Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi

t 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, SO3, SiO2, Fe2O3, Fe3O4, Al2O3, P2O5 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 mgCaCO3/l - Độ cứng Ca = 60 mgCaCO3/l - Độ cứng Mg = 10 mgCaCO3/l - Fe2+ = 1 mg/l - Mn2+ = 1 mg/l - SO4 2- = 20 mg /l - Cl- = 30 mg/l - SiO3 2- = 0,5 mg/l - H2S = 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 N2H4 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 NaHCO3 Bể chứa nước trung gian Bể nén bùn Cặn Giếng bơm Giàn mưa Bể khuấy trộn Bể lắng đứng tiếp xúc ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 7 - Nước sau khi qua giàn mưa để khử CO2, đồng thời oxi hoá Fe và Mn sẽ được đưa đến bể khuấy trộn. Tại đây sẽ tiến hành châm hoá chất để tăng độ kiềm cho nước nhằm thúc đẩy quá trình oxi hoá Fe và Mn xảy ra được hoàn toàn. - Nước sau khi được ra khỏi bể khuấy trộn sẽ được đưa sang bể lắng để lắng cặn Fe và Mn kết tủa được tạo thành do phản ứng oxi hoá. Nước sau lắng được chứa trong bồn chứa nước trung gian, sau đó được bơm đến bể lọc áp lực để loại hoàn toàn phần cặn lơ lửng trong nước. - Sau khi qua bể lọc, nước sẽ được khử cứng (Ca2+ và Mg2+) bằng cách cho đi qua cột lọc cationit và khử khoáng (Cl-, SO4 2-, SiO3 2-) bằng cách cho đi qua cột lọc anionit. - Nước sau khi qua hệ thống trao đổi ion sẽ được khử khí (CO2 và O2) bằng cách đun nóng, đồng thời cho thêm hydrazine N2H4 để khử oxi triệt để theo phương trình: N2H4 + O2 -> N2 + 2H2O - Cặn lắng phát sinh từ bể khuấy trộn và bể lắng, cũng như cặn có trong quá trình rửa lọc sẽ được đưa đến bể nén bùn, bùn sau khi lắng sẽ được đưa đến máy ép bùn dạng băng tải. - Bùn sau khi được ép sẽ được đem đi chôn lấp, còn nước sinh ra từ quá trình ép bùn sẽ được đưa đến hệ thống thoát nước chung của trạm xử lý. III. Tính toán ban đầu: + Nồng độ CO2 ban đầu có trong nước:
   K = 10mgCaCO3/l = 0,2mđlg/l – độ kiềm ban đầu µ = 0,000022P - lực ion của dung dịch P – tổng hàm lượng muối (mg/l) µ = 0,022 K1 – hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic t0C 10 20 25 30 K1             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: Alksau = Alkđầu – 0,036Fe 2+ = 0,2 – 0,036 x 1 = 0,164 mđlg/l + pH sau làm thoáng: "#  !$ % & ' C = 0,5C0 + 1,6Fe 2+ = 0,5 x 14,51 + 1,6 x 1 = 8,855 mg/l ð "#  !$ % & '  ( + Nồng độ oxi trong nước sau làm thoáng: [O2]còn = [O2]hoà tan – (0,47H2S + 0,143Fe 2+) = 8,1 – (0,4 x 1 + 0,143 x 1) = 7,487 mg/l Thế oxi hoá khử của oxi: ) * *   & +"# ,  -./01 = 2– 2+  ( ,   -./41  556 Thế oxi hoá khử của Fe: )789 78   & ::"#   & ::  (  ; Ta có: < * * 9 =>  (=> chọn giàn mưa để khử sắt. )?@A ?@  + & "#  + &   (  ; )?@A ?@ B )C DC 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 Alktổng = [HCO3 -] + 2[CO3 2-] + [OH-] – [H+] (eq/l) ð 10/50000 = = [HCO3 -] + 2[CO3 2-] + 10-8 – 10-6 (1) E  FDG/%C91/D%C91  :    (2) (1)(2)=> [CO3 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 [HCO3 -] = 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 ð [HCO3 -] = 10,004 mg/l Theo yêu cầu: pH = 6,8 và Alk = 2mđlg/l ð [HCO3 -] = 121,39 mg/l ð Lượng HCO3 - cần thêm là 121,39 – 10,004 =111,386 mg/l ð Lượng NaHCO3 - =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 Hb = 70m. Công suất bơm là: H  IDJKLL  9MM MNMOMP  (QR II. Giàn mưa: Lưu lượng nước lên giàn mưa: Q = 100m3/h = 2400m3/ngđ. Tổng diện tích giàn mưa: S  KTU      qm = 10m 3/m2.h – cường độ mưa (qm = 10-15m 3/m2.h) Chọn 2 giàn mưa, diện tích mỗi giàn mưa là: V  7W      , vậy chọn kích thước giàn mưa là 2m x 2,5m. Diện tích bề mặt tiếp xúc của giàn mưa: SXY  Z[%\J • K=0,08 – hệ số khử khí khi chọn vật liệu tiếp xúc là than cốc có đường kính d=24mm ở nhiệt độ 250C. • G – lượng CO2 cần khử (kg/h) ] 
^ M _ ` Q a b
^  (Scd , e
f &
Xg
f  2 ! – hàm lượng CO2 tự do ban đầu ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 11
X 
hfij2 ! – hàm lượng CO2 ứng với pH=7,5 và độ kiềm nước nguồn
hf  (2 ! – hàm lượng CO2 ứng với pH và độ kiềm đã biết ở 250C i   – hệ số kể đến lượng muối hoà tan trong nước. Bảng 1.1: trị số hệ số i Lượng muối trong nước (mg/l) 100 200 300 400 500 750 1000 i 1,05 1,0 0,96 0,94 0,92 0,87 0,83 j  + –hệ số kể đến nhiệt độ của nước tại 250C Bảng 1.2: trị số hệ số j Nhiệt độ nước 0C 0 10 20 30 40 50 60 j 1,55 1,21 1,0 0,9 0,89 0,8 0,79 ð Ct = 1,596 mg/l ð Cl = 1,64Fe 2+ + (14,51 – 1,596) = 14,604 mg/l ð ]  P  ( k lm n o • [
Xh  %Upq%\^mrUpqr\ klmn o Cmax = 1,64Fe 2+ + Cđ = 1,64 x 1 +14,51 = 16,15 mg/l Ct = 1,596 mg/l => [
Xh  PssOP^mttu  (    klmn o => SXY  Z[%\J  P NP9  5+: Thể tích lớp vật liệu tiếp xúc: ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 12 RXY  SXYVXY  5+:     ftx = 120 m 2/m3 – diện tích tiếp xúc của than cốc có đường kính 24mm. Bảng 1.3: đặc tính của lớp vật liệu tiếp xúc Vật liệu Đường kính (mm) Số lượng/m3 (hạt) Diện tích bề mặt đơn vị (m2/m3) Trọng lượng (kg/m3) Sỏi, cuội 42 14000 80,5 - Than cốc dạng cục 43 14000 77 455 nt 41 15250 86 585 nt 29 27700 110 660 nt 24 64800 120 600 Bề dày của lớp vật liệu:2 v  RS      Chia cho 2 giàn mưa, mỗi giàn có 2 !  v   Vậy số lớp vật liệu lọc hay số tầng của giàn mưa:w  ^     2tầng, mỗi tầng cách nhau 0,8m. Lưu lượng nước lên mỗi giàn mưa:2 x  _      a  5+2! y Chọn đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa có d=150mm ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 13 ð 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 ð Vận tốc nước trong ống là 1,2m/s (nằm trong khoảng 1,0-1,5m/s). Giàn mưa gồm 4 tầng, mỗi tấng cách nhau 0,8m Hệ thống phân phối nước cách sàn trên cùng 0,8m Chiều cao phần thu nước lấy bằng 0,3m Vậy chiều cao của giàn mưa là: H = 0,3 x 5 + 4 x 0,8 = 4,7m Hệ thống cửa chớp được bố trí trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa và xung quanh giàn mưa. III. Bể khuấy trộn hoá chất: Công suất xử lý của trạm: Q = 100m3/h Diện tích tiết diện ngang ở phần trên của bể trộn với vận tốc nước dâng trong bể vd= 25mm/s = 0,025m/s:2 VX  _z{   (      Vậy chọn kích thước bể trộn là 1,1m x 1,1m Chọn đường kính ống dẫn nước vào bể trộn là d = 180mm ð Vận tốc nước trong ống là 1,09m/s (nằm trong khoảng 1-1,5m/s) Vậy diện tích phần đáy bể (phần nối với ống) sẽ có diện tích là: fđ = 0,18 x 0,18 = 0,0324 m 2 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 14 Chọn góc nón α = 400 thì chiều cao phần dưới của bể là: a{   e|X & |{g}$~      e & 5g}$~    ( Thể tích phần dưới: R{  a{eVX , V{ , VX  V{     (e ,  ,     ( Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu nước là t = 1,5 phút: R  _  ~(     (    Thể tích phần trên là: Wt = 2,5 – 0,6 = 1,9m 3 Chiều cao phần trên của bể là:aX  €\\  O   :, chọn ht = 1,6m. Chiều cao toàn phần của bể: H = ht + hd = 1,6 + 1,26 = 2,86m Thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước. Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược nhau, vậy lưu lượng nước tính toán của máng là: x  _       Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng vm = 0,6m/s:2 V‚  x‚z‚   (  (    Chọn chiều rộng máng bm = 0,25m thì chiều cao máng là: ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 15 a‚  V‚|‚     + ƒ  Tống diện tích các lỗ ngập thu nước ở thành máng với tốc độ nước chảy vl = 1m/s sẽ là: „ V^  K…†   P  5 Chọn dlỗ = 30mm => flỗ = 0,0007m 2, vậy số lỗ cần là 2w  „††  N   2!2 Các lỗ được bố trí ngập trong nước 70mm (tính đến tâm lỗ). Chu vi phía trong của máng: Pm = 4bm = 4 x 1,1 = 4,4m ð Khoảng cách giữa các tâm lỗ là: c  ‡U@      Với Q=100m3/h, chọn ống dẫn sang bể lắng với d=200mm, ứng với v = 0,88m/s (quy phạm là 0,8 - 1m/s). IV. Bể lắng đứng tiếp xúc: Thể tích của bể: R  KXP   P  (((: Chọn chiều cao lắng là 2m (quy phạm 1,5 – 3,5m) Tốc độ nước dâng trong bể: z  #  ~       (  5 y2 Diện tích toàn phần của bể lắng: S  €D†  PPP    Chia làm 2 bể lắng, diện tích mỗi bể là:V  7     ((: ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 16 Lưu lượng nước qua mỗi bể là:x    s‚9 n  ! y Chọn diện tích ống trung tâm có d = 130mm => f = 0,0133m2 ứng với vận tốc v = 1,05m/s Tổng diện tích mỗi bể kể cả ống trung tâm là : F = 16,67 + 0,01333 = 16,6833m2 = 4,1m x 4,1m (chọn bể lắng hình vuông) Đường kính ống phân phối nước trung tâm là: Dtt = 0,2B = 0,2 x 4,1 = 0,82m Đường kính phần loe của ống phân phối: Dloe = 1,35Dtt = 1,35 x 0,82 ƒ 1,1m Chiếu cao của vùng lắng bằng 0,8 chiều cao phần trên của bể lắng, ta có: #Xˆ  D†N   N   Chiều cao phần hình chóp của bể lắng: #@‰@  egXms   (0,4 là chiều rộng hố thu cặn ở đáy) Lấy chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,5m Tổng chiều cao của bể lắng là: H = Htr + Hnón + Hbv = 2,5 + 2,2 + 0,5 = 5,2m. 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: V…  K…   P   (v = 0,6m/s – vận tốc nước trong máng) ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 17 Chọn tiết diện máng là 0,1m x 0,12m. V. Bể chứa nước trung gian: Thể tích bể chứa nước trung gian: V = Q.t = 100 x 0,5 = 50m 3/h t = 30 phút = 0,5h – thời gian lưu nước trong bể Chọn bể chứa nước có dạng hình chữ nhật. Kích thước của bể là L x B x H = 2,5m x 2m x 2m Chọn chiều cao bảo vệ là 0,3m. Vậy kích thước của bể là L x B x H = 2,5m x 2m x 2,3m. VI. Bồn lọc áp lực: a. Tính toán kích thước bồn: Cấu tạo của bồn: - Thân hình trụ tròn, đáy và nắp là mặt e-lip. - Vật liệu chế tạo bồn: thép. - Vật liệu lọc: cát thạch anh và thanh antraxit, mỗi lớp dày 0,5m. - Lớp sỏi đỡ có đường kính 0,2 – 0,4m. Lưu lượng nước vào bồn: Q = 100m3/h = 2400m3/ngày Vận tốc lọc v = 15m/h Tổng diện tích bề mặt lọc: S  _z     ((:  ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 18 Chia làm 4 bồn lọc, diện tích 1 bồn: 2 V  S  ((:   ((:  ð Đường kính bể là d = 1,45m ð Chọn d = 1,5m Diện tích lọc tổng cộng: S  sŠ    :: ð Vận tốc lọc z  K7    ƒ  a b. Chiều cao của bồn lọc: Chiều cao của bồn lọc được tính như sau: H = hđ + hvl + hn +hbv -hđ = 0,2m – chiều cao lớp sỏi đỡ -hvl = 1m – chiều cao lớp vật liệu lọc hthan = 0,5m hcát = 0,5m -hbv = 0,3m – chiều cao bảo vệ -hn – khoảng cách từ bề mặt vật liệu lọc tới phễu phân 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 ð 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 ð Vận tốc nước trong ống v = 0,88m/s (quy phạm từ 0,8 - 1,2m/s) ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 19 Ta rửa lọc bằng nước thuần tuý Lưu lượng nước rửa cho 1 bồn: _ˆ  €  sŠs   :/s W = 15 l/s.m2 – cường độ rửa lọc Chọn ống dẫn nước có D = 100mm = 0,1m Vận tốc nước trong ống: v = 3,44m/s Tồn thất áp lực khi rửa lọc: H = h1 + h2 + h3 + h4 a  …  m‹  s MONMs  + – tổn thất áp lực qua hệ thống chụp lọc h2 = 6m – tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc h3 = 0,22.hđ.q = 0,22 x 0,2 x 15 = 0,66m – TTAL qua lớp đỡ h4 = 1m – tổn thất áp lực qua đường ống dẫn nước Tổn thất áp lực khi rửa lọc là H = 0,459 + 6 + 0,66 + 1 = 8,2m Vậy công suất bơm rửa lọc là: H  IDJKLL  9MNM MNMOMP  QR Tổn thất áp lực khi bơm nước: H = 2(h1 + h2 + h3) h1 = 8,2m – TTAL qua bồn lọc áp lực h2 = hô + hvl + hđ + hcl – TTAL qua cột lọc cationit hô = 0,7m – TTAL dọc đường ống ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 20 hvl =0,25 bar/m x 0,45m =0,1125bar = 1,15mH2O-TTAL qua lớp nhựa hđ = 0,66m – TTAL qua lớp đỡ hcl = 0,459m – TTAL qua hệ thống chụp lọc ð h2 = 2,97m h3 = 3,6m – TTAL qua cột lọc aniontit vậy TTAL của bơm nước vào là: H = 2(8,2 + 2,97 + 3,6) = 29,54m Công suất bơm nước vào: H  j#h_ŒŒ  M +M M5M+M(  :QR d. Hệ thống sàn chụp lọc: Số lượng chụp lọc > 35-50 cái cho 1m2 diện tích công tác bể (điều 6.112 TCXDVN 33-2006) Chọn số chụp lọc trên 1m2 bồn là 40 cái Số lượng chụp lọc trong bồn: H    V  sŠ  :2}Ž Lưu lượng nước rửa lọc: Qr = 0,0027 m 3/s =>lưu lượng nước qua mỗi chụp lọc: x  _ˆH  : :  5(2  2   5(! y VII. Cột lọc cationit: chọn nhựa cationit axit mạnh DOWEX HGR-W2 a. Tính toán kích thước cột: Lưu lượng làm việc: Q = 100m3/h = 2400m3/ngđ ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 21 Độ cứng ban đầu: CCa 2+ = 60mgCaCO3/l = 1,2 mđlg/l CMg 2+ = 10mgCaCO3/l = 0,2 mđlg/l ð C0 =1,2 + 0,2 = 1,4 mđlg/l (hay 1,4 eq/l) Thời gian làm việc: T = 24h Dung lượng trao đổi của nhựa DOWEX HGR-W2 là 2eq/l Tổng dung lượng cần trao đổi: (C0 – C) x Q x T = (1,4 – 0,02) x 100 x 24 = 3312 eq Với C = 0,02 eq/m3 – yêu cầu độ cứng sau xử lý Thể tích nhựa cần thiết: ;  8T8T ^  ((! Chia làm 2 cột, thể tích nhựa trong 1 cột ;    55! Chọn vận tốc lọc v = 25m/h (vận tốc lọc từ 5 – 50m/h) Diện tích cột lọc:   K…   s   Diện tích 1 cột lọc:      ð Đường kính cột lọc D1 = 1,59m ƒ 1,6m ð A1 = 2,01m 2 Chiều cao lớp nhựa: a@n  ‘  NN    Chọn chiều cao lớp nhựa: hnh = 0,45m. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 22 Vận tốc rửa ngược là 25m/h, tra đồ thị 1 trong catalogue ta có độ giãn nở của lớp nhựa e = 70% ð chiều cao bảo vệ hbv = 70% x hnh + 0,3 = 0,615m ð Lấy chiều cao h bv = 0,65m. Chiều cao lớp đỡ: hđ = 0,2m. Chiều cao bồn lọc: H = hnh + hbv + hđ = 1,3m. b. Tính toán hoàn nguyên: hoàn nguyên nhựa bằng dung dịch HCl 5% Lượng HCl cần thiết để hoàn nguyên: mHCl = as.Vnh.ĐHCl as = 2eq/l – dung lượng trao đổi của nhựa vnh = 1656 l – thể tích lớp nhựa ĐHCl = 36,5g/eq – đượng lượng của HCl ð MHCl = 2 x 1656 x 36,5 = 120888g = 120,888kg Lượng dung dịch HCl 5% cần dùng: {{D%^  NNNs’  ::(Q Giả sử dung dịch HCl 5% có khối lượng riêng là 1kg/l Thể tích dung dịch HCl 5% là: ;{{D%^  ‚““ r†”  P   ::(!   Vận tốc hoàn nguyên lấy bằng 3m/h Thời gian hoàn nguyên: ~    a  2"a•~ ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 23 Chọn bồn pha dung dịch có thể tích 2,5m3 Ống dẫn hoàn nguyên có D = 50mm Bơm hoá chất có lưu lượng: _     a 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 150mm. Chọn số lượng chụp lọc trên 1m2 cột lọc là 40 cái ð Số chụp lọc cần là 40 x 2,01 = 80 cái. VIII. Cột lọc anionit: chọn nhựa anionit bazơ mạnh DOWEX Marathon 550A. a. Tính toán kích thước cột lọc: Ta có: CSO4 2- = 20 mg/l = 0,416 mđlg/l CCl - = 30mg/l = 0,845 mđlg/l C0SiO3 2- = 0,5 mg/l =0,01mđlg/l C1SiO3 2- = 0,003 mđlg/l Dung lượng cần trao đổi: D = CSO4 2- + CCl - + C0SiO3 2- - C1SiO3 2- = 1,269 mđlg/l hay 1,269eq/l Thời gian làm việc: T = 24h Dung lượng trao đổi của nhựa là as = 1,1eq/l ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 24 Tổng đương lượng cần trao đổi: D x Q x T = 1,269 x 100 x 24 = 3045,6 eq Thể tích nhựa cần thiết: ;  sP8T8T ^  :(5!  :(5 Chọn vận tốc lọc v = 25m/h Diện tích cột lọc:   K…   s   Chia làm 2 cột lọc, mỗi cột có diện tích 2m2 ð Đường kính cột lọc D = 1,6m ð Diện tích A1 = 2,01m 2 Chiều cao lớp nhựa: a@n  ‘  PN   (5 ƒ : Vận tốc rửa ngược vr = 6m/h thì độ giãn nở của vật liệu lọc là 70% (tra đồ thị của catalogue) Chiều cao bảo vệ: hbv = 70% x hnh + 0,3 = 0,79mƒ0,8m Chiều cao lớp đỡ: hđ = 0,2m Chiều cao tổng cộng của cột lọc: H = hnh + hbv + hđ = 0,7 + 0,8 + 0,2 = 1,7m b. Tính toán hoàn nguyên: Hoàn nguyên nhựa bằng dung dịch NaOH 5%. Lượng NaOH cần thiết: mNaOH = as.Vnh.ĐNaOH = 1,1 x 2768 x 40 =121792g = 121,792kg ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 25 Lượng dung dịch NaOH 5% cần: {{W–CD  Os’  5Q Giả sử khối lượng riêng của dd NaOH là 1kg/l Thể tích ddNaOH cần là: ;{{W–CD  ‚““—p* ”  sN   5!  ( Vận tốc hoàn nguyên v = 3m/h Thời gian hoàn nguyên: ~  P  a  2"a•~ Chọn bể chứa dung dịch hoàn nguyên có thể tích 2,5m3 Ống dẫn dd hoàn nguyên có d = 50mm Lưu lượng của bơm: _  P  5 a 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: R  Ke%Upqrg e˜.g Cmax = Cn + KP + 0,25M + V Cn: hàm lượng cặn nước nguồn KP: lượng phèn sử dụng M:độ màu của nước ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp lò hơi GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Phạm Đức Cường 26 V: lượng chất kiềm hóa thêm vào ð Cmax = V = CNaHCO3 = 153384 mg/l Hàm lượng cặn trong nước sau bể lắng: 10mg/l Lượng cặn thu được hàng ngày: R  _e
‚–Y%g   e5 & g   ˜. ™.f Hàm lượng cặn trong nước rửa lọc: R  %MK     Q wš C = 10mg/l = 10 g/m3 – hàm lượng cặn vào bể lọc Q = 2400m3/h – lưu lượng nước cần lọc Tổng lượng cặn lắng 1 ngày: W = W1 + W2 = 344,12 + 24 = 368,12 kg/ngđ Tải trọng dung dịch cặn đưa vào bể nén bùn có trị giá 15 ÷ 25 kgSS/m2.ngđ Chọn tải trọng chất rắn tổng cộng là q0 = 25 kg/m 2.ngđ Diện tích bể nén bùn: ›h2 €s  PN s  : Chọn kích thước phần trê