XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование водоподготовки и расчёт выбросов газов котельной села Кременкуль

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Почоев А.А. 1

---

1МОУ Кременкульская СОШ

Алексеева Н.Г. 1

---

1МОУ Кременкульская СОШ

Работа в формате PDF

214.8 KB

Введение

Актуальность: В современном обществе важную роль играет теплоэнергетика. Централизованное снабжение водой и теплом городов и посёлков определяет уровень их санитарного и социального благоустройства, обеспечивает нормальные условия жизни населения. Актуальность темы обусловлена важностью получения информации об источниках водоснабжения и теплоснабжения населения, которые обеспечиваются котельной села Кременкуль. Совершенствование технологий водоподготовки - это требование современного времени с учётом экологической безопасности.

Объект исследования: Котельная села Кременкуль.

Предмет исследования: Процесс водоподготовки и расчёт количества выбросов загрязняющих газов в атмосферу для соблюдения экологической безопасности в котельной при совершенствовании технологических процессов протекающих в ходе получения тепла.

Цель: : Исследование процесса водоподготовки и расчёт количества выбросов загрязняющих газов в атмосферу для соблюдения экологической безопасности котельной села Кременкуль.

Гипотеза: Соблюдение технологических требований в ходе водоснабжения, водоподготовки, а так же содержание, плановый ремонт современного оборудования обеспечивают экологическую безопасность котельной села Кременкуль.

Задачи:

1. Познакомиться с историей котельной села Кременкуль.

2. Изучить процесс устранения жесткости воды перед поступлением в газовый котёл.

3. Рассчитать выбросы загрязняющих веществ котельной на окружающею среду.

4.Провести физико-химический анализ воды перед поступлением в котельную и после отопительного сезона.

5.Изучить экологическое влияние выбросов котельной на окружающую среду.

6. Составить технологическую схему водоснабжения, водоочистки и котельной села Кременкуль.

Методы исследования:

Физический и химический: качественный и количественный анализ

Реакция осаждения

Цветные реакции

Наблюдение

Анализ документации

Изучение литературы

I.Теоретическая часть

1.1 История создания котельной села Кременкуль, производительность. Способы повышения эффективности котла.

История создания

Кременкульская центральная котельная была основана в 1963 году. До 1966 года котельная работала на угле, после стала работать на газе. Изначально все 4 котла были кирпичными с ручным управлением, но спустя некоторое время их заменили на новые металлические. Котельная построена для нужд отопления и горячего водоснабжения объектов соцкультбыта и жилого сектора села Кременкуль Сосновского района Челябинской области.

Котельная является отдельно стоящим зданием. Общая площадь в плане составляет 477,36 м², высота котельного зала 10м. Режим работы котельной - отопительный сезон. В летнее время горячее водоснабжение у потребителей с.Кременкуль отсутствует. Котельная работает в присутствии постоянного дежурного персонала-2 человека (оператор и слесарь), режим работы сутки через двое. Общая численность персонала 8 человек.

Категория потребителей-2.Категория производства-1. Степень огнестойкости здания- II

Основные профессии людей, работающие в котельной: дежурный оператор, слесарь наладчик, слесарь теплотехник, инженер газовой службы, инженер технолог, инженер теплоэнергетик. В настоящее время котельная является важным источников горячего водоснабжения населения. Экскурсии на современное, экономичное, экологически чистое производство дает дополнительную информацию об источниках водоснабжения и помогает школьникам в выборе профессии и жизненном самоопределении. Производительность котельной:

-Фактическая тепло-производительность котельной 7560кВт (6,5Гкал/час)

-Температурный график работы тепловой сети 85-70 0C

- Давление в прямом трубопроводе сетевой воды на выходе из котельной 4,8кгс/см²

-Давление в обратном трубопроводе сетевой воды на входе в котельную 3,0 кг с/см²

-Расход подпиточной воды составляет 1 м³/час

-Расход воды на подпитку тепловой сети- 8 м³/час. Тепловая схема котельной двухконтурная с независимым подключением внешних систем потребления тепла через водяные, скоростные, пластинчатые теплообменники.

1.2 Технология водоподготовки. Технология водоподготовки – составная часть нормального режима работы теплоэнергетического оборудования. По большому счету, от качества водоподготовки в теплоэнергетике зависит надежность всех тепловых систем. Вода как наиболее популярный и дешевый теплоноситель в системах теплоэнергетики имеет свои недостатки, связанные с наличием в ней растворенных примесей. Примеси разделяют на три группы, которые оказывают влияние на работу котельного оборудования: 1.механические нерастворимые; 2.растворенные со склонностью к осадкам; 3.коррозионно-активные. Примеси первого типа приводят к наиболее грубым поломкам оборудования – выходят из строя циркуляционные насосы, повреждают трубопроводы, ломают регулировочную и запорную арматуру. Чаще всего механические примеси – это частицы глины и песка, которые присутствуют в любой природной воде, либо это могут быть продукты коррозии трубопроводов. Решение этой проблемы – качественная механическая фильтрация на начальном этапе водоподготовки. Степень хим.водоочистки для котловых систем должна обеспечивать эффективную и безопасную работу котла с минимальным риском коррозии и образования накипи. Важнейшие показатели качества подпиточной воды – жесткость, pH, содержание растворенного кислорода и углекислого газа. Стадии водоподготовки для котельных включают в себя: механическую очистку, обезжелезивание, удаление солей жесткости (умягчение), реагенту очистку от агрессивных газов и кислорода, для паровых котлов – дополнительная реагентная очистка остаточных паров и жесткости. Умягчение и обессоливание воды в теплоэнергетике происходит под воздействием ионообменных смол.

Ионообменные смолы (иониты) – это твердые зернистые материалы, практически нерастворимые в воде и обычных растворителях, содержащие активные (ионогенные) группы кислотного или основного характера с подвижными ионами.

Умягчение воды методом ионного обмена происходит следующим образом.

Жесткая вода проходит через фильтры умягчения воды, внутри которых засыпаны ионообменные смолы. Смола – это синтетические гранулы, в которые введены ионообменные группы путем химического взаимодействия. Принцип умягчения и водоочистки методом ионного обмена заключается в том, что ионообменная смола, вступая в реакцию с растворенными в воде солями, отдает ионы. Основная причина обмена частицами между жесткой водой и фильтровой загрузкой заключается в разности концентрации ионов. Ионы солей стремятся попасть в раствор в виду того, что в растворе отсутствуют подобные ионы. Согласно принципу сохранения электро нейтральности ионы жесткой воды стремятся пробраться внутрь гранул засыпки. Ионообменные смолы разделяются на катионы – тогда выделяются в воду положительно заряженные частицы, и аниониты – выделяются частицы, заряженные отрицательно. Для умягчения воды методом ионного обмена, в основном, используются катионы.

Важное свойство ионообменной засыпки – это их способность к регенерации. Регенерация допускает длительное, до нескольких лет, использование одной засыпки. Этот процесс представляет собой возвращение гранул загрузки к первоначальному химическому состоянию способом промывки растворами щелочей или солей, в зависимости от заряда частиц. Регенерация Na+ катионовых фильтров, умягчителей проводится раствором поваренной соли. В установках для умягчения воды ионным методом можно применять таблетируемую соль. После проведенной регенерации рекомендуется засыпку промыть от избытка солей. Восстановление Н+ фильтров осуществляется раствором серной кислоты. После чего засыпка также промывается. Умягчение воды методом ионного обмена не требует внешней энергии и является мало затратным. Однако, спустя некоторое время, фильтровая засыпка насыщается кальцием и магнием и исчерпывает свой натриевый запас. Проводить смену смолы весьма накладно. Поэтому она подвергается неоднократной регенерации в течение своего длительного срока эксплуатации. Процесс регенерации обратен процессу умягчения воды методом ионного обмена. Во время регенерации смола отдает ионы кальция и магния, а ионы натрия забирает из рассола.

Для защиты оборудования котельной могут, применяют разные способы очистки воды. В зависимости от качества источника используется грубая и тонкая очистка воды, аэрация и обезжелезивание, опреснение и обессоливание. Рассмотрим ещё один из эффективных способов очистки воды для котельных – обратном осмосе. В установке обратного осмоса для очистки применяются полимерные полупроницаемые мембраны, через которые под давлением проходят молекулы воды. Этот процесс очистки воды от загрязнений и примесей убирает до 99% веществ.Стандартный вариант установки обратного осмоса для котельной – это корпус на раме, обязательно с насосом высокого давления для прогонки жидкости через полупроницаемую мембрану.

В зависимости от необходимой производительности применяются насосы вплоть до 80 атмосфер.Вода под давлением подается на фильтрующую мембрану, где происходит разделение потока на две составляющие 1.Концентрат. Жидкость с растворенными и отфильтрованными веществами, которая сливается в дренаж.

2. Очищенная и обессоленная водаЦель обратного осмоса – получить жидкость заданных параметров. Задачи в зависимости от качества источника бывают следующими: опреснение, снижение содержания солей, дезинфекция. Обратный осмос – универсальный метод, который может применяться на предприятии с паровыми котлами, где необходима глубокая очистка. Установка обратного осмоса отличаются по уровню производительности – от 0,25 м³ и выше. Обратно осмотические фильтры убирают практически все загрязнения нитраты, сульфаты, хлориды, сухой остаток, мутность, красители. То есть установка проводит тонкую очистку и дезинфицирует воду. Главная проблема, которая решаются с помощью обратноосмотических фильтров – удаление солей. Такая установка опресняет и умягчает воду. Ведь большое содержание солей вредно для котельной – они оседают на нагревательных элементах и стенках агрегатов, что может стать причиной поломок. У каждого котла в техническом паспорте прописан свой стандарт жесткости воды.

1.3.Методика физико-химического анализа воды

1) Органолептические исследования: Цветность определяется в градусах. Чем ниже, цветность тем вода чище. В водный лаборатории была взята шкала цветности, которая представляет собой ряд колбочек из одинакового стекла и одинаковой емкости. В пустую колбу 0,5л из такого же стекла наливаем испытуемую воду и сравниваем со стандартной шкалой на белом фоне.

Органолептические методы определения запаха: 1) Характер запаха воды определяют ощущением воспринимаемого запаха(землистый, хлорный, ароматный и т д. смотрим по таблице) 2) Определение запаха при 20⁰С. В колбу притёртой пробкой вместимостью 250-350мл отмеривают 100мл испытуемой воды с температурой 20⁰С. Колбу закрывают пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями, после чего колбу открывают и определяют характер интенсивности запаха.Интенсивность запаха воды оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям таблицы 1.Таблица 1. Определение запаха воды

Нитриты. Определение нитритов Реактив Грисса. к 10 мл. Испытуемой воды в пробирку добавляем 3-4 кристалла реактива Грисса шпателем и встряхнём. Оставим стоять на 10-15 минут. Чтобы определить быстрее, можно добавить теплой воды. На белом фоне сверху вниз при наличии нитратов появится розовое окрашивание.

Нитраты. Реактивы: дифениламин и концентрированная серная кислота. Берём 1мл. испытуемой воды и прибавляем несколько кристаллов дифениламина, осторожно не встряхиваем, дифениламин будет на поверхности. По краю пробирки медленно льём двойной объем концентрированной серной кислоты т.е 2мл. На границе между кислотой и водой должны образоваться синие кольца, если есть нитраты.

Качественное определения хлор-иона. В колориметрическую пробирку наливают 5мл воды и добавляют три капли 10%-ного раствора азотнокислого серебра. Примерное содержание хлор-иона в мг/л определяют по осадку или мути в соответствии с требованиями: 1.Опалесценсия муть (1-10); 2. Сильная муть (10-50); 3.Образуются хлопья, Осаждающиеся не сразу (50-100); 4.Белый объемный осадок (Более 100).

Определение содержания железа в воде. Концентрации железа в природных водах незначительна, её нельзя определить гравиметрическим или нитрометрическим методом. Для этой цели лучше воспользоваться реакцией ионов железа с роданидом аммония NH₄SCN, которая сопровождается образованием кроваво- красного окрашивания роданида железа(|||).

Определение щелочности и рH среды. Определение щелочности в мг-экв. Щелочность обусловлена наличием анионов слабых кислот. HCO₃^-, CO₃²-, HS^-, HSiO₃-. SiO₃²- и др. анионами. Для пробы взято 100мг испытуемой воды, приливаем 3-4 капли индикатора метил оранжа. Полученный раствор титруем 0,1нормальным раствором HCI происходит распад жёлтой краски в оранжевую, считаем капли. Количество капель используемых на титрование равно щелочности. Общая щелочность практически отожествляется с карбонатной жёсткостью. Определяем рH среды с помощью универсальной индикаторной бумаги, которую надо обмакнуть в воду, затем положить на белую непромокаемую подложку и быстро сравнить окраску полоски с эталонной шкалой. Величина рН=7 соответствует нейтральному показателю раствора, если показатель меньше 7 это соответствует кислотной среде, если больше 7 щелочному составу раствора.

О пределение жесткости воды. Количественно жёсткость воды выражают числом миллиграмм-эквивалент ионов кальция и магния содержащихся в 1л.(Mg-12,16 мг-экв/л., Ca-20,04 мг-экв/л.). В зависимости от их значения различают следующие типы воды: Очень мягкие 0-1,5 мг-экв/л; Мягкие1,5- 3.0 мг-экв/л; Средне жёсткие 3.0-4,5 мг-экв/л; Довольно жёсткие 4,5-6,5 мг-экв/л; Жёсткие 6,5-11.0 мг-экв/л; Очень жёсткие свыше 11.0 мг-экв/л. Если в воде на ряду с ионами кальция и магния присутствуют HCO₃^-, то при кипячении её жесткость уменьшается, это обусловлено разрушением кислых солей и выпадением в осадок малорастворимых карбонатов

Ca (HCO₃)₂ = CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Mg (HCO₃)₂ = MgCO₃ +CO₂+HO Жёсткость, обусловленная содержанием гидрокарбонатов кальция и магния, называется карбонатной(Жк). Ее находят титрованием определенного объёма воды раствором соляной кислоты. Индикатором служит метиловый оранжевый (0,02%-ный раствор) . Поместим в коническую колбу пробу воды 100мл. Прибавим 2-3 капли раствора индикатора и титруем пробу 0,1 нормальным раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски в устойчивую оранжевую. Расчитываем карбонатную жесткость воды по формуле: Жк=V*C_(HCl)/V_(H2O)(мг-экв/л), где V H Cl –объем соляной кислоты, затраченный на титрование, С- концентрация соляной кислоты, г-экв/л; V_H2O-объем взятой воды. Ca(HCO₃)₂+2HCl=CaCl₂+CO₂+H₂O.

Жесткость, обусловлена присутствием в воде хлоридов, сульфатов и других солей магния и кальция(кроме гидрокарбонатов),называется некарбонатный(Жнк).Общая жесткость воды(Ж общ) представляет собой сумму Жк + Жнк. Её можно определить титрованием спиртовым раствором нейтрального мыла (например «Детского»).

CaCl₂+2 C₁₇ H₃₅COONa=(C₁₇ H₃₅COO)₂Ca +2Na Cl

Конец реакции устанавливают при образовании устойчивой пены, появляющейся при встряхивании фильтруемой воды.

II.Исследовательская часть

2.1 Расчет выбросов загрязняющих веществ котельной на окружающею среду

Для оценки влияния объекта на окружающую среду при его функционировании были определены:

технологические процессы образования загрязняющих веществ; источники выделения вредных веществ в атмосферу;

рассчитан состав и объемы ( г/сек; т/год) выбрасываемых веществ в атмосферу;

Источник образования загрязняющих веществ: котельная. Вид топлива - природный газ.

Время работы источника: 24 час/сутки; 3500 час/год. Часовой расход топлива – 5,332 м³ /час. Годовой расход топлива – 18662 м³ /год. Максимальный секундный расход газа при работе котла с максимальной нагрузкой – 1,48 л/сек. Выделяющиеся вредные вещества: углерода оксид, азота диоксид.

Расчет секундных выбросов проводился согласно методике, разработанной Институтом горючих ископаемых, ЗапСибНИИ, Госкомгидрометом, НИИ сани­тарной техники и оборудования зданий и сооружений.

Связьмеждусоставомтопливногогазаивыбросамипарниковыхгазов

Природный газ состоит из смеси предельных углеводородов. Итак природный газ состоит из 80- 98% метана (СН₄), и 2-3 % этана (С₂Н₆), пропана (С₃Н₈), бутана (С₄Н₁₀), пентана (С₅Н₁₂) и гексана (С₆Н₁₄), а также незначительного количества инертных газов.

Характеристики природного газа, такие как плотность и теплота сгорания с большой точностью могут быть определены с помощью характеристик первых четырёх гомологов.Общая формула реакции предельных углеводородов с кислородом имеет следующий вид: