TS Nguyễn...ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi ˕ ˕ ˕ ¯ ˭˧Èˬ – hàm lượng CO2 ứng với pH=7,5 và độ kiềm nước nguồn ¯ ŵ ź ˭˧Èˬ – hàm lượng CO2 ứng với pH và độ kiềm đã biết ở 250C ŵ ŴŹ – hệ số kể đến lượng muối hoà tan trong nước Bảng 1.1: trị số hệ số Lượng muối trong nước 100 200 300 400 500 750 1000 1,05 1,0 0,96 0,94 0,92 0,87 0,83 (mg/l) Ŵ %Ź hệ số kể đến nhiệt độ của nước tại 250C Bảng 1.2: trị số hệ. .. Để thu nước sau lắng, ta dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể, nước chảy theo 2 chiều nên diện tích mặt cắt ngang của máng vòng là: ˦ $0$0 #"" $0$0" GVHD: PGS TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường Ŵ ŴŵŶ˭$ (v = 0,6m/s – vận tốc nước trong máng) 16 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi Chọn tiết diện máng là 0,1m x 0,12m V Bể chứa nước trung gian: Thể tích bể chứa nước trung... tầng, mỗi tầng cách nhau 0,8m Lưu lượng nước lên mỗi giàn mưa: J ˝ Ŷ ŵŴŴ Ŷ ŹŴ˭% ˨ ŵŷ %% ˬÈJ Chọn đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa có d=150mm GVHD: PGS TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 12 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi Vận tốc nước trong ống là 0,8m/s (nằm trong giới hạn) Chọn đường kính ống dẫn nước từ sàn thu nước xuống có d=120mm Vận tốc nước trong ống là 1,2m/s (nằm trong... lượng của bơm: ˝ $ &% "$ ŵŶ ŵ%˭% È˨ c Hệ thống phân phối và thu nước: tương tự như cột lọc cation IX Bể nén bùn: Lượng cặn khô xả ra sau 1 ngày từ bể lắng: ˣ# { % { #""" {‰{ Cmax = Cn + KP + 0,25M + V Cn: hàm lượng cặn nước nguồn KP: lượng phèn sử dụng M:độ màu của nước GVHD: PGS TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 25 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi V: lượng chất kiềm hóa thêm vào... %0$ "#0$ Ŵ Ŷ˨ GVHD: PGS TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường ŵŶ J˨ïˮ 22 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi Chọn bồn pha dung dịch có thể tích 2,5m3 Ống dẫn hoàn nguyên có D = 50mm Bơm hoá chất có lưu lượng: ˝ $ &$ "$ ŵŶ ŵ˭% È˨ c Hệ thống thu nước và phân phối: Chọn ống dẫn nước có D=50mm Phểu phân phối nước có đường kính đáy nhỏ là 50mm, đường kính đáy lớn là 200mm Chiều cao phểu là... nồng độ trung bình của cặn đã nén sau 24h – tra bảng 3-3 trang 78 sách Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung) P1 = 98% - độ ẩm của bùn trước khi nén P2 = 95% - độ ấm của bùn sau khi nén Vậy lượng bùn thải ra từ bể nén bùn sau 1 ngày đêm là: GVHD: PGS TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 27 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi {#"" ˝$ X #"" { #$ %{#"" #"" ' { Ÿ %Ŷ{ ¯ { Máy ép bùn dạng băng... 4 Xử lý nước cấp – TS Nguyễn Ngọc Dung – NXB Xây dựng 5 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và xây dựng – TS Trịnh Xuân Lai – NXB Xây dựng 6 Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Nguyễn Thị Thu Thủy – NXB Khoa học và kỹ thuật 7 TCXDVN 33:2006 – Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế 8 Sổ tay Quá trình va thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1 – NXB Khoa học và kỹ thuật GVHD: PGS... phối nước hn = hvl.e + 0,3 = 1 x 0,5 + 0,3 = 0,8 m e: hệ số nở tương đối của vật liệu khi rửa ngược H =0,2 + 1 + 0,8 + 0,3 = 2,3m c Hệ thống phân phối nước và thu nước: Q = 100m3/h 4 bồn lọc, lưu lượng nước cho mỗi bồn: 25m3/h Chọn ống dẫn nước vào bồn lọc có D = 100m Vận tốc nước trong ống v = 0,88m/s (quy phạm từ 0,8 - 1,2m/s) GVHD: PGS TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 18 ĐAMH: Thiết kế hệ thống. .. ŵŴŴ Ŷ ŹŴ˭% Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng vm = 0,6m/s: ˦ J ˰ ŹŴ ŷźŴŴ 0 Ŵ ź Ŵ ŴŶŷ˭% Chọn chiều rộng máng bm = 0,25m thì chiều cao máng là: GVHD: PGS TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 14 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi ˦ I ˨ Ŵ ŴŶŷ Ŵ ŶŹ Ŵ Ŵ%Ŷ˭ Ŵ ŵ˭ Tống diện tích các lỗ ngập thu nước ở thành máng với tốc độ nước chảy vl = 1m/s sẽ là: ˦ #"" #0% "" Ŵ ŴŶ%˭$ . Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 2 Chương I: Tổng quan về nồi hơi và nước cấp lò hơi. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 5 CHƯƠNG II: Lựa chọn công nghệ xử lý I.