Анализ существующей на Балаковской АЭС системы очистки трапных вод (стр. 3 из 8)

Согласно технологическому процессу для промывки пара в ВА подают флегму из КД и пеногаситель. Примем 0,25кг/с. Тогда

G_н=1,39+0,25=1,64кг/с.

Из уравнения материального баланса производительность установки по выпариваемой воде:

(3.1.1)

(3.1.2)

(3.1.3)

(3.1.4)

3.2 Тепловой баланс выпарной установки

3.2.1 Тепловой баланс выпарного аппарата

В трубках циркулируют сточные воды, в корпусе - греющий пар.

Параметры греющего пара: t_Г=130°С; Р_г=0,25МПа; h_г=2720,7кДж/кг; температура насыщения t_гнас=127,43°С; h_конд=535,4кДж/кг.

Параметры вторичного пара в сепараторе: Р_в.п.=0,12МПа; t_в.п.=104,81°С h_в.п.=2683,8кДж/кг.

Начальная температура сточных вод t _н =20 °С.

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора:

(3.2.1.1)

где Н - высота кипятильных труб в аппарате, м;

- плотность кипящего раствора, кг/м³;

- паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/м³.

Согласно техническим данным ВА Н=4м, при пузырьковом кипении примем

=0,5 [13,с.365]; =1229кг/м³ [12,с.135].

Давление в среднем слое кипятильных труб:

Этому давлению соответствует температура кипения и теплота испарения раствора [3]: t_ср=107,57°С ; r=2238кДж/кг.

В аппаратах с кипением растворов в кипятильных трубах нагревательной камеры проявляется гидростатическая депрессия:

(3.2.1.2)

Концентрационная температурная депрессия - повышение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя при данном давлении. При атмосферном давлении Р_атм=760мм рт.ст=0,1МПа и Х_ВА⁼30%

[6, с. 106], тогда

(3.2.1.3)

где Т - температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;

Суммарная депрессия

=4,2+2,76=6,96°С.

Температура кипения раствора в корпусе ВА:

.

Полезная разность температур:

Общая полезная разность температур:

Путем решения уравнения теплового баланса ВА определим расход греющего пара D_ВАи тепловую нагрузку аппарата Q_ВА:

Q_ВА=1,03[G_нC_н(t_к-t_н)+W_ВА(h_во-C_вt_к)+Q_конц] = D_ВА(h_г- h_конд), (3.2.1.4)

где 1,03 - коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;

С_н - теплоемкость исходного раствора, кДж/(кг*К);

C_в =4,183кДж/(кг*К) - удельная теплоемкость воды при 20°С;

Q_конц - теплота концентрирования раствора в интервале изменения концентрации, кВт;

t_н - температура исходного раствора, °С.

Удельную теплоемкость раствора C_р, кДж/(кг*К), приближенно можно определить по правилу аддитивности [6,с.109]:

С_р=С_сухX+С_в(1-Х), (3.2.1.5)

где С_сух - удельная теплоемкость безводного нелетучего вещества в растворе, кДж/(кг*К);

С_н=1,089*0,01+4,183(1-0,01)=4,152 кДж/(кг*К);

С_ВА=1,089*0,3+4,183(1-0,3)=3,255 кДж/(кг*К);

Q_конц=t_к(G_нC_н-G_ВАC_ВА-W_ВАС_в); (3.2.1.6)

Q_конц=111,77(1,64*4,152-0,055*3,255-1,585*4,183)=0,011кВт;

Q_ВА = 1,03[1,64*4,152(111,77 - 20) + 1,585(2683,8-4,183*111,77) + 0,011]

= 3861кВт;

; (3.2.1.6)

3.2.2 Тепловой баланс доупаривателя

В трубках циркулируют сточные воды, в корпусе - греющий пар.

Параметры греющего пара: t_г=130°С; Р_г=0,25МПа; h_г=2720,7кДж/кг; температура насыщения h_г.нас=127,43°С ; h_конд=535,4кДж/кг.

Параметры вторичного пара в сепараторе: Р_в.п.=0,125МПа; t_в.п.=105,97°С; h_в.п.=2685,6кДж/кг.

Начальная температура упаренного в ВА раствора t_н=104,81 °С.

Давление в среднем слое кипящего раствора:

;

=1229кг/м³ [12,с.135]. Этому давлению соответствует температура кипения и теплота испарения раствора [3]: t_ср=108,9°С; r=2233,6кДж/кг.

Гидростатическая депрессия

= 108,9-105,97=2,93 °С.

При атмосферном давлении и Х_ДУ=60%

[6, с. 106].

Концентрационная температурная депрессия:

Суммарная депрессия

=14,82+2,93=17,75 °С.

Температура кипения раствора в корпусе ДУ:

Полезная разность температур:

Общая полезная разность температур:

Определим расход греющего пара и тепловую нагрузку аппарата:

Q_ДУ=1,03[G_ВАC_ВА(t_к-t_н)+W_ДУ(h_вп-C_вt_к)+Q_конц] = D_ДУ(h_г- h_конд);

С_к=1,089*0,6+4,183(1-0,6)=2,326 кДж/(кг*К) [6,с.109];

Q_конц=t_к(G_ВАC_ВА-G_кC_к-W_ДУС_в)=123,72(0,055*3,255-0,027*2,326-

-0,028*4,183)=0,012кВт;

Q_ДУ ⁼ 1,03[0,055*3,255(123,72 - 104,81) + 0,028(2685,6 –

4,183*123,72)+0,012]=96кВт;

Результаты расчета теплового баланса выпарного аппарата и доупаривателя сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Параметр	выпарной аппарат	доупариватель
Производительность по выпариваемой воде W,	1,585	0,028
Концентрация растворов X, %	30	60
Давление греющего пара Рr, МПа	0,25	0,25
Температура греющего пара tr, °С	130	130
Температурные потери , °С	6,96	17,75
Температура кипения раствора tк, °С	111,77	123,72
Полезная разность температур , °С	18,23	6,28
Тепловая нагрузка Q, кВт	3861	96

3.3 Расчет коэффициентов теплопередачи

3.3.1 Расчет коэффициента теплопередачи выпарного аппарата

Коэффициент теплопередачи определим по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

где

, - коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору;

- суммарное термическое сопротивление.

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки

и накипи без учета термического сопротивления загрязнений со стороны пара.

Выпарной аппарат выполнен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т с

=26,3Вт/(м*К), толщина стенки 2мм. Для накипи примем значения 2 Вт/(м*К) и 0,4мм;

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке: