Молодежникова Л.И. Технологические энергоносители промышленных предприятий. Часть 2

Подождите немного. Документ загружается.

2. Капельные – могут быть круглые, прямоугольные, внизу также

сооружается бассейн, а вверху вытянутая шахта высотой до 120 м, с

большой площадью орошения

6610

ор

F м . Вода распределяется

как в виде капель, так и в виде пленки. Характеристикой градирни явля-

ется площадь орошения.

3. Башенные – используются в системах оборотного водоснабже-

ния с расходами воды до 100



/ч. Благодаря организованному дви-

жению воздуха обеспечивается устойчивое охлаждение и более низкая

температура воды, чем в брызгальном бассейне. К недостаткам нужно

отнести высокие капитальные затраты.

4. Вентиляторные – обеспечивают наиболее глубокое и стабильное

охлаждение технической воды. Воздух подается вентилятором, который

может быть установлен как в верхней, так и в нижней части градирни

Вода подается сверху. Затраты на строительство оказываются меньше,

чем у башенных. Большой расход электроэнергии и возможность обра-

зования туманов и обледенения существенно влияют на выбор варианта

водоснабжения с вентиляторными градирнями. Их применение оказы-

вается экономически обоснованным, когда требуется низкая и стабиль-

ная температура охлаждаемой воды (холодильные и компрессорные

станции, производственные

технологии в районах с жарким климатом).

Некоторые характеристики испарительных охладителей приведены

в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Характеристика испарительных охладителей

Вид охладителя

Максимальная

удельная тепловая

нагрузка,

МДж/(м

·ч)

Рекомендуемый

перепад темпе-

ратур воды, °С

Мимнимальная раз-

ность температур

воды и воздуха по

смоченному термо-

метру, °С

Водохранилища и

пруды-охладители

0,876…1,67 5…10 10…12

Брызгательные бас-

сейны

29,26…62,7 5…10 10…12

Башенные градирни 250,8…334,4 5…12 8…10

Вентиляторные гра-

дирни

334,4…418 3…20 4…5

Применение радиаторных охладителей позволяет сократить до

минимума потери воды в системе оборотного водоснабжения. Вода в

«сухих» градирнях не засоряется пылью окружающего воздуха и соля-

ми (минерализация воды), как это имеет место в градирнях «мокрого»

типа. «Сухие» градирни имеют больший объем по сравнению с «мок-

рыми», так как интенсивность теплообмена в них ниже. Их применение

может быть оправдано невозможностью восполнения потерь воды в

системах охлаждения.

Охлаждение воды в испарительных охладителях всегда сопровож-

дается ее потерями вследствие испарения (снижение температуры воды

на 6 °С в системах испарительного охлаждения сопряжено с потерями

воды до 1 %). Потери воды подсчитываются по

формуле

исп ун

VV V



  , (7.3)

где

исп

V – доля испарившейся воды, %;

ун

V – доля уноса с воздухом за пределы охладителя от циркуля-

ционного расхода (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Величина уноса воды



Тип охладителя

Потери воды

V %

Тип охладителя

Потери воды

ун

V %

Брызгательные бас-

сейны с расходом

воды, м

/ч:

Градирни:

Открытые и башен-

ные

0,5…1

500 2…3 Брызгательные 0,5…1,5

Более 500 1,5…2 Вентиляторные 0,3…5

Значение

исп

V определяется по формуле

исп

VkT



, (7.4)

где k – коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением

от общего коэффициента теплоотдачи (испарение и конвекция), %

(табл. 7.3);

T – абсолютная величина перепада температур, °С.

Таблица 7.3

Значение коэффициента k

Сезон года

Коэффициент k, %

Для водохранилищ-

охладителей

Для брызгательных

бассейнов и градирен

Лето 0,1…0,13 0,13…0,15

Весна и осень 0,08…0,09 0,11…0,12

Зима 0,06…0,07 0,09…0,1

Потери тепла при испарении составляют





исп исп в

Р Vt



, (7.5)

где

исп

V – доля испарившейся воды, %;



– температура возду-

ха,

С;

– температура воды,

С.

Доля испарившейся воды

исп



в зависимости от сезона года, %:

 лето – 0,15 0,16 ;

 осень – весна – 0,10 0,12



;

 зима – 0,06 0,08 .

Общая площадь орошения испарителя:

  

0,625

исп

вмт

Qt t

Ktt



   





, (7.6)

где





 – массовая скорость воздуха; Q – расход воды; t –

разница температур воды и воздуха,

С; K – коэффициент, зависящий

от давления воды перед распылителем.

По величине

исп

F выбирается градирня и производится ее аэроди-

намический расчет.

В результате испарения в охладителе части воды повышается кон-

центрация минеральных солей, растворенных в оборотной воде. При

этом соли временной жесткости MgCO

и СаСО

(главным образом

СаСО

) выпадают на поверхности устройства, что ухудшает его экс-

плуатационные показатели и резко снижает коэффициент теплопереда-

чи. Для предотвращения этого явления производится непрерывная про-

дувка системы оборотного водоснабжения. Продувку осуществляют во-

дой из глубинных слоев охладителя. Тогда уравнение солевого баланса

имеет вид









исп ун прод Ц ун прод

cV V V cV V   

, (7.7)

где

c ,

c – концентрация солей жесткости в добавочной и цирку-

лирующей воде соответственно, мг



экв/л;

исп



– потери воды с

испарением и уносом, %;

прод

V – объемная доля удаляемой воды по

отношению к циркулирующей, %.

Если принять для циркуляционной системы

c на уровне макси-

мально допустимой (СНиП 2.04.02-84), то выражение (7.7) можно пере-

писать в виде









max

исп ун пр Ц ун пр

cV V V c V V    , (7.8)

Из равенства (7.8) находят значение

пр



, выраженное в процен-

тах. Однако нужно помнить, что регулирование солевого баланса сис-

темы оборотного водоснабжения путем непрерывной продувки эффек-

тивно лишь в случае, когда

c «

max

c . Во всех остальных ситуациях

применяют способы снижения жесткости воды путем реагентной обра-

ботки, табл. 7.4.

Таблица 7.4

Способы реагентного умягчения технической воды

Способ Применяемый реагент

Известковый СаО или Са(ОН)

Едконатриевый NaОН

Известково-содовый СаО+Na

СО

Содово-едконатриевый Na

СО

+NaОН

Известково-едконатриевый СаО+NaОН

Фосфатный Na

РО

Бариевый ВаСО

или Ва(ОН)

Наряду с выпадением солей жесткости в системах оборотного во-

доснабжения могут откладываться продукты кислородной коррозии,

механические взвеси, биологические организмы, содержащиеся в при-

родной воде. Для борьбы с биологическим обрастанием применяют об-

работку циркуляционной воды хлором. Хлорирование ведется периоди-

чески по 30 мин с интервалами в 3...12 ч дозами 1,5...7,5 мг/л (в зависи-

мости от качества воды). При обрастании системы водорослями воду

обрабатывают медным купоросом 2...3 раза в месяц по 1...2 ч дозами

4...6 мг/л. При бактериальном обрастании наряду с обработкой медным

купоросом делают хлорирование воды дозами 2 мг/л при продолжи-

тельности хлорирования 30...40мин.

8 Обработка воды в системах производственного

водоснабжения

8.1 Основные физико-химические и бактериологические свой-

ства воды. Требования, предъявляемые к качеству водопроводной

воды

Качество воды определяется присутствием в ней различных ве-

ществ неорганического и органического происхождения, а также мик-

роорганизмов. Эти примеси содержатся во взвешенном состоянии. Раз-

личают грубодисперсную взвесь, коллоидное состояние и раствор. Тре-

бования, предъявляемые к качеству водопроводной воды, зависят от на-

значения системы водоснабжения.

К основным показателям качества воды относятся:

 физические свойства воды (температура);

 органолептические показатели (цвет, запах, вкус, мутность);

 химический состав воды (наличие химических элементов и со-

единений в воде);

 бактериальная чистота воды.

Мутность определяется наличием взвешенных частиц в воде. Со-

держание взвешенных веществ в системах производственного водо-

снабжения регламентируется требованиями производственных техноло-

гий. Мутность для водопроводной воды определяется по кресту, либо

по шрифту. Шрифт должен читаться на глубине 30 см.

Важными показателями качества воды является запах, вкус, а так-

же ее

цветность (желто-зеленый оттенок природных источников или

приобретенный в промышленной технологии при контакте воды с тех-

нологическим сырьем или конечным продуктом). Цветность, запах и

вкус водопроводной воды определяется путем сравнения с эталоном.

Еще одним важным показателем качества воды является ее темпе-

ратура. В течение года температура воды поверхностных источников

изменяется

от близкой к нулю до 25...30 °С. Подземные воды (в особен-

ности артезианские) имеют практически постоянную температуру

8...12 °С. Температура воды в системе оборотного водоснабжения имеет

исключительно важное значение, так как влияет на ее расход и опреде-

ляет содержание растворимых газов. Для хозяйственно-питьевых целей

используется вода, температура которой составляет 7...12 °С.

Жесткость

воды определяется содержанием в ней солей кальция и

магния. Различают карбонатную (определяется наличием двууглекис-

лых солей кальция и магния) и некарбонатную воду (содержит сульфи-

ты, хлориды, нитриты этих элементов). Суммарная (общая) жесткость

складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоян-

ной) жесткостей. В системе хозяйственно-питьевого водоснабжения

общая жесткость регламентируется ГОСТ 2874-82 и

не должна превы-

шать 7мг

 экв/л. По согласованию с органами санитарно-

эпидемиологической службы общая жесткость должна составлять не

более 10 мг

 экв/л.

В воде природных источников присутствуют растворимые газы

(О

, СО

и H

S), которые, выделяясь в промышленных технологиях, на-

носят ощутимый вред, снижая качество конечного продукта и воздейст-

вуя на элементы технологического оборудования. Поэтому содержание

в воде растворенных газов является одним из показателей ее качества.

Согласно ГОСТ 2874–82, в воде, подаваемой в хозяйственно-

питьевой водопровод, допустимое содержание железа не превышает

0,3 мг/л. В техническом

водопроводе, где вода используется для про-

мывки, указанное содержание железа оказывается недопустимым, так

как его присутствие портит целевой продукт, переводя его в брак (тек-

стильная, бумажная и другие отрасли).

Бактериологическая загрязненность воды в непищевых промыш-

ленных технологиях не препятствует ее использованию. Что же касает-

ся хозяйственно-питьевого водопровода, то, согласно ГОСТ 2874–82,

питьевая вода не должна содержать более 100 бактерий в 1 мл. Особую

важность для санитарной

оценки имеет определение наличия в воде

бактерий группы кишечной палочки. Присутствие кишечной палочки

свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками. Согласно

требованиям стандарта, в воде, подаваемой в хозяйственно-питьевой

водопровод, может содержаться не более 3-х кишечных палочек на 1 л.

8.2 Подготовка и обеззараживание водопроводной воды

Для придания водопроводной воде требуемой прозрачности

необ-

ходимо удаление взвешенных частиц, которое осуществляется следую-

щими способами:

 отстаиванием;

 осветлением при помощи коагуляции;

 фильтрацией.

Извлечение из водопроводной воды токсичных элементов произ-

водится химическими (цементация меди, реагентный и др.) или физико-

химическим (экстракция, флотация и др.) методами.

Отстаивание осуществляется в специальных устройствах – отстой-

никах, которые бывают:

А) Горизонтальные (рис. 8.1, а). Они экономически оправданы при

общей производительности станции более 30000 м

/сут. Конструкция

данных отстойников должна обеспечивать равномерное распределение

воды по сечению, а потому содержит устройства для рассредоточения

воды на входе и выходе из отстойника. Недостаток горизонтальных от-

стойников заключается в больших площадях, занимаемых им.

Б) Вертикальные (рис. 8.1, б). Этот вид отстойников требует боль-

шой глубины. В процессе эксплуатации шлам из

нижней части отстой-

ника периодически удаляется насосом либо другим устройством. Вер-

тикальные отстойники сооружаются в случае удовлетворительного ка-

чества грунта.

В) Радиальные (рис. 8.1, в). Этот вид отстойников позволяет более

эффективно использовать площадь и объем. По характеру движения во-

ды ближе к горизонтальным. Особенность расчета радиальных отстой-

ников заключается в изменении

скорости движения воды от максималь-

ной (в центре) до минимальной (у периферии). Таким образом, в центре

в радиальных отстойниках оседают частицы большей крупности. Пре-

имущества этого вида отстойников заключается в меньших размерах

конструкции, а также в возможности организации непрерывного удале-

ния осадка при значительном его количестве.

Рис. 8.1. Виды конструкций отстойников:

а) горизонтальный, б) вертикальный, в) радиальный

Отстаивание воды является естественным процессом, при котором

взвешенные в воде частицы с плотностью, превышающей плотность во-

ды, осаждаются под действием силы тяжести.

В случае, когда плотность взвешенных в воде частиц равна плотно-

сти воды, то отстаивание невозможно. Для обеспечения отстаивания в

данном случае проводят коагуляцию с использованием осветлителей

различных типов (рис

. 8.2). Коагуляция является физико-химическим

процессом слипания коллоидных частиц и образования грубодисперс-

ных хлопьев, выпадающих в осадок и удаляемых из воды осаждением

их в осветлителях или фильтрованием в осветлительных фильтрах. Реа-

генты, применяемые для коагулирования, называют коагулянтами, а

химические агенты, вызывающие коагуляцию коллоидных примесей

воды, – коагуляторами.

В качестве реагентов-коагулянтов для

коагуляции используются

водные соединения сернокислого алюминия Al

(SO

)

, сернокислого

железа FeSO

, хлорного железа FeCl

и сернокислого оксидного железа

(SO

)

Рис. 8.2 Осветлитель с поддонным осадкоуплотнителем

Фильтрация осуществляется за счет пропуска воды через слой по-

ристого природного или искусственного материала. Чем выше диаметр

частиц загрузки фильтра, тем выше эффект фильтрования. Различают

следующие типы фильтров:

По давлению фильтры классифицируются на открытые и

напорные (закрытые).

По фракционному составу – насыпные и намывные.

По количеству слоев – однослойные и многослойные.

По числу работающих камер – однокамерные и многокамер-

ные.

По способу фильтрования – однопоточные и двухпоточные.

Рис. 8.3 Принципиальные схемы фильтров: а) напорный, б) открытый,

в)горизонтальный напорный, г) двухслойный, д) многопоточный

Отставание, осветление и фильтрование значительно уменьшает

количество находящихся в воде микроорганизмов, но не дает полного

обеззараживания.

Обеззараживание водопроводной воды производится для удаления

из нее патогенных бактерий. Водопроводная вода проходит двукратное

обеззараживание: перед очистными сооружениями и обеззараживание

уже очищенной воды.

Существует несколько способов обеззараживания воды:

Воздействие на бактериальные клетки сильными окислителями.

Ультрафиолетовое бактерицидное облучение.

Ультразвуковое обеззараживание.

Термообработка (только в индивидуальных системах).

Воздействие металлов.

Обеззараживание воды сильными окислителями наиболее распро-

странено и проводится путем хлорирования или озонирования.

Хлорирование осуществляется в основном жидким хлором (иногда

газообразным или хлорной известью).

Cl H O HOCl HCl





HOCl – хлорноватистая кислота, которая сразу разлагается

HOCl O HCl

Полученный в результате реакции аморфный кислород является

сильным окислителем, который убивает микробы.

Количество активного хлора, необходимого для обеззараживания

воды, определяется не по количеству болезнетворных бактерий, а по

всему количеству микроорганизмов, органических и неорганических

веществ, способных окисляться. Назначение дозы хлора является очень

важным, т. к. его недостаток может привести к неполному

обеззаражи-

ванию воды, а избыток хлора – к ухудшению вкусовых качеств воды.

Показателем полного обеззараживания воды является наличие в

воде остаточного хлора, содержание которого по ГОСТу не должно

превышать 0,3–0,5 мг/л. Для определения общего количества вводимого

хлора проводят пробное хлорирование.

Использование хлорной извести допускается только на станции

малой производительности до 300 м

/сут. Активная известь содержит

25–30 % активного хлора, поэтому из нее сначала готовят раствор хлор-

ной извести в специальных камерах, а потом полученное известковое

молоко из баков через дозаторы вводят в дезинфицируемую воду.

Озонирование воды. Озон обладает высокой окислительной спо-

собностью, но он быстро разлагается и не обладает консервирующими

свойствами. Поэтому

применение озона рассматривается в каждом

конкретном случае с учетом протяженности и состояния водопроводной

сети, режима водопотребления и качества воды в источнике. Доза озона

устанавливается пробным озонированием в каждом конкретном случае.

Озонирование дороже, чем хлорирование, но вода при этом обла-

дает отличными вкусовыми качествами. Озон, как и хлор, токсичен, его

предельное содержание в воздухе составляет 0,00001 мг/л

, что требует

дополнительных затрат на вентиляцию станции озонирования.

Ультрафиолетовое обеззараживание осуществляется на специ-

альных установках, в которых вода тонким слоем обтекает источники

бактерицидного излучения (ртутно-кварцевые или аргано-ртутные лам-

пы). Вода, подвергаемая ультрафиолетовому излучению, должна обла-

дать максимальной проницаемостью, т. е. должна быть очень прозрач-

ной. Ультрафиолетовое обеззараживание имеет

ряд плюсов по сравне-

нию с хлорированием: простота эксплуатации; нет необходимости вве-

дения реагентов; не происходит ухудшение вкусовых качеств воды. Не-

достатками такого метода является невозможность использования его

для мутной, с повышенной цветностью воды и отсутствие надежных

способов контроля над эффектом обеззараживания.

Ультразвуковое обеззараживание находится на стадии исследова-

ния и показывает

очень высокий уровень обеззараживания, но пока не

имеет широкого применения.

8.3 Основные функции очистных сооружений подпиточной и

оборотной воды

Функции, выполняемые очистными сооружениями, сводятся к сле-

дующему: устранению нерастворимых примесей и цветности воды;

удалению из воды катионов кальция и магния (умягчение воды) и унич-

тожению болезнетворных бактерий (обеззараживание воды). В отдель-

ных случаях очистные сооружения стабилизируют воду. Эта операция

обработки диктуется требованиями промышленных потребителей и ус-

ловиями эксплуатации системы водоснабжения

Часть операций по обработке воды может быть отнесена к процес-

сам собственно очистки воды: устранению мутности и цветности, уда-

лению планктона, бактерий и избыточного количества растворимых со-

лей. Но такие операции, как стабилизация воды, поддержание требуе-

мого значения щелочности воды рН, в отдельных технологиях уже не

относятся к процессам очистки

воды, а выполняются непосредственно в

самих технологиях, возвращающих воду в систему оборотного водо-

снабжения завода лишь для указанной выше дообработки.