РД 34.02.402-92

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОСВЕТЛЕННОЙ ВОДЫ СИСТЕМ ГИДРОЗОЛОУДАЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

РД 34.02.402-92

Дата введения 1993-07-01

РАЗРАБОТАНА Всероссийским дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехническим научно-исследовательским институтом (ВТИ)

РАЗРАБОТЧИКИ Г.С. Чеканов, Н.Н. Будникова, Е.В. Соцкова

УТВЕРЖДЕНА Комитетом электроэнергетики Минтопэнерго Российской Федерации 28 декабря 1992 г.

Заместитель Председателя В.И. Горин

ВЗАМЕН МТ 34-70-013-84

Настоящая Методика устанавливает правила выбора исходных данных и расчета показателей качества осветленной воды систем гидрозолоудаления (ГЗУ) тепловых электростанций (ТЭС) и котельных, сжигающих твердое топливо.

Расчет показателей качества осветленной воды проводят при проектировании новых ТЭС, реконструкции систем гидрозолоудаления действующих ТЭС с целью:

оценки загрязняющего воздействия от попадания осветленной воды из систем гидрозолоудаления в природные водоемы в результате ее фильтрации или прямых сбросов;

оценки возможности образования солевых отложений в системах гидрозолоудаления и разработки мероприятий по борьбе с ними;

оценки возможности использования части осветленной воды для других, кроме гидрозолоудаления, нужд водопотребления ТЭС или расположенных поблизости промышленных предприятий.

1. НОМЕНКЛАТУРА ПOKA3ATЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОСВЕТЛЕННОЙ ВОДЫ И ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ИХ РАСЧЕТА

1.1. Образование солевых отложений в системах гидрозолоудаления определяется тремя основными показателями качества осветленной воды:

гидратной щелочностью , г-экв/м3 (мг-экв/дм3);

концентрацией сульфатных ионов , г-экв/м3 (мг-экв/дм3);

концентрацией ионов кальция , г-экв/м3 (мг-экв/дм3).

1.2. Для оценки загрязняющего влияния сбросов и фильтрации осветленной воды, а также возможности использования ее для других нужд водопотребления определяют значение концентрации всех устойчивых форм катионов – [Kt] и анионов – [An], которые могут образоваться из водорастворимых соединений, содержащихся в золе сжигаемого топлива в количестве более 0,1-10-3 %.

К "неустойчивым" катионам и анионам относят такие ионы, которые в условиях системы гидрозолоудаления будут самопроизвольно разлагаться, окисляться или взаимодействовать с другими ионами. Такие "неустойчивые" ионы как , NH4, S2- и ионы органических соединений могут образовываться на отдельных участках систем гидрозолоудаления, но накопления их в осветленной воде происходить не будет.

1.3. Перечень исходных данных, их обозначение и размерность для расчета показателей качества осветленной воды по приведенным ниже формулам представлены в табл.1.

Таблица 1

1.4. Исходные данные по расходу топлива, выходу золошлаковых отходов, площади бассейна осветленной воды, объемам и качеству технической воды и стоков принимают по проектным показателям.

Химический состав летучей золы принимают на основании химического анализа пробы летучей золы, отобранной на одной из действующих ТЭС, сжигающей топливо, соответствующее топливу проектируемой электростанции. При невозможности проведения такого анализа химический состав принимают по табл. 2 и 3.

Таблица 2

Для оценки загрязняющего влияния сбросов осветленной воды концентрацию микрокомпонентов следует определять по максимальным значениям содержания соответствующих элементов, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОСВЕТЛЕННОЙ ВОДЫ

2.1. Основной формулой для расчета концентрации каждого типа ионов, содержащихся в осветленной воде, является итоговое уравнение математической модели формирования химсостава воды, циркулирующей в оборотной системе гидрозолоудаления

                         (1)

где - количество ионов J, поступающих в воду системы ГЗУ в результате выщелачивания золы, г-экв/ч;

- количество ионов J, поступающих в систему ГЗУ вместе с добавочной водой и стоками, г-экв/ч;

- количество ионов J, поступающих в воду системы ГЗУ в результате поглощения газообразных соединений из дымовых газов или атмосферного воздуха, г-экв/ч;

- количество ионов J, теряемых из воды системы ГЗУ в результате кристаллизации или нейтрализации, г-экв/ч;

e - основание натурального логарифма.

вычисляют по формуле

                                                      (2)

где KJ - коэффициент, характеризующий степень выщелачивания иона J из золы, г-экв/т.%;

- содержание в золе элемента или его оксида, образующих при растворении в воде ион J, %;

ЭJ - эквивалентная масса, соответственно, элемента или его оксида, г/г-экв.

Расчет проводят по формулам (3), (4) и (5)

                                   (3)

где - количество ионов , поступающих в систему ГЗУ из мокрых золоуловителей, г-экв/ч;

Sч - содержание серы в рабочей массе топлива, %;

- низшая теплотворная способность топлива, МДж/кг;

Aч - зольность рабочей массы топлива, %;

- общая нейтрализующая способность, мг-экв/кг

                                                        (4)

где - количество ионов , поступающих в систему ГЗУ из мокрых золоуловителей, г-экв/ч;

- концентрация оксидов азота в дымовых газах, г/м3;

qм.з. - плотность орошения мокрых золоуловителей, кг/м3.

Исходя из данных анализов содержания фтора в топливе и концентрации фтор-иона в орошающей мокрые золоуловители воде и пульпе, для ориентировочных расчетов можно принять, что в мокрых золоуловителях поглощается 15-20% фтористых соединений, содержащихся в сжигаемом топливе. Поступление фтора в систему ГЗУ из мокрых золоуловителей определяют по формуле:

                                                           (5)

где - количество ионов фтора, поступающих в систему ГЗУ из мокрых золоуловителей, г-экв/ч;

Bм.з. - расход топлива в котлах, оборудованных мокрыми золоуловителями, т/ч;

Fч - содержание фтора в топливе, %.

вычисляют по формуле

                                                         (6)

где - масса ионов типа "J", поступающих в систему ГЗУ с добавочной водой, г-экв/ч;

- объем добавочной воды типа "i", подаваемой в систему ГЗУ, м3/ч;

- концентрация ионов "J" в добавочной воде типа "i", мг-экв/дм3.

Оценка может быть выполнена по величине произведения растворимости для каждой пары катиона и аниона, присутствующих в осветленной воде. Остальные величины, входящие в формулу (1) и в другие из перечисленных формул, являются качественными и количественными характеристиками работы системы ГЗУ и поступающих в эту систему золы и добавочных вод или задаются в качестве исходных данных.

Перечень исходных данных, необходимых для расчета химсостава воды в оборотных системах ГЗУ, приведен в табл.1. Коэффициенты выщелачивания, эквивалентные массы и другие справочные данные, необходимые для расчета, приведены в табл.4 и 5. Наименование и обозначение используемых в расчете величин, не вошедших в перечень исходных данных, приведены в табл.6.

Характеристики катионов и их гидроксидов, используемые в расчете химического состава воды оборотных систем ГЗУ

Таблица 4

Таблица 5

Характеристики анионов и их кальциевых солей, используемых в расчете химического состава воды оборотных систем ГЗУ

Таблица 6

Обозначение и наименование физических величин, приведенных в формулах для расчета химического состава воды оборотных систем ГЗУ и не вошедших в перечень исходных данных

2.2. Расчет химического состава осветленной воды системы ГЗУ проводят в следующей последовательности:

2.2.1. Разделяют календарный год на n этапов, в каждом из которых расходные характеристики системы ГЗУ, а также состав золы и добавочной воды, поступающей в систему, остаются примерно постоянными. Допустимо отклонение этих показателей от среднего значения не более чем на 10%. Для каждого из этих этапов составляют перечень исходных данных. Если отсутствуют данные о начальном химическом составе воды для первого этапа, принимают его идентичным химическому составу природной воды.

2.2.2. Рассчитывают предварительную концентрацию гидроксильных ионов , принимая,

;

;

;

В формуле для расчета первое слагаемое характеризует количество ионов ОН-, нейтрализующихся в бассейне золоотвала в результате поглощения CO2 из атмосферного воздуха. Второе слагаемое учитывает нейтрализацию ионов ОН- при наличии специальной нейтрализационной установки и при использовании осветленной воды без предварительной нейтрализации для орошения мокрых золоуловителей.

Третье и четвертое слагаемые учитывают нейтрализацию ионов ОН- ионами и Н+, содержащимися в добавочной воде, поступающей непосредственно в систему ГЗУ, минуя мокрые золоуловители. В случае, если различные типы добавочной воды (стоков) предварительно смешиваются, например, собираются в сборном баке и оттуда направляются в систему ГЗУ, следует учитывать взаимную нейтрализацию ионов , Н+ и ОН-, которая будет происходить при смешивании этих стоков.

Пятое слагаемое учитывает связывание ионов ОН- содержащимися в добавочной воде ионами Mg2+, происходящее в результате кристаллизации гидроксида магния, растворимость которого весьма незначительна. Шестое слагаемое учитывает нейтрализацию ионов ОН-, содержащихся в добавочной воде, используемой для орошения мокрых золоуловителей.

Последнее слагаемое соответствует количеству свободной кислоты в пульпе мокрых золоуловителей.

Если полученное значение [OH-]ос.в. будет отрицательным, принимают окончательную концентрацию гидроксильных ионов в осветленной воде равной [OH-]ос.в. = 10-6 аг-экб/дм3, соответствующее pH = 5.

2.2.3. Рассчитывают предварительную концентрацию ионов кальция , принимая,

В формуле для расчета первое слагаемое учитывает потери ионов Ca2+ в результате взаимодействия с ионами , образующимися при нейтрализации ионов ОН- осветленной воды ионами , содержащимися в добавочной воде. Это слагаемое должно учитываться при условии, что

[OH-]ос.в. > 0,1 мг-экв/дм3

Второе слагаемое учитывает кристаллизацию ионов Ca2+ в установке для нейтрализации осветленной воды дымовыми газами. При других способах нейтрализации это слагаемое не учитывается.

2.2.4. Проверяют возможность пересыщения осветленной воды гидроксидом кальция. Условие пересыщения, определенное экспериментально, может быть представлено неравенством

(мг-экв/дм3)3

В случае пересыщения осветленной воды гидроксидом кальция в предварительные значения концентрации Ca2+ и ОН- вносят поправку, уменьшая каждое из этих значений на абсолютное пересыщение , определяемое методом подбора из уравнения

В дальнейших расчетах принимают концентрацию ионов и ОН- с учетом поправки на кристаллизацию пересыщающего раствор Ca(OH)2

Если (мг-экв/дм3)3, то в дальнейших расчетах принимают

2.2.5. Рассчитывают предварительную концентрацию сульфатных ионов , принимая

;

2.2.6. Проверяют возможность пересыщения осветленной воды сульфатом кальция. Условие пересыщения:

(мг-экв/дм3)2

В случае возможности пересыщения пересчитывают концентрации ионов по следующим формулам:

Окончательные концентрации ионов ОН-, Ca2+ и в осветленной воде системы ГЗУ равны:

2.2.7. Рассчитывают концентрацию нитратных ионов , принимая

2.2.8. Рассчитывают концентрацию ионов фтора [F-]ос.в, принимая

2.2.9. Рассчитывают концентрацию остальных ионов (катионов и анионов), приведенных в табл.1 и 4, принимая

2.2.10. Определяют pH осветленной воды по формуле

pH = 11 + lg [OH-]ос.в.;

2.2.11. Если pH осветленной воды менее 10, рассчитывают содержание в осветленной воде бикарбонатных ионов , принимая

При определении исходят из условия, что при малых (pH < 10) концентрациях гидроксильных ионов в воде, кислоты, образующиеся в мокрых золоуловителях и содержащиеся в добавочной воде будут взаимодействовать с бикарбонатными ионами с выделением газообразного CO2. Если полученное значение концентрации бикарбонатных ионов в осветленной воде будет величиной отрицательной, принимают = 0.

2.2.12. Определяют концентрацию ионов при условии насыщения осветленной воды приведенными в табл.1 и 4 соединениями катионов с анионами ОН- и анионов с ионами Ca2+, исходя из произведения концентраций насыщенного раствора данных соединений и рассчитанных ранее концентраций ионов ОН- и Ca2+ по одной из следующих формул:

;

Окончательную концентрацию каждого вида ионов J в осветленной воде ГЗУ принимают равной меньшему из значений концентраций данного иона, определенному в соответствии с пп.2.2.8, 2.2.9, 2.2.11 и 2.2.12.

2.2.13. Проверяют условие нейтральности осветленной воды, в соответствии с которым сумма концентраций катионов должна быть равной сумме концентраций анионов. Для этого рассчитывают относительную разность между суммой катионов и анионов:

,

Далее находят концентрации всех ионов, включая ионы ОН-, , и Ca2+ с учетом поправки на нейтральность раствора

[kt]испр. = [kt] · (1 - δ); [An]испр. = [An] · (1 + δ);

Полученные значения концентраций ионов соответствуют химсоставу осветленной воды для конца первого этапа.

2.2.14. Проводят расчет химического состава осветленной воды последовательно для каждого следующего этапа работы системы ГЗУ, принимая за начальный химический состав осветленной воды результаты расчета для конца предшествующего этапа. Расчет заканчивается после того, как концентрация ионов каждого вида, рассчитанная для последнего этапа, будет отличаться от концентрации соответствующих ионов для того же этапа в предыдущем году не более чем на 5%

2.2.15. Результаты химического состава для каждого этапа оформляют в виде таблицы. Такая запись позволяет наглядно представить, как изменяется химический состав осветленной воды в течение года и как происходит его стабилизация.

Расчет содержащихся в итоговой таблице величин гидратной и общей щелочности осветленной воды проводят по формулам

Общее солесодержание в мг/дм3 определяют как сумму произведений всех ионов на соответствующие эквивалентные массы, приведенные в табл.2 и 3.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА

3.1. На основании результатов расчета показателей качества осветленной воды определяют возможность образования солевых отложений в трубопроводах и насосах проектируемой системы ГЗУ, а также тип образующихся отложений.

Если осветленная вода имеет нейтральную или близкую к нейтральной реакцию (5,0 ≤ pH ≤ 8,3), возможность образования наиболее часто встречающихся отложений карбоната кальция исключается.

Если осветленная вода имеет слабощелочную реакцию (8,3 < pH < 11,0), в насосах и трубопроводах осветленной воды возможно образование отложений гексагидрата карбоната кальция (CaCO3·6H2O). Эти отложения образуются в холодное время года, когда осветленная вода охладится до температуры 4 °С и ниже.

Если осветленная вода будет иметь щелочную реакцию (pH > 11,0), кроме гексагидратных отложений, возможно в течение всего года образование отложений, состоящих из безводного карбоната кальция.

Если гидратная щелочность осветленной воды превысит 50 мг-экв/дм3 в системе ГЗУ, кроме карбонатных отложений возможно образование гидрата окиси кальция Са(ОН)2.

Образование сульфатных отложений, состоящих из двухводного кристаллогидрата сульфата кальция CaSO4·2H2O, возможно, если произведение концентраций ионов Ca2+ и превышает величину 1600 (мг-экв/дм3)2 (см. п.2.2.6). В этом случае пересыщение сульфатом кальция будет иметь место в пульпе после мокрых золоуловителей и в пульпе после смешивания со сбросами ХВО, если концентрация ионов в этих сбросах превышает концентрацию сульфатных ионов в осветленной воде.

3.2. Возможность сброса осветленной воды из системы ГЗУ в природные водоемы или использования этой воды для других технологических операций определяется путем сравнения соответствующих нормативных показателей с показателями качества осветленной воды, полученной расчетным путем. Например, сброс осветленной воды в природный водоем не допустим, если концентрация хотя бы одного типа ионов в осветленной воде превышает величину предельно-допустимой концентрации (ПДК) данного иона, установленную для данного типа водоема.