Основные потребители системы водоснабжения т водоотведения

Черная металлургия является одним из крупнейших потребителей воды и ежегодно использует более 36 млрд. м³ воды, в том числе из внешних источников 5,3 млрд. м³, что составляет 15% общего потребления воды промышленностью страны. Водопотребление в отрасли имеет тенденции к увеличению примерно на 3% в год, что вызвано увеличением объема металлургического производства. Потребление воды на металлургических заводах распределяется следующим образом: на охлаждение оборудования около 50%, на очистку газов и воздуха 25%, на обработку и отделку металла 12%, на гидравлический транспорт 11% и на прочие нужды 2%.[5].

Таблица 11.3 - Основные потребители воды

Потребители воды	Температура,°С
Холодильники доменных, мартеновских и нагревательных печей, установок вакуумирования стали	30-35
Теплообменная аппаратура ТЭЦ-ПВС, воздухоохладителей и маслоохладителей кислородных и компрессорных станций	28-32
Водоохлаждаемые элементы электропечей	30-35
Кристаллизаторы МНЛЗ	30-40
Газоочистки доменного и сталеплавильного цехов	35-45
Травильные отделения	30-35
Очистка вытяжного воздуха при подаче воды через распылители диаметром до 4мм	Не лимитируется

1. Водоснабжение агломерационной фабрики.

Производство агломерата сопровождается образованием большого количества пыли, загрязняющей воздушное пространство и атмосферу рабочих мест. Для оздоровления условий труда следует очищать большие массы отходящих технологических газов и вентиляционного воздуха. Кроме того, для поддержания чистоты в производственных помещениях необходимо смывать пыль с полов, стен и оборудования.

Очистка дымовых газов на агломерационных фабриках в ряде случаев производится в сухих пылеулавливающих аппаратах – батарейных циклонах. Небольшое количество воды в них используется для транспортировки уловленной грубой пыли. При этом концентрация пыли в очищенном газе составляет 0,17-0,18 г/м³, что не удовлетворяет требованиям санитарных норм. С повышением требований к очистке газа (санитарная норма 0,1 г/м³) доочистка их производится в трубах Вентури или мокрых скрубберах. В связи с этим значительно возросли расходы потребляемой воды и количество сточных вод.

Ориентировочный удельный расход воды на 1т агломерата в зависимости от системы водоснабжения составляет 4,9-8,0м³, в том числе: воды «чистого» цикла 1,7-3,1м³, «грязного» - 3,2-4,9м³. Расход свежей воды колеблется в пределах 0,53-1,2 м³. Общий расход загрязненных сточных вод от одной аглофабрики колеблется от 500 до 4000 м³/ч.

Водопотребители агломерационных фабрик. Суммарное водопотребление на различных аглофабриках колеблется от 3,5 до 6,5 м³ на тонну агломерата и зависит от числа точек отсоса воздуха на оборудовании, а также от применяемых пылеулавливающих аппаратов, в которых пыль смешивается с водой.

По характеру использования воды потребители аглофабрик подразделяются на следующие основные группы:

I группа – потребители, применяющие воду для охлаждения и гидроуплотнения оборудования (охлаждение масла, эксгаустеров и дымососов, горна агломерационных машин, уплотнение паллет и сальников насосов и др.).

Водоснабжение этих потребителей должно осуществляться условно чистой водой. В процессе использования отработанные воды только нагреваются и должны быть повторно использованы по следующей схеме: отработанные воды от масловоздухоохладителей эксгаустерного отделения собираются в приемник «чистой» воды и насосами подаются на повторное использование остальным потребителям условно «чистой» воды (охлаждение горна агломерационных машин, уплотнение паллет и сальников насосов и др.).

Часть отработанных вод от потребителей повторного использования сбрасывается в грязный цикл для восполнения безвозвратных потерь воды в последнем, а остальное количество воды возвращается в оборот после охлаждения на градирнях.

В отдельных случаях, когда температура отработанной воды не превышает величины, допустимой для мокрых газоочисток, располагаемых до эксгаустеров (не выше 30°С)> отработанные воды от потребите­лей повторного использования могут подаваться на аппараты мокрой очистки агломерационных газов зоны спекания или охлаждения, со сбросом грязных сточных вод в отводящую сеть оборотного цикла «грязной» воды.

Качество воды «чистого» цикла должно отвечать следующим требованиям:

а) содержание взвешенных веществ не более 50 мг/л;

б) температура не более указанной в инструкции по эксплуатации основного технологического оборудования (для эксгаустеров не более 25-28°С);

в) применяемая вода не должна вызывать коррозии трубопроводов или их зарастания солями жесткости, т. е. должна быть стабильной.

II группа – потребители, которые в процессе использования нагревают и загрязняют воду, т. е. образуют шламовые воды, требующие перед повторным использованием специальной очистки (гидросмыв пыли из газоочистных аппаратов и вентиляционных систем, смыв полов и стен, промывка самотечных напорных шламопроводов, взмучивание осадка в зумпфах шламовых насосных станций и др.).

Содержание взвешенных веществ в осветленной воде «грязного» цикла допускается в пределах 150-200 мг/л.

III группа – потребители, в которых происходит полная потеря воды (увлажнение шихты в смесительных барабанах, охлаждение возврата, питание форсунок, гидрообеспыливания и др.). На увлажнение шихты и охлаждение возврата может быть использована вода «грязного» цикла, а на питание форсунок гидрообеспыливания следует предусматривать подачу воды из «чистого» цикла.

2. Водоснабжение доменного цеха.

Для охлаждения доменной печи применяют водяное и испарительное охлаждение. Потребление воды доменными цехами составляет 16-20% общезаводского баланса воды. Система охлаждения доменной печи состоит из холодильников, фурм, чугунной и шлаковой леток, напорной сети водопроводных труб, снабжающих холодильники водой, и самотечной сети труб отводящих отработанную воду из холодильников в канализацию или оборотный цикл доменного цеха. Все холодильники доменной печи разделены на две зоны: нижнюю и верхнюю. Для снабжения водой каждой зоны предусматривается своя распределительная кольцевая труба, обслуживаемая единой водопроводной сетью среднего давления. Для периодической промывки холодильников и перепускных клапанов служит водопроводная сеть высокого давления 70-100 м вод. ст.

Расход воды для доменной печи предварительно принимался равным полезному объему печи. Однако с введением повышенного давления под колошником расход воды резко увеличился и достиг 1,45-1,55 м³/ч на 1м³ объема печи.

Сети и сооружения в водном хозяйстве доменного цеха. К цеховым сооружениям системы водоснабжения относятся:

1) насосная станция доменного цеха и газоочистки; в некоторых случаях от насосной доменного цеха снабжаются водой и другие потребители завода;

2) туннель доменного цеха и газоочистки;

3) радиальные отстойники и градирня оборотного цикла газоочистки;

4) водонапорная башня;

5) резервуары емкости при насосной станции, в которых создается запас воды, обеспечивающий питание доменного цеха в течение 30-40 мин;

6) трубопроводы и лотки доменного цеха и газоочистки.

3. Водоснабжение мартеновского производства.

Охлаждение конструктивных элементов мартеновских печей необходимо для сохранения постоянства профиля огнеупорной кладки и предохранения от перегрева и прогара деталей, работающих в зоне высоких температур с целью повышения их долговечности. За счет охлаждения газовых головок или фурм и форсунок мазутных печей обес­печивается устойчивость формы факела; охлаждение пятовых балок сокращает ремонты передней стенки; при охлаждении заслонок завалочных окон сокращаются потери тепла, утечки газа и воздуха сокращаются при охлаждении шиберов и перекидных клапанов и т. п.

Охлаждение элементов печи осуществляется водой (водяное охлаждение) или паро-водяной смесью (испарительное охлаждение).

Кроме того, вода в мартеновском цехе расходуется на охлаждение кислородных фурм, на очистку газа (при применении мокрой газоочистки), а также на поливку рабочей площадки у печей, замочку и охлаждение инструмента, заливку шлака, мойку механизмов и т. п.

При водяном охлаждении мартеновской печи водой охлаждаются головки (фурмы и форсунки в мазутных печах), передние стенки, рамы и заслонки завалочных окон, передние, а иногда и задние пятовые балки, перекидные клапаны (газовые и воздушные) и шиберы.

Количество тепла, отводимого с охлаждающей водой, составляет 25-16% от общего количества тепла, поданного в печь.

Система охлаждения мартеновской печи при водяном охлаждении состоит из отдельных холодильников, которые охлаждаются постоянно циркулирующей в них водой. На современных печах охлаждение головок осуществляется с помощью кессонов, представляющих собой полую металлическую коробку, форма которой соответствует сечению головки. Кессоны легко заделываются в кладку и обеспечивают постоянство сечения головки независимо от состояния кладки.

Применение испарительного охлаждения мартеновских печей позволило увеличить срок службы водоохлаждаемых элементов печей в 4-6 раз по сравнению с водяным охлаждением, общий расход воды на выплавку П т стали снизился до 1-0,3 м³. Поэтому сейчас все отечественные мартеновские печи работают с испарительным охлаждением. Водяное охлаждение является резервным, на него печь переводится в случае неполадок в системе испарительного охлаждения. При проектировании системы водоснабжения мартеновского цеха предусматривается возможность работы части мартеновских печей полностью на водяном охлаждении, из расчета одна печь на группу из трех-четырех печей.

Система испарительного охлаждения мартеновских печей может быть выполнена как по схеме с естественной циркуляцией, так и по схеме с принудительной циркуляцией. Опыт работы многочисленных мартеновских печей показал, что при соответствующем расположении баков-сепараторов возможно во всех случаях применение естественной циркуляции.

4. Водоснабжение конверторного производства

Схемы охлаждения отходящих газов бывают с использованием (утилизацией) тепла газов и без использования. В схемах с использованием тепла охладители представляют собой котлы-утилизаторы радиационно-конвективного или радиационного типов. В первых продукты сгорания охлаждаются до 250-400°С, во вторых – примерно до 1000°С при последующем впрыскивании воды.

В схемах охлаждения без утилизации тепла охладители представляют собой газоходы с водоохлаждающими металлическими стенками (трубчатыми или панельными).

Все газоочистительные аппараты можно классифицировать на аппараты для сухой и на аппараты для мокрой очистки. Обычно для сухой очистки газов применяют сухие электрофильтры, а для мокрой очистки газов - турбулентные ил скоростные промыватели (трубы Вентури).

В бессемеровском и томасовских конвертерных цехах вода расходуется в небольших количествах - около 0,6 л/т выплавляемой стали. Эта вода теряется безвозвратно в производстве и идет на такие мелкие нужды, как приготовление огнеупорных растворов для футеровки конвертеров, мытье механизмов, поливку помещений и пр.

При применении для поворота конвертера гидравлического привода расход воды для него составляет около 1 м³/т выплавляемой стали. Эта вода не загрязняется и не нагревается и поэтому гидравлическая система обычно устраивается оборотной.

В кислородно-конвертерных цехах вода расходуется на охлаждение фурм, каминов, подшипников дымососов, орошение и охлаждение газов, очистку газов, поливку пола и прочие мелкие нужды.

5. Водоснабжение объектов энергетического хозяйства

Наиболее крупными потребителями воды (50-60%) на металлургических заводах являются теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), паровоздуходувная станция (ПВС) при доменном цехе и кислородная станция, вырабатывающая кислород для доменного и сталеплавильного цехов. На паровоздуходувных и силовых станциях вода расходуется на питание и продувку котлов, охлаждение конденсаторов, масло- и воздухоохладителей, подшипников, золоудаление, сероочистку и др.

В энергетическом хозяйстве металлургического завода наиболее крупными водопотребителями являются Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), паровоздуходувная станция при доменном цехе и кислородная станция, вырабатывающая кислород1 для доменного и сталеплавильного процессов.

На паровоздуховодных и силовых станциях вода может расходоваться на: питание и продувку котлов, охлаждение конденсаторов, охлаждение масла и воздуха (масло- и воздухоохладители), охлаждение подшипников различных движущихся механизмов, различные мелкие производственные нужды, золоудаление, сероочистку.

Питание и продувка котлов. Для питания котлов требуется вода высокого качества, подготовленная в химводоочистках; в этой воде недопустимо присутствие механических примесей и солей жесткости.

Полученный в котлах пар поступает в турбины и далее в конденсаторы, в которых он охлаждается и обращается в конденсат, возвращается в котел; таким образом создается замкнутый кругооборот, но в нем неизбежны потери в пределах 3-5% от расхода воды, циркулирующей в системе. Расход пара равен 4,5-5,5 кг на 1 квт-ч и зависит от величины вакуума в конденсаторах.

В теплофикационных турбинах часть пара (а следовательно, и воды) отбирается на производственные нужды (подогрев ванн и пр.) и это резко повышает расход умягченной воды на питание котлов.

«Продувка» котла (пополнение свежей водой) осуществляется с целью сохранения в воде определенного состава минеральных примесей. По практическим данным содержание минеральных примесей в воде колеблется от 2 до 15%.

Необходимо также учитывать собственные нужды умягчительной установки, составляющие от 10 до 25% от ее производительности. Суммируя все составляющие, можно определить расход воды для котлов 0,8-0,9 л на 1 кВт мощности.

Исходная природная вода используется в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке, а также для других целей на ТЭС и АЭС.

Добавочная вода направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата после обработки с применением физико-химических методов очистки.

Турбинный конденсат, содержащий незначительное количество растворенных и взвешенных примесей, основная составляющая питательной воды.

Возвратный конденсат от внешних потребителей пара используется после очистки от внесенных загрязнений. Он является составной частью питательной воды.

Питательная вода, подаваемая в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах.

Продувочная вода - выводимая из котла, парогенератора или реактора вода на очистку или в дренаж для поддержания в испаряемой (котловой) воде заданной концентрации примесей. Состав и концентрация примесей в котловой и продувочной водах одинаковы.

Охлаждающая или циркуляционная вода используется в конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара.

Подпиточная вода подается в тепловые сети для восполнения потерь циркулирующей в них воды.

При эксплуатации ТЭС и АЭС возникают внутристанционные потери пара и конденсата:

а) в котлах при непрерывной и периодической продувке, при открытии предохранительных клапанов, при обдувке водой или паром наружных поверхностей нагрева от золы и шлака, на распыливание жидкого топлива в форсунках, на привод вспомогательных механизмов;

б) в турбогенераторах через лабиринтные уплотнения и паровоздушные эжекторы;

в) в пробоотборных точках;г) в баках, насосах, трубопроводах при переливе, испарении горячей воды, просачивании через сальники, фланцы и т. п.

Обычно внутристанционные потери пара и конденсата, восполняемые добавочной питательной водой, не превышают в различные периоды эксплуатации на ТЭС 2 - 3 %, на АЭС 0,5- -1 % их общей паропроизводительности.

На промышленных ТЭЦ, отпускающих пар на различные технологические нужды предприятий, существуют также внешние потери пара и конденсата, поэтому количество добавочной воды для таких ТЭЦ может достигать 10-50 % количества генерируемого пара.

Охлаждение конденсаторов. Конденсаторы силовых станций являются наиболее крупными водопотребителями. Их назначение — поддерживать заданный вакуум при выходе пара из турбины, образовывать из пара чистый конденсат, для возврата его в котел и для удаления воздуха и газа из конденсата. Они представляют собой систему из большого числа параллельных трубок, завальцованных в днищах металлического барабан.

В наше время наблюдается очень большой расход воды, как на предприятиях, так и в быту. Это приводит к тому, что запасы воды, особенно пресной, с каждым годом уменьшается, а количество загрязненных сточных вод наоборот увеличиваются. Сточные воды в большинстве случаев непригодны для дальнейшего использования.

Поэтому сокращение расхода воды - это актуальная проблема на сегодня.

И для данной проблемы были приняты следующие меры:

· Сокращение применения воды в технологических процессах;

· Широкое внедрение для охлаждения элементов конструкций и оборудования испарительного охлаждения;

· Переход на сухие методы очистки газов и воздуха;

· Увеличение доли оборотного водоснабжения и повторного использования воды;

· Разработку безотходной технологии очистки сточных вод.

Применение данных мер и изобретение новых устройств, для очистки и использованию воды, приведут в будущем для нормальной жизни наших предшественников, очистке и нормализации воды и ее глубин, а также для во избежание экологической ситуации, которая может привести к прекращению жизни.