Конспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення промислових підприємств»


НазваКонспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення промислових підприємств»
Сторінка6/9
Дата15.05.2013
Розмір1.02 Mb.
ТипКонспект
bibl.com.ua > Спорт > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9

2HCO3- CO32- + CO2 + H2O. (4.4.8)

З цього рівняння видно, що для підтримки певної концентрації бікарбонатних іонів потребується, щоб у розчині знаходилась відповідна кількість вільної вуглекислоти. Та вільна вуглекислота, яка необхідна для підтримки у розчині бікарбонатів, зветься рівноважною. Надлишкова вуглекислота агресивна по відношенню до будівельних матеріалів та металу.

Для захисту систем оборотного водопостачання від корозії використовуються неорганічні інгібітори. В якості неорганічних інгібіторів застосовуються в основному хромати, біхромати, фосфати (в основному гексаметафосфат і триполіфосфат натрію), силікати, а також нітрати. Дія цих інгібіторів заснована на утворенні захисних плівок на поверхні металу і гальмуванні анодного або катодного електрохімічних процесів.

Становлять інтерес роботи закордонних фахівців, у яких запропоновані способи захисту від корозії за допомогою інгібіторів на основі силікатів.

Розділ ІІ

ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕЯКИХ НАЙБІЛЬШ ВОДОЄМКИХ

ПІДПРИЄМСТВ, ЩО ДАЮТЬ НАЙБІЛЬШ СУТТЄВИЙ ВНЕСОК У ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА
5 ОСОБЛИВОСТІ ВОДОПОСТАЧАННЯ ТА ВОДОВІДВЕДЕННЯ ПІДПРИЄМСТВ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ
5.1 Споживачі води на ТЕС, умови утворення і категорії стічних вод

До підприємств теплоенергетики відносяться атомні, теплові та електричні станції для міст, районів та промислових підприємств. Підприємства теплоенергетики відносяться до найбільш водоємких споживачів в народному господарстві, вони споживають приблизно 25% від загальної витрати води, яку споживають всі промислові підприємства. Достатньо відмітити, одна сучасна ТЕС споживає 100-150 тис. м3/год води. Одночасно ці підприємства характеризуються значною кількості стічних вод та значною кількістю забруднень.

На теплових електростанціях вода використовується для живлення та продувки котлів, охолодження конденсаторів парових турбін, повітроохолоджувачів та газоохолоджувачів генераторів запитуючих насосів, маслоохолоджувачів систем змащення механізмів, золовидалення та інше. Кожний теплообмінник являє собою батарею латунних або мельхіорових трубок, які знаходяться у металевому корпусі. По трубках циркулює охолоджуюча вода, а між трубками проходить повітря, газ, масло, які потрібно охолоджувати. Нагріта вода після конденсатора часто використовується на шлако- і золовидалення гідравлічним способом. Найпростіша конденсаційна станція (рис.5.1 ) передбачає паровий котел 1, з якого пар потрапляє на турбіну 2. Турбіна у свою чергу обертає електричний генератор 3. Відпрацьований пар потрапляє в конденсатор 4, куди насосом 5 подається охолоджуюча вода.



Рис. 5.1 - Схема конденсаційної електростанції:

1- паровий котел; 2- турбіна; 3- електричний генератор; 4- конденсатор; 5-циркуляційний насос; 6- бак запитуючої води; 7- конденсатний насос; 8-подача знесоленої води; 9-запитуючий насос

Конденсат перекачується в бак запитуючої води 6. В бак подається додатково свіжа очищена і знесолена вода. Необхідна кількість води подається в котел насосом 8.

Пар виробляється в котлах, в яких спалюють вугілля, газ, нафтопродукти, торф. На атомних станціях парові котли замінені на атомні реактори. Електричні станції, які виробляють тільки електроенергію, звуться конденсаційними. Якщо додатково виробляється теплова енергія (пар на технологічні потреби, опалення, гаряче водопостачання), то вони називаються теплофікаційними. Витрати води на електростанціях можуть доходити, в залежності від їх потужності, до 100 м3/с.

На сучасних ТЕС утворюються наступні категорії стічних вод:

  1. продувочні води систем оборотного водопостачання і стічні води від охолодження конденсаторів парових турбін, які викликають в основному теплове забруднення водних об’єктів;

  2. стічні води від установок хімічної підготовки води, зокрема, від регенерації іонообмінних фільтрів, води конденсатоочисток, для яких характерна висока мінералізація;

  3. води систем гідрозоловидалення ТЕС, які спалюють тверде паливо;

  4. відпрацьовані розчини після хімічної очистки теплосилового обладнання та його консервації;

  5. стічні води від сховищ мазуту;

  6. поверхнево-зливові стічні води з території підприємств.


5.2 Системи і схеми водопостачання ТЕС і ТЕЦ

Схеми водопостачання можуть бути:

  • прямоточні (при наявності досить потужного джерела),

  • оборотні (найчастіше),

  • змішані.

Для охолодження конденсаторів використовується технічна вода без нормування її якості. Проте підвищення коефіцієнту корисної дії паросилової установки досягається покращенням якості води та зниженням її температури.

При прямоточній системі охолодження вода проходить через конденсатор турбіни одноразово, при цьому забір води з ріки здійснюється обов’язково із створу, який розташовано вище по течії, ніж скид води. Вода після використання на охолодженні скидається в річку, водосховище. Така система потребує значних капітальних вкладень, потужних джерел водопостачання, проте забезпечує низькі і стабільні температури води.

Подача води з водойми може забезпечуватись блочною або центральною насосною станцією. При блочній станції на кожний блок (котел, турбіна) подається двома циркуляційними насосами й окремим водоводом. В такій системі засувки і зворотні клапани на напірних лініях не встановлюються , а тепла вода скидається в самопливний канал великого перерізу (4.23 м). Система найбільш економічна і надійна. При центральній насосній станції вода подається споживачам по двох- трьох водоводах великого діаметра (3-3.3 м) декількома насосами (не менше чотирьох). В схемі багато запірної й запобіжної арматури, відповідно великі гідравлічні втрати. В прямоточній системі витрати води можуть бути забезпечені тільки на великих річках. Крім того, скид великої кількості теплої води обмежує застосування таких систем.



Рис. 5.2 - Схема прямоточної системи технічного водопостачання

електростанцій:

1-річка; 2-головний корпус; 3- водоприймальний пристрій та берегова насосна станція; 4- циркуляційні насоси; 5-напірні трубопроводи; 6 –конденсатори турбін; 7-зливні трубопроводи; 8- закритий відвідний канал; 9-пристрій для регулювання води у закритому відвідному каналі; 10-відкритий відвідний канал; 11- водоскидна споруда; 12- водозабір; 13-трубопровід обігрівання водозабору
На теплових і атомних електростанціях з охолоджувальною водою у водні об’єкти скидається велика кількість теплоти. Так, питома кількість теплоти, яка відводиться з охолоджувальною водою при нагріві її у конденсаторах парових турбін на 8-10ºC, стає на ТЕС коло 43 кДж/(кВт ч), а на АЕС 73 кДж/(кВт ч) при витраті води 100-300 м3/с. Скидати ці теплі води безпосередньо у водойми не можна, оскільки навіть незначне підвищення температур позначається на екологічній обстановці природних водоймищ.

Таким чином, найбільш вигідною для забезпечення конденсаторів парових турбін водою є оборотна схема з водосховищем-охолоджувачем. У цій схемі дуже важливо забезпечити необхідний хімічний склад охолоджуючої води для того, щоб знизити, або повністю виключити небезпечність утворення щільних сольових відкладень та корозійний знос металу, з якого виготовлені конденсатори. Це і є причиною виготовлення конденсаторів із латуні. З другого боку, потрібно проведення стабілізаційної обробки води у цій системі з метою запобігання утворенню щільних сольових відкладень і корозії. Для цієї системи все це є визначальним для забезпечення її працездатності. Крім того, охолоджуюча вода повинна мати певну температуру.

Найбільш поширеним методом стабілізації охолоджуючої води є продувка систем водяного охолодження , тобто відвід частини оборотної води із заміною її свіжою. При продувці знижуються концентрації усіх домішок, у тому числі хлоридів та сульфатів, що сприяє послабленню процесів корозії в оборотній системі охолодження. Звичайно стабілізацію води проводять разом із обробкою води хімічними реагентами. До хімічних методів обробки охолоджувальної води відносяться підкислення, рекарбонізація, фосфатування.


Рис. 5.3 - Схема оборотної системи технічного водопостачання з водосховищем-охолоджувачем:

1-водосховище-охолоджувач; 2-гребля, 3-водоскид греблі; 4-відкритий підвідний канал; 5-водоприймач та берегова насосна станція; 6-головний корпус; 7-напірні трубопроводи; 8-конденсатори турбін; 9 – закритий відвідний канал; 10- пристрій для регулювання води у закритому відвідному каналі; 11-відкритий відвідний канал; 12-струморозпордільча споруда; 13-трубопровід обігрівання водозабору
При оборотній системі охолодження вода проходить через конденсатор багаторазово. Охолодження нагрітої вод, яка покидає конденсатор, здійснюється за рахунок її часткового випаровування. За СНиП рекомендований перепад температур нагрітої та охолодженої води - до 9ºC. В реальних умовах самого жаркого періоду цей перепад часто не забезпечується, що призводить до зниження ефективності роботи ТЕЦ.

Для охолодження можуть бути використані: 1) пруди та водосховища-охолоджувачі, 2) баштові градирні, 3) вентиляторні градирні.

Градирні – це спеціальні пристрої для штучного охолодження рідких теплоносіїв. Вони знайшли велике поширення у промисловості і, зокрема, на ТЕЦ.

Основним робочим елементом градирні є зрошувальний пристрій. Вода після конденсаторів турбін подається на зрошувальний пристрій, в якому розподіляється на краплини, струмені або плівки. Вода у вигляді крапель, струменів та плівок стікає униз, а назустріч їй рухається повітря через бокові отвори знизу витяжної башти (рис.5.4). в процесі взаємодії з повітрям вода охолоджується в результаті конвективного теплообміну та часткового випаровування. Нагріте та насичене водяними парами повітря відводиться уверх через витяжну башту. За взаємним напрямком руху середовищ найбільше поширення у нашій країни отримали протиточні градирні з природною тягою і зрошувальними пристроями.

Вода потрапляє у градирню до зрошувального пристрою на висоті 10-20 м. Висота витяжної башти залежить від типорозміру градирні і може досягати 150 м, діаметр башти внизу 100м, а вихідний діаметр 45-60м. Площа зрошувального пристрою найбільш крупних градирень складає близько 10000м2.

Під витяжною баштою градирні мається басейн глибиною 2м для збирання охолодженої води. Вода з басейну циркуляційними насосами подається у головний корпус електростанції.


Рис.5.4 - Оборотна система технічного водопостачання з градирнями:

а-схема трубопроводів технічної води; б-схема оборотного водопостачання

1-конденсатори турбін; 2-циркуляційні насоси; 3- градирня; 4-підвідні самопливні водоводи к циркуляційним насосам; 5-напірні трубопроводи до конденсаторів турбін; 6-перемичка між напірними трубопроводами до градирні; 8- перемичка між зливними трубопроводами турбін; 9- масло охолоджувачі турбін; 10-газо- та повітроохолоджувачі генератору; 11-трубопровід скидної води від охолоджувачів газу і масла у підвідні водоводи; 12-трубопроводи підживлення циркуляційної системи; 13-трубопроводи продувки циркуляційної системи та подачі води у систему гідрозоловидалення; 14-трубопроводи подачі води на водопідготовку; 15-насоси додаткової води
На великих станціях перевагу слід віддавати оборотним системам з охолодженням води в баштових градирнях (Рівненська атомна електростанція), в водосховищах-охолоджувачах (Хмельницька атомна електростанція), для невеличких станцій – з охолодженням води у вентиляторних градирнях або бризкальних басейнах. При використанні градирень охолоджена вода потрапляє у машинний зал станції, де встановлені циркуляційні насоси подачі води на конденсатори. В деяких випадках використовуються змішані системи, коли в маловодні періоди додатково до прямоточної системи підключаються водосховища, градирні, бризкальні басейни.

Для охолодження газу, повітря та масла застосовують конденсат, який циркулює в замкненому контурі та охолоджується водою у спеціальних теплообмінниках.

Крім охолоджуючих систем оборотного водопостачання у теплоенергетиці є споживачі хімічно обробленої води, які пред’являють до води завищені вимоги. До них відносяться парові котли, випарники, пароутворювачі, теплові мережі з закритою або відкритою системою теплопостачання.

Для виробництва з води пари застосовують парові котли різної продуктивності та різних параметрів, у першу чергу – тиску. Вода, що подається у котли для виробництва пари - не звичайна, а зм’якшена (хімічно очищена). Загальна жорсткість цієї води повинна бути не вище 0,6 мг-екв/л для котлів низького тиску, а для котлів високого тиску 0,03-0,06 мг-екв/л.

Вода для живлення парових котлів проходить спеціальну обробку для надання їй складу та властивостей у відповідність до вимог. З води вилучають механічні домішки, солі жорсткості та розчинний у воді кисень. Поповнення витрат живильної води на ТЕС запроваджується хімічно знесоленою водою або дистилятом.

Пом’якшення води здійснюється у декілька стадій. Спочатку вода оброблюється реагентним методом (найчастіше содо-вапняним), при якому з води видаляється основна маса солей тимчасової та постійної жорсткості.

CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4 (5.1)

MgSO4 +Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4 (5.2)

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3+ 2H2O (5.3)

Реагентним методом можна знизити загальну жорсткість води до 0,4-0,8 мг-екв/л. Чим вище температура води, яка обробляється, тим нищу жорсткість води можна отримати цим методом. Більш глибоке зм’якшення води досягається застосуванням іонообмінної технології, в результаті якої видаляється та частина солей, що залишилися у воді, а також, якщо потрібно з води видаляються аніони (хлориди, сульфати тощо). На більшості підприємств теплоенергетики для видалення з води солей жорсткості застосовуються натрій-катіонітові фільтри. На першому ступені вода знижується до 0,1 мг-екв/л, а на другому – до 0,01 мг-екв/л. У процесі фільтрування іонообмінна смола цих фільтрів поступово насичується солями жорсткості і через визначений час ці фільтри необхідно регенерувати, тобто відновлювати їхню іонообмінну здатність. Для регенерації Na-катіонітових фільтрів найчастіше використовують розчин повареної солі NaCl. У результаті регенерації утворюються стічні води, що містять поварену соль, а також солі кальцію і магнію (CaCl2, MgCl2). Хімічний склад стічних від регенерації Na-катіонітових фільтрів характеризується високим солевмістом та високою жорсткістю. Ці води складають основний об’єм хімічно забруднених стічних вод, що утворюються в процесі хімічної підготовки води. Методи очищення цих стічних вод, на жаль відсутні. Тому вони без очищення скидаються в каналізаційну мережу і потрапляють у водні об’єкти, забруднюючи їх цими солями.

У процесі хімічної підготовки води для живлення парових котлів утворюються декілька видів стічних вод:

  • стічні води та осад (шлам) від освітлювачів (вертикальних відстійників) для реагентного (содо-вапняного) зм’якшення води;

  • стічні води від промивки механічних фільтрів;

  • стічні води від спушування завантаження натрій-катіонітових фільтрів;

  • засолонені стічні води від промивки (регенерації) натрій-катіонітових фільтрів (ці води забруднені солями жорсткості, хлоридами та іншими компонентами сольового змісту).

Схема установки для хімічної підготовки включає практично всі види апаратів для очистки води:

  1. очистка від механічних домішок у відстійниках з коагуляцією та флокуляцією;

  2. фільтрування води на механічних зернистих фільтрах;

  3. зм’якшення води содо-вапняним методом з подальшим прояснюванням пом’якшеної води в освітлювачах із завислим шаром або у вертикальних відстійниках;

  4. фільтрування пом’якшеної води на механічних зернистих фільтрах;

  5. подальше зм’якшення води на натрій-катіонітових фільтрах в один або два ступеня;

  6. видалення з води хлоридів та сульфатів на іонообмінних фільтрах.


Контрольні запитання:

  1. Основні споживачі води на ТЕС.

  2. Системи водопостачання теплових електростанцій, їх характеристика, вибір.

  3. Охолодження конденсаторів парових турбін.

  4. Хімічна підготовка води для живлення парових котлів.

  5. Вимоги до якості води для живлення парових котлів

  6. Основні категорії стічних вод підприємств теплоенергетики.


6 ВОДНЕ ГОСПОДАРСТВО ПІДПРИЄМСТВ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ
Чорна металургія відноситься до найбільш водоємких галузей промисловості. Ці заводи займають друге місце після підприємств теплоенергетики і споживають до 20% загального водоспоживання усіх галузей промисловості країни ( підприємства теплоенергетики – 25%).

Підприємства чорної металургії забезпечують добування сировин і палива для виплавки чавуна і сталі з переробкою останніх у прокатні профілі та вироби. До цих підприємств відносяться рудники, збагачувальні та агломераційні фабрики, коксохімічні заводи, металургійні заводи. Усі вони можуть бути розкидані по значній території і, як правило, мають самостійні системи виробничного водопостачання. Мається також велике допоміжне господарство, яке не має прямого відношення до продукції, яка випускається. Водопостачання цього господарства досягає 40-50% загальної витрат води (це об’єкти енергетичного хазяйства –ТЕЦ і ТЕС, пароповітродувні станції, кисневі станції тощо).

Металургійні заводи займають площі в десятки квадратних кілометрів. Споживання води на заводі з повним металургійним циклом доходить до 240-300 м3 на 1 т чавуна.

Найбільш крупними споживачами води, а отже і джерелами утворення значної кількості забруднених стічних вод (до 90% загальної кількості) на металургійних підприємствах, є газоочистки різних металургійних виробництв, а також стани гарячої прокатки листів.

Очистка стічних вод на металургійних заводах вирішується самостійно для окремих виробництв. На заводах чорної металургії таке рішення передбачається для доменного, сталеплавильного і прокатного стану.

Незважаючи на багатоманітність оборотних систем водопостачання якість води, що використовується на металургійних комбінатах можна умовно поділити на 5 груп:

1 споживачі, які використовують чисту воду, зміст зависі у цій воді – до 50 мг/л, солі тимчасової жорсткості 1-3 мг-екв/л, температура 28-32°C

2 споживачі, що використовують воду із тимчасовою жорсткістю не більше 0,5-1 мг-екв/л. До цих споживачів відносяться установки безперервного розлиття сталі (охолодження кристалізаторів) та охолодження металу безпосередньо поливанням (душируючі установки)

3 споживачі, які використовують воду зі змістом зависі 200-300мг/л і змістом солей тимчасової жорсткості 1-3 мг-екв/л, температура 28-32°C. Це системи газо очистки.

  1. Споживачі, які не пред’являють вимог до температури та солевмісту та мають занижені вимоги до наявності завислих речовин. Ця вода використовується для транспортування відходів виробництв (золо- та шлаковидалення, тощо). Ця система також оборотна і повертається для гідротранспорту після шламонакопичувача.

  2. Споживачі, які не відносяться безпосередньо до металургійного виробництва, але пред’являють завищені вимоги до якості води. Ця вода найчастіше використовується у вентиляційних системах, системах для приготування пари та системах господарчо-питного водопостачання.



Рис. 6.1 - Схема оборотного водопостачання металургійного заводу:

А- доменний цех; Б- газоочистка; В- сталеплавильний цех; Г- прокатний цех; Д- розливочні машини; Е- коксохімічний цех; Ж- ТЕЦ та пароповітрядувна станція; 3- цех вогнеупорів; И-хімводоочистка; К- інші цехи; 1- насосні станції; 2- відстійник; 3- бризкальні басейни; 4- насосна станція першого підняття
Система виробничного водопостачання металургійного заводу (рис.6.1) має декілька оборотних циклів для кожного цеха чи приладу, які відрізняються один від одного якістю води та потрібним напором в мережі. Кількість свіжої води коливається від 5 до 8%. Основні цехи повинні отримувати воду безперервно, тобто обов’язкове дублювання ліній мережі з подачею по кожній повних розрахункових витрат води. До 75% води використовується на охолодження конструктивних елементів доменних, сталеплавильних, нагрівальних пічок, конденсацію пару тощо. Ця вода тільки нагрівається. Вода для охолодження обладнання і продукції, а також транспортування механічних домішок нагрівається та забруднюється, кількість її доходить до 22%.

Основні процеси (переділи), які характерні для підприємств чорної металургії: добування і переробка сировини; виплавка чавуна; виробництво сталі; виробництво гарячого прокату; холодна прокатка металу.
6.1 ДОБУВАННЯ І ПЕРЕРОБКА СИРОВИНИ

У чорній металургії сировиною є залізна руда, кокс, вапняк, різні добавки. Руда добувається відкритим (кар’єри) та закритим засобом (шахти).

На Україні вона здобувається тільки у шахтах і тільки у Кривому Розі і в Росії існує добування руди відкритим засобом.

У процесі здобування руди шахтним і відкритим засобами, утворюються шахтні води, які відкачуються на поверхню та скидаються та скидаються у поверхневі водні об’єкти . Ці стічні води забруднені завислими речовинами, нафтопродуктами, та мають високий солевміст, який досягає декілька г/л (до 10 г/л та більше). Ці води є надмірні, тому їх використання дуже складне і у теперішній час вони скидаються у водні об’єкти практично без очищення.

Сказане вище у відношенні здобування руди повністю відноситься і до технології здобування вугілля – це також шахти, кар’єри і ті ж самі проблеми, пов’язані з очисткою та скидом стічних вод.

Збагачення руди

Руда містить не більш 50% заліза, інше – порожня порода. Тому перед поданням руди на металургійні підприємства для послідуючих металургійних переробок ця сировина підлягає переробці, у першу чергу з метою збагачення, тобто отримання продукту з великим змістом цінних компонентів. Щоб видалити порожню породу, здобуту руду напрямляють збагачувальні фабрики. Теж саме стосується і вулю, тільки у цьому випадку ці підприємства звуть вуглефабриками.

Методи збагачення:

1)магнітно-гравітаційний;

2) флотаційний.

При магнітному засобі збагачення здрібнена руда у вигляді пульпи потрапляє на магнітні сепаратори, де частки, що містять залізо, відокремлюються від інших часток, які не містять залізо. Процес здійснюється у водному середовищі.

При флотаційному засобі збагачення у пульпу, що містить руду, додають різні поверхнево-активні речовини, наприклад, нафтопродукти та інші речовини, які сприяють спливанню на поверхні порожньої породи, яка разом із водою відводиться з системи, а цінні продукти, наприклад, залізо, остаються у нижній частині потоку і направляються на подальшу переробку.

Флотація – розділ на фракції, які містять метал та ті, що не містять металу у водному середовищі шляхом придання породі гідрофобних властивостей. Для цього у суспензію додають різні хімічні добавки (поверхнево-активні речовини), які гідрофобізують поверхню часток, що сприяє їх відділенню від основного компоненту.

В залежності від прийнятих методів збагачення використовується від 5 до 9 м3 вод на 1 т руди. Вода не повинна мати каламутність більше 30-50 мг/дм3. Схема водопостачання може бути оборотною з відстоюванням води в ставках- прояснювачах. Приблизно 85% води використовується на поглинання і транспортування матеріалів.

На збагачувальних фабриках під час збагачення корисних копалин (залізна руда, вугіль) утворюється значна кількість стічних вод і відходів, яка складає для великих збагачувальних фабрик та комбінатів 10-50 тис. м3/год. Ці стічні води містять десятки та сотні г/л забруднень у вигляді механічних домішок (завислих речовин, які являють собою порожню породу) концентрацією більш 10 г/л. Крім цього у стічних водах містяться дуже шкідливі, а іноді навіть токсичні забруднення – різні нафтопродукти, поверхнево-активні речовин природного та синтетичного походження. Концентрація цих речовин досягає 100-500 мг/л. Ці речовини ні що інше, як гідрофобізатори, які застосовуються під час збагачення. Перелічені стічні води дуже важко піддаються очищенню, а якщо врахувати великі витрати цих стічних вод, задача їх очистки та використання є одним з дуже складних і мало вивчених питань.

У теперішній час порожня порода, як при першому, так і при другому засобі збагачення, у вигляді шламової пульпи відводиться за межі підприємства у так звані шламонакопичювачі (хвостосховища – ця назва пішла від слова «хвости флотації»), які займають великі території та площі.

Звідси витікають наступні задачі, які стоять перед спеціалістами у різних галузях:

  1. Розробити засоби очистки та використання у цьому ж виробництві стічних вод, що утворюються. Найбільш важко очистити стічні води від нафтопродуктів і поверхнево-активних речовин.

  2. Знайти такі хімічні добавки, які могли би підвисити ефективність вилучення цінних компонентів з руди або вулю та одночасно полегшити процес очистки стічних вод

  3. Розробити засоби утилізації відходів (осадів), що утворюються

  4. Скоротити площі, які займають хвостосховища.

Ошматкування

Збагачувальна залізна руда перед подачею її у домені печі для виплавки чавуна, направляється на агломераційні фабрики або фабрики по виробництву окатишів (ошматкувальні фабрики).

Це пов’язано із тим, що руда, яка здобувається являє собою дрібнодисперсні частки, які не дають можливості нормально вести плавку чавуна для отримання металів.

Агломераційне виробництво

На агломераційних фабриках руда спекається або окомковується за спеціальною технологією. Одержання агломерату досягається тепловими процесами з добавкою до руди вапняку, коксу тощо. При цьому досягається ошматкування руди та видалення частини шкідливих домішок, що утримуються у руді. Продукція – руда у вигляді шматків або окатишів є основною сировиною для доменних печей, в яких виплавляють чавун. Кількість стічних вод, що утворюються від однієї аглофабрики досягає до 2-3 тис. м3/год. Ці стічні води забруднені завислими речовинами у концентрації до 2 тис мг/л, лужними компонентами (в основному вапном, якій сприяє появі у воді гідратної складної лужності, тобто групи OH-). З другого боку, стічні води забруднені кислими компонентами, які представлені в основному сірчаними сполученнями у вигляді SO32- та SO42-.
6.2 ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНА У ДОМЕННИХ ПЕЧАХ
Чавун виплавляють у доменних печах, температура виплавки чавуна 1500-2000ºC. Домна являє собою агрегат висотою до 80-100м. Найбільш крупна доменна піч на Україні об’ємом 5 тис. м3 працює у Кривому Розі.

У доменну піч завантажується шихта –це вихідний матеріал для виробництва чавуна. До складу шихти входять: залізна руда у вигляді агломерату або окатишів, кокс, вапняк та інші добавки. Шихта подається у домну зверху безперервно за допомогою спеціальних пристроїв конвеєрного типу. Високий температурний режим створює умови для плавки металу. По мірі плавки, розплавлений метал і шлак опускається вниз доменної печі. Розплавлений метал (чавун) відводиться знизу періодично, у спеціальні чавуновозні ковші.

Чавун у рідкому вигляді напрямляється на подальшу переробку у сталеплавильне виробництво (конвертор, мартен, електропіч). Частину чавуна напрямляють на машини для розлиття чавуна та отримують готову продукцію у вигляді чавунних чушок. Ці чавунні чушки є вихідним продуктом для машинобудівельних заводів, які не мають свого власного виробництва чавуну.

У доменному цеху вода витрачається на зволоження шихти, охолодження доменних пічок та арматури повітронагрівачів, грануляцію шлаку, охолодження чавуну на розливальних машинах та підбункерних приміщеннях. Шихту зволожують водою після охолодження пічок. Напір води в мережі у доменних пічок дорівнює 45-70 м. Система водопостачання – оборотна, при якій вода від холодильників пічок та арматури водонагрівачів (температура до 800ºC) потрапляє в приймальний резервуар і потім на охолодження. На 1т чавуну витрачається до 24 м3 води, в тому числі свіжої 3-4%. При охолодженні чавуну в розливальних машинах до 20% води випаровується, вода насичується шматками ламаного чавуну та вапна. Тому перед охолодженням вода спочатку відстоюється у відстійнику. Для доменних печей і повітронагрівачів повинна забезпечуватись безперервна подача охолоджуючої води, оскільки навіть тимчасове припинення подачі води може спричинити аварію, прогар конструкції доменної печі. Для цього передбачається окрім робочих, не менш двох резервних насосів у відповідності за СНиП. Кількість трубопроводів для підведення і відведення води повинна бути не меншою за два. Кожен з водоводів розраховується на пропуск 100% витрати води. В цеху очистки доменного газу вода поглинає механічні домішки із газу, охолоджує газ, транспортує поглинуті домішки, розчиняє газ та деякі мінерали. В оборотній системі вода потрапляє спочатку в радіальні відстійники, перекачується насосом на охолоджувач, а потім знову насосом качається у цех.

У доменному виробництві утворюються наступні види стічних вод:

  1. Вода від безпосереднього охолодження доменної печі, це так звана

“умовно чиста вода”, яка у процесі використання тільки нагрівається і не забруднюється.

  1. Стічні води від газоочисток доменних печей. Ці води брудні (забруднені завислими речовинами у концентрації до 200 мг/л, а також цілою низкою розчинних хімічних речовин).

  2. Стічні води від грануляції шлаку. Ці води забруднені завислими речовинами у концентрації до 1000 мг/л, а також хімічними речовинами, наприклад, сірководнем H2S (“брудний цикл”).

  3. Стічні води від машин розливання чавуна. Ці води також забруднені завислими речовинами у концентрації до 500 мг/л та хімічними речовинами, головним з яких є розчинне у воді вапно Ca(OH)2 (“брудний цикл”).

Для здійснення процесу виплавки чавуна знизу доменної печі проваджується дуття підігрітим повітрям для постачання у піч кисню. Повітря, яке проходить через домену піч захоплює пилевидні частки та насичується рядом хімічних компонентів у газоподібній формі. Потім ці гази відводяться з доменної печі у верхній частині. Забрудненість газів надзвичайно велика, і оскільки викидати їх у атмосферу без очистки неприпустимо, гази очищають у апаратах газоочищення. Газ очищується сухим та мокрим (із застосуванням води) засобами. Домені гази містять у собі великий процент окисі вуглеводу (до 80%). Ці гази є хорошим енергетичним пальним і тому після очистки вони використовуються на цьому ж самому заводі. Доменна піч та газо очистка – це єдине технологічне ціле.




6.3 ГАЗООЧИСТКА ДОМЕННИХ ПЕЧЕЙ

Д
Рис.6.2   Скрубер для очистки газу
ля очистки газів мокрим засобом застосовується так званий скрубер. Скрубер являє собою посудину під тиском, виготовлений зі спеціального металу, висота його від 30 до 40 м (для великих доменних пічок) та діаметр 8-12 м. У цьому апараті гази, що відходять від доменної печі подаються знизу, а вода, яка очищує ці гази, подається зверху, тобто рух газу і води назустріч один одному. Вода розбризкується форсункам, вступає у контакт з газом та відводиться у вигляді стічних вод знизу цього скрубера.

Стічні води, що утворюються у процесі очистки газу характеризуються високою концентрацією завислих речовин. У самому скрубері находячись під тиском (2-3 атм) стічні води насичуються вуглекислотою, яка потрапляє з газу, який очищається. При тиску в скрубері до 2,5 атм. на стінках скруберу утворюються щільні карбонатні відкладення відповідно до реакції вуглекислотної рівноваги. Чим вище тиск у скрубері, тим більше CO2 розчиняється у воді. Надлишкова вуглекислота сприяє підкисленню води та придає їй агресивні властивості, тобто схильність до корозії. При підвищенні тиску до 3 атм і більше відбувається розчинення карбонатних відкладень, що утворилися, і вода стає агресивною стосовно металу. Коли стічні води виходять зі скрубера, надлишкова вуглекислота злетучується і стічні води, що утворюються вже не володіють агресивними властивостями по відношенню до металу, а характеризуються наявністю бікарбонатної лужності (HCO3). При цьому у скрубері вода має кислу реакцію (рН=6,5), а після скруберу лужну реакцію (рН=7-7,5). Таким чином, у скрубери протікає реакція вуглекислотної рівноваги.

Ca(HCO3) CaCO3 + H2O + CO2. (5.1)

При зсуві реакції вправо, утворюється малорозчинний карбонат кальцію та виникає можливість утворення щільних сольових відкладень на внутрішніх стінках скрубера.

При зсуві реакції вліво, карбонат кальцію, що утворився, розчиняється і у воді утворюється надлишок вуглекислоти CO2, яка може спричинити корозійний знос металу скрубера. Для системи оборотного водопостачання газоочисток доменних печей характерний складний водно-хімічний режим.

Таким чином, виникає динамічна рівновага, яку бажано не порушувати з метою вибухонебезпечності скрубера високого тиску та забезпечення його стабільної роботи.

Охолодження доменних печей.

При охолодженні елементів доменних печей водою відвід тепла здійснюється за рахунок нагріву води, у наслідку чого тимчасова жорсткість розкладається у відповідності з рівнянням вуглекислотної рівноваги з утворенням малорозчинного карбонату кальцію. Карбонат кальцію (CaCO3), що утворюється випадає на теплонавантаженних поверхнях і перешкоджає теплообміну, тобто ефективному охолодженню доменних печей. Оскільки теплопровідність CaCO3 у десятки разів менш ніж теплопровідність металу, охолодження елементів погіршується, що призводить у деяких випадках до виходу їх із строю внаслідок прогару. Витрати охолоджуючої води на 1 доменну піч коливаються від 2 до 3 тис. м3/год. Вода у процесі випаровування тільки нагрівається і не забруднюється механічними або хімічними домішками. Система водяного охолодження доменних печей, як правило, організується по оборотній схемі з підживленням свіжою технічною водою, з продувкою у кількості до 5% від витрати циркулюючої у системі води. При водяному охолодженні доменних печей утворюються умовно чисті стічні води, що несуть тільки термальне забруднення.

Випаровувальне охолодження доменних пічок.

Крім водяного охолодження доменних печей застосовують випаровувальне охолодження. Сутність його полягає у тому, що замість звичайної води для охолодження доменних печей застосовують пароводяну суміш. В порівнянні з водяним охолодженням у випаровульному охолодженні використовується в 60 разів менше води, дякуючи більш інтенсивному відбору тепла. Але при цьому з’являється проблема утворення щільних сольових (карбонатних) відкладень на усіх теплонавантаженних поверхнях. При випаровувальному охолодженні інтенсивність сольових відкладень у сотні разів вище, ніж при водяному охолодженні. У зв’язку з цим система випаровувального охолодження повинна підживлюватись хімічно очищеною або глибоко зм’якшеною водою.

У процесі охолодження теплонавантаженного елементу (рис.6.3) вода випаровується і у вигляді пароводяної суміші піднімається у бак-сепаратор, в якому здійснюється часткова конденсація пару з утворенням води. Вода із бака опускається до теплонавантаженного елементу, тобто відбувається циркуляція води - іноді гравітаційна (природна), а іноді примусова (за допомогою циркуляційного насосу). Вода в системі випаровувального охолодження, звичайно, не повинна мати солей жорсткості та мати корозійних властивостей.



Рис. 6.3 - Схеми випаровувального охолодження металургійних пічок:

а - з природною циркуляцією води; б- із примусовою циркуляцією води; 1- трубопровід охолоджуючої води; 2- піч; 3- трубопровід пароводяної емульсії; 4 - бак-сепаратор пару; 5 - паропровід до споживачів ару; 6 - споживачі пару; 7- трубопровід конденсату пару; 8- хімводоочистка; 9 - подача води з джерела; 10- насосна станція; 11- подача зм'якшеної води; 12 - циркуляційний насос
Грануляція шлаку. Під час плавки чавуна утворюються шлак. Його відводять від доменних печей до грануляційних установок. Грануляція шлаку полягає у перетворенні його з рідкого стану у твердий зернистий матеріал шляхом швидкого охолодження водою. Струми води, що подаються під тиском розбивають шлак на окремі гранули. Стічні води в залежності від складу виплавлюваного чавуна мають кислу або лужну реакцію і містять сірководень, хлориди, сульфати і 300-650 мг/л завислих речовин. Для освітлення стічних вод грануляційних установок застосовуються горизонтальні відстійники. Кислі води нейтралізуються вапном. Вода після очищення у відстійниках повертається знову у виробництво.

Розливальні машини. Рідкий чавун відводять з доменної печі на розливальні машину, яка являє собою транспортер, що рухається і на якому розташовані мульди (форми). По мірі руху мульди, які заповнені чавуном, інтенсивно поливають водою з дірчастих труб для того, щоб до кінця шляху чавун затвердів. Для того, щоб чавун не приставав до мульд, їх перед тим, як заливати оброблюють розчином вапна. Нагріта вода після розливальних машин містить пісок, вапно, окалину та інші завислі речовини. Для хімічного складу цих стічних вод характерна наявність гідратної лужності, що обумовлено застосуванням розчину вапна для обприскування форм (мульди) для розливання чавуна. Після розливальних машин вода напрямляється на відстоювання, після чого знову повертається у цех. Шлам, що осів у відстійниках, частково використовується для стабілізаційної обробки води, а інша частина, що залишилася напрямляється у шламонакопичувачі для зневоднення. Загальна витрата води на розливі 1 т чавуна складає до 4м3, при цьому коло 20% води губиться.

Чавун, який отримують частково використовується для виготовлення виробів, у тому числі каналізаційних труб та арматури. Основна маса чавуну перетворюється у сталь в сталеплавильних печах (мартенівських, конверторних та електросталеплавильних).
6.4 СТАЛЕПЛАВИЛЬНІ ВИРОБНИЦТВА

Сталь виробляють з чавуну одним з наступних засобів:

  1. киснево-конверторний;

  2. мартенівський;

  3. електросталеплавильний.

У сталеплавильному виробництві головними водоспоживачами є:

  • конвертори, мартенівські і електросталеплавильні печі;

  • газоочистки мартенівських печей;

  • газоочистки електросталеплавильних печей;

  • газоочистки конверторів;

  • машини безперервного лиття заготовки.

Киснево-конверторне виробництво

При киснево-конверторному процесі сталь виплавляють в спеціальних агрегатах ємністю від 100 до 400т за допомогою продувки киснем. Шихта завантажується зверху у горловину конвертору. У склад шихти входять: розпалений чавун, вапно (CaO), металолом тощо. Подача чистого кисню дозволяє інтенсифікувати процес виплавки сталі і отримати готову сталь через 50-60 хвилин.

У киснево-конверторному виробництві утворюються наступні види стічних вод:

  1. стічні води газоочисток;

  2. стічні води від охолодження тепло навантаженого обладнання;

  3. стічна вода від машин безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).

Готова сталь у рідкому вигляді подається на МБЛЗ, де вона розливається у спеціальні форми, охолоджується і твердіє. Заготовки отримують певної форми: сляби – це заготовка для виробництва листової продукції та блюми - це заготовки, з яких виробляють рейки та балки.

Стічні води газоочистки кисневих конвертерів. При виплавці сталі в кисневому конвертері утворюється велика кількість газів, які містять металевий пил і частки вапна (негашена СаО). Очистка газів здійснюється мокрим засобом, тобто за допомогою води. При контакті газу з водою в апараті газоочистки завислі частки металу і вапна переходять у стічні води. Концентрація завислих речовин знаходиться в межах 4-10 г/л. При цьому вапно розчиняється у воді по формулі:

СаО + Н2О Са(ОН)2 (гашене вапно). (5.2)

Це обумовлює наявність у стічних водах гідратної складової лужності.

В газах, що відходять від конвертору міститься вуглекислий газ CO2. Після очищення стічних вод від завислих речовин вода повертається на цілі очищення газів. При цьому Са(ОН)2, що є у воді реагує з СО2, що є в газах:

Са(ОН)2 + СО2 → СаСО3↓ + Н2О. (5.3)

Очищення газів конвертерних цехів здійснюється в апаратах газоочисток, у якості яких найчастіше використовують труби Вентурі. Гази надходять зверху і проходять через труби Вентурі. Швидкість проходження газу до 100 м/с. У горловині відбувається інтенсивне перемішування води і газу. Вода розбивається на дрібні краплі, що захоплює пил, що утримується в газах. Потім очищені гази видаляються з апаратів газоочисток, а стічні води попадають у бункер і видаляються на очищення. При наявності у стічних водах, а потім і в очищеній воді гідратної лужності в апаратах газоочисток відбувається інтенсивне утворення СаСО3, що осаджується на стінках труб Вентурі. Особливо небезпечне відкладення солей СаСО3 у горловині труб Вентурі. Бували випадки в практиці, що труби Вентурі практично цілком забивалися СаСО3, що приводило до виходу з ладу системи газоочисток і до зупинки конвертерного виробництва.

Мартенівське виробництво


Мартенівське виробництво сталі це найбільш традиційний та найбільш поширений засіб. Однією з основних особливостей цього процесу є те, що замість вапна використовується вапняк (CaCO3). Окрім цього, у порівнянні з конверторним виробництвом – цей процес значно довший і складає до 10 годин та більше. При виплавці сталі цим засобом утворюється велика кількість газів, очистка яких здійснюється мокрим засобом. Найчастіше для цього застосовуються труби Вентурі.

Стічні води газоочистки мартенівських печей містять дрібно дисперсні речовини, концентрація яких коливається в процесі плавки від 2 до 10 г/л. З погляду хімічного складу найчастіше характеризуються кислою реакцією, pH=4-6. Це пов’язано з тим, що в процесі очистки газів вода підкислюється за рахунок уловлювання кислих компонентів, таких, як окислі сери (SO2, SO3) а також окислів азоту (NO,NO2). Для захисту від корозії системи виконуються кислотостійкими або передбачається нейтралізація стічних вод вапном.

1   2   3   4   5   6   7   8   9

Схожі:

3. Обґрунтування шляхів і засобів розв’язання проблеми
...
Конспект лекцій У двох частинах Частина 2 Суми
Затверджено на засіданні кафедри фінансів як конспект лекцій з дисципліни «Банківський менеджмент»
Конспект лекцій з дисципліни: «ФІНАНСИ ПІДПРИЄМСТВ»
Грошей, його швидкість та масштаби визначають працездатність фінансової системи підприємства. З руху грошей починається та ним завершується...
НОВОУШИЦЬКА СЕЛИЩНА РАДА
ГП «Водоканал», забезпечення стабільності водопостачання та водовідведення, виконавчий комітет селищної ради
ВРАХУВАННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ МАРКЕТИНГОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ ПРИ РОЗРОБЦІ МАРКЕТИНГОВИХ...
...
Комітету міської ради від 29. 12. 08р. №347
Технічне обслуговування внутрішньо будинкових систем водопостачання, водовідведення і зливової каналізації
Комітету міської ради від 29. 12. 08р. №346
Технічне обслуговування внутрішньо будинкових систем водопостачання, водовідведення і зливової каналізації
Конспект лекцІй з дисципліни “ ПОТЕНЦІАЛ і розвиток ПІДПРИЄМСТВА”...
Конспект лекцій з дисципліни “Потенціал і розвиток підприємства” для студентів ІV курсу / Укл доцент кафедри економіки підприємства...
НІКОПОЛЬСЬКИЙ МІСЬКИЙ ГОЛОВА
Створити робочу групу з визначення заборгованості з різниці в тарифах на теплову енергію, послуги з централізованого водопостачання...
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ дисципліни «Історія економічних учень»

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка