Оборотное водоснабжение доменного цеха

Отличительной особенностью данных фильтров является увеличенная  высота каждого слоя фильтрующей загрузки до 1000-1200 мм по сравнению с ранее используемой высотой 400-600 мм.

Рис.1. Конструкция механических (осветлительных) фильтров

 

Опыт пятилетней эксплуатации таких фильтров (ОАО «Химпром», г. Новочебоксарск; ОАО «Аммофос», г. Череповец) свидетельствует о следующих результатах:

- содержание взвешенных  веществ в осветленной составляет менее 1 мг/дм³;

- величина коллоидного  индекса SDI в осветленной воде  составляет менее 3,0 ед.;

- производительность фильтров  увеличивается практически в  два раза (скорость фильтрования до 20 м/ч) по сравнению с традиционными фильтрами ФОВ (скорость фильтрования до 10 м/ч);

- фильтроцикл (количество очищенной воды между промывками) увеличивается в 3-4 раза, что приводит к сокращению воды на промывку, т.е. расход воды на собственные нужды составляет 1-1,5% (для фильтров ФОВ-4-5%).

Дополнительно необходимо отметить, что наибольшая эффективность механических фильтров c двухслойной загрузкой отмечена при использовании их после осветлителей, работающих в режиме «чистой» коагуляции. На ХВО ТЭЦ ОАО «Аммофос» получены следующие результаты по осветлению коагулированной воды на двухслойных механических фильтрах:

- снижение содержания алюминия с 900 -1000 мкг/дм³ до 20-70 мкг/дм³;

-снижение содержания  окислов железа с 150-250 мкг/дм³ до 20-50 мкг/дм³;

- снижение перманганентной окисляемости с 5-7 мг/дм³ до 3-5 мг/дм³.

Данный положительный  эффект связан с тем фактом, что  проскочившие коагуляционные хлопьевидные частицы шлама после осветлителей задерживаются на верхнем слое крупнозернистого гидроантрацита и создают дополнительный сорбционный эффект очистки.

Капитальные затраты на модернизацию каждого фильтра составляют 2-4 млн руб. (удельные капитальные затраты 20-30 тыс. руб на 1 м³/ч производительности ХВО).

Для вновь строящихся водоочисток может быть предложена схема (рис.2) контактной коагуляции в напорных фильтрах с плавающей загрузкой (динамический осветлитель) и последующее доосветление воды в механических фильтрах с двухслойной загрузкой (патент РФ на ПМ №75160).

Рис.2. Конструкция блока  осветления воды

 

В исходную воду вводится раствор  коагулянта (сульфат алюминия или  «Аква-Аурат») и флокулянта (полиакриламид или «Праестол») перед динамическим осветлителем (ДО), в котором используются для фильтрования гранулы 2-4 мм вспененного пенополистирола (крошка пенопласта). Такие гранулы имеют высокие адгезионные и электрокинетические свойства, чем песок или гидроантроцит, и их применение интенсифицирует процесс фильтрования. При коагуляции зерна загрузки и адсорбированные на них частицы служат центрами коагуляции – «затравкой». При этом резко ускоряется процесс роста хлопьев, которые образуются непосредственно на зернах загрузки и, соответственно, увеличивается эффект сорбции органических и механических загрязнений.

При очистке вода подается в динамический осветлитель (ДО) снизу  через распределитель, фильтруется со скоростью 10-16 м/ч через слой плавающих пенополистирольных шариков и, пройдя верхнее распределительное устройство, подается на доосветление на механические фильтры с двухслойной загрузкой. При загрязнении фильтрующей загрузки (в основном ДО) производится одновременная промывка ДО и МФ. Для этого подается промывная осветленная вода на механический фильтр снизу вверх и далее нисходящим потоком на ДО ожижая плавающий слой. При кипении пенополистирольной загрузки происходит отмывка частиц от загрязнений, которые вместе с потоком воды удаляются из аппарата.

Результаты работы опытно-промышленной установки без дозирования реагентов на ОАО «Новокузнецкий алюминиевый завод» свидетельствует, что эффективность очистки оборотной воды на блоке, состоящего из ДО и МФ составляет:

- содержание взвешенных веществ менее 1мг/дм³;

- снижение нефтепродуктов с 1,5 мг/дм³ до 0,3-0,4 мг/дм³;

- снижение окислов железа  на 50-75%.

При этом расход воды на собственные  нужды блока ДО и МФ составляет не более 2% от производительности ХВО.

При внедрении технологии ДО-МФ при дозировании коагулянта (сульфат алюминия) и флокулянта (Праестол-650) для очистки воды водохранилища (Тверская обл.) были достигнуты следующие результаты:

- снижение мутности с 10-15 мг/дм³ до 0,5-1,0 мг/дм³;

- снижение пермангантной окисляемости с 11-14 мг/дм³ до 4-5 мг/дм³;

- снижение окислов железа с 1000-1200 мкг/дм³ до 200-250 мкг/дм³.

Предварительные расчеты  стоимости капитальных затрат на строительство установки водоочистки  для питьевого водоснабжения производительностью 1250 м³/час (30 тыс. м³/сут) составят 250-280 млн. руб. или соответственно удельная стоимость 200-224 тыс. руб. на 1 м³/час производительности установки, что в 5-6 раз меньше стоимости установок по зарубежным технологиям.

Внедрение данной технологии позволит получить следующие преимущества:

- срок службы основного  оборудования (фильтры, насосы, арматура) составляет не менее 30 лет, а фильтрующих материалов не менее 10 лет, что соответствует требованию высокой надежности установки;

- эксплуатация динамических  осветлителей в режиме контактной  коагуляции по своей организации идентична эксплуатации скорых напорных фильтров, а потому не требует высокой квалификации персонала и уровня автоматизации;

- сокращение объемных  габаритов оборудования за счет  высоких скоростей фильтрования (в 3-4 раза выше, чем традиционные) и, соответственно, снижение в 3-4 раза площадей помещения водоочисток, что значительно снижает затраты на отопление;

- уменьшение площади санитарно-защитной  зоны по причине напорной (закрытой) фильтрации и соответственно уменьшение отчуждения земель, что наиболее актуально для крупных городов.

Таким образом представленные решения позволяют при низких капитальных и эксплуатационных затратах обеспечить высокое качество осветленной воды. При этом используются отечественные фильтрующие материалы (крошка пенопласта, гидроантрацит, кварцевый песок), оборудование, арматура и приборы КИПиА.

 

 

 

 

 

2. Технологическая схема системы оборотного водоснабжения

 

Рис.3. Принципиальная схема системы оборотного водоснабжения доменного цеха

 

В «чистом» оборотном цикле  из резервуара охлажденной воды с помощью насоса вода подается потребителям и в «грязный» оборотный цикл (продувка в ГОЦ). От потребителей ЧОЦ нагретая вода самотечным потоком поступает в градирни. Там вода охлаждается и поступает обратно в резервуар охлажденной воды, куда также подается подпиточная вода, компенсирующая потери воды. Подпиточная вода проходит через ингибитор отложений и биоцид (проходит стабилизационную и биоцидную обработку).

В «грязном» оборотном  цикле охлажденная вода с помощью  насоса подается потребителям ГОЦ. От потребителей ГОЦ нагретая и загрязненная вода самотечным потоком поступает  в радиальные отстойники, предварительно обрабатываясь флокулянтом «Праестол-650ВС». Из радиального отстойника осветленная вода самотеком подается в резервуар нагретой воды. Осадок с помощью насоса подается в радиальные сгустители. Сгущенный осадок также с помощью насоса подается в аппараты механического обезвоживания осадка и далее самотеком на аппараты сушки осадка. Оставшийся осадок идет на утилизацию, а осветленная вода из радиальных сгустителей и фильтрат подаются обратно в систему (в радиальные отстойники).

Нагретая осветленная  вода с помощью насосов подается в градирни ГОЦ и скорые фильтры. На градирнях вода охлаждается и самотеком поступает в резервуар охлажденной воды. В этот же резервуар поступает вода из ЧОЦ. Из резервуара вода подается потребителям.

Вода, подаваемая в скорый фильтр, попадает в резервуар фильтрованнойй воды и далее с помощью насосов опять в фильтр (для его промывки). Фильтрованная вода самотеком поступает в водоем. Грязная промывная вода фильтров – обратно в систему (в радиальные отстойники).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Балансовая схема оборотных циклов

 

При проектировании систем водоснабжения промышленного предприятия  составляется водный баланс, в котором  указываются расходы воды для  всех категорий потребителей и потери воды.

 

1.  «Чистый» оборотный цикл

При составлении водного  баланса учитываем  потери:

1. Расход воды, теряемой у потребителей ЧОЦ ( )

У потребителей теряется 1% от расхода поданной воды. Потери воды происходят без фазового перехода.

 м³/ч

2. Потери на капельный унос на градирне ( )

В данном курсовом проекте  для охлаждения воды принимаются  вентиляторные градирни.

Вентиляторные градирни обеспечивают наиболее глубокое охлаждение воды. По сравнению с башенными, вентиляторные градирни имеют меньшую строительную стоимость и допускают большие площади орошения, что позволяет более компактно размещать их на площадках промпредприятий. Однако вентиляторные градирни более электроемки и могут размещаться только с подветренной стороны для предотвращения обледенения зданий и сооружений вследствие образующегося тумана.

Площадку градирен следует  выбирать с учетом розы ветров и  на наиболее низкой части территории с минимальным заглублением самотечной сети.

Потери воды на капельный  унос составляют 0,02%  от расхода воды, поданной на градирню для охлаждения ( ). Согласно балансовой схеме:

 м³/ч

3. Потери воды на испарение на градирне ( )

,

где - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха (по сухому термометру), ;

- перепад температуры воды  в градусах, определяемый как  разность температур воды, поступающей  на охладитель (пруд, брызгальный бассейн или градирню),  и охлажденной воды .

°С

 м³/ч

4. Расход воды, подаваемой в «грязный» оборотный цикл (продувка в ГОЦ) ( )

В «грязный» оборотный  цикл подают 7% от расхода воды, подаваемой потребителям ЧОЦ ( ):

 м³/ч

5. Расход подпиточной воды ( ):

Подпиточная вода восполняет потери воды на:

- расход воды у потребителей  ЧОЦ ( );

- потери на градирни  с капельным уносом ( );

- потери на градирни  на испарение ( );

- расход воды на продувку  в ГОЦ ( ).

 м³/ч

 

 

 

3.2. Грязный оборотный цикл:

1) Расход охлажденной  воды, отводимой из градирни в  резервуар охлажденной воды ( ).

Расход воды потребителю ( м³/ч) равен сумме расхода охлажденной воды, отводимой из градирни в резервуар охлажденной воды         ( ), и расхода воды, подаваемой из «чистого» оборотного цикла в «грязный» оборотный цикл ( м³/ч). Тогда:

 м³/ч

2) Расход нагретой воды, подаваемой на градирню ( )

Чтобы определить расход нагретой воды, подаваемой на градирню, необходимо определить, сколько осветленной воды поступает на насосную станцию с резервуаром нагретой воды.

3) Расход воды, теряемой  у потребителей ГОЦ ( )

У потребителей теряется 1% от расхода поданной воды. Потери воды происходят без фазового перехода.

 м³/ч

4) Расход воды, подаваемой  в радиальные отстойники ( )

В рамках курсового проекта  следует принять, что величина расхода  воды, подаваемой в радиальные отстойники, и величина расхода осветленной  воды из отстойников равны. Такое  допущение справедливо, поскольку  осветленная вода из радиальных сгустителей  и фильтрат из аппаратов механического  обезвоживания возвращают в оборотную  систему (подают перед отстойником).

 м³/ч

Таким образом, в насосные станции с резервуаром нагретой воды подается 1732,5 м³/ч.

5. Расход воды, подаваемой на фильтрование для доочистки перед сбросом в водоем ( )

В рамках курсового проекта  следует принять, что объем грязной  промывной воды фильтров не влияет на баланс системы оборотного водоснабжения. Это допустимо, поскольку промывку фильтров осуществляют периодически (один раз в сутки)

Таким образом, в градирни «грязного» оборотного цикла подается     1732,5 м³/ч.

6. Потери на капельный унос на градирне ( )