Система оборотного водопостачання установок вакуумування сталі

Об’єкт, що заявляється, відноситься до області водопостачання теплообмінних систем та може бути використаний у металургії при водопостачанні і охолодженні технологічного обладнання установок вакуумування сталі. Найбільш близьким за сукупністю ознак до об’єкта, що заявляється, є обрана як прототип система оборотного водопостачання установок вакуумування сталі, що містить відстійник, систему відведення відпрацьованої нагрітої води від вакууматора установки вакуумування сталі у відстійник і систему підведення очищеної води на вакууматор [Указания и нормы технологического проектирования и технико-экономические показатели энергетического хозяйства предприятий черной металлургии. Металлургические заводы. Очистные сооружения и защита водоемов. - М.: 1981. - Т №14. - С.44]. У системі оборотного водопостачання установок вакуумування сталі, що заявляється, і прототипі збігаються наступні суттєві ознаки. Системи містять відстійник, систему відведення відпрацьованої нагрітої води від вакууматора установки вакуумування сталі у відстійник і систему підведення очищеної води на вакууматор. Аналіз технічних властивостей прототипу, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного технічного результату при використанні прототипу для забезпечення оборотного водопостачання установок вакуумування сталі перешкоджають наступні причини. Технологічний процес вакуумування сталі циклічний: протягом години роботи установки вакуумування сталі, що здійснює відкачування з розплаву шкідливих газів, становить близько 20 хвилин. При цьому робоче середовище вакууматора установки вакуумування сталі насичується шкідливими газами і значною кількістю твердих завислих частинок розміром, в основному, меншим 1мкм. Розрахункова інтенсивність витрат води для забезпечення працездатності одного вакууматора досить велика і становить 700-2200м3/год. Від вакууматора в систему оборотного водопостачання для охолодження і просвітлення у відстійнику відводиться вода, нагріта до 50°С. Відпрацьована вода від вакууматорів характеризується наявністю в ній дуже високодисперсних твердих завислих частинок, що ускладнює просвітлення її у спорудах відстійного типу. У відстояній воді, що знову подається на вакууматор, кількість твердих завислих речовин розміром меншим 1мкм перебуває в межах до 100мг/л, що негативно впливає на роботу вакууматора і знижує ефективність вакуумування сталі. В основу об’єкта, що заявляється, поставлене завдання створити таку систему оборотного водопостачання установок вакуумування сталі, в якій удосконалення шляхом введення нових елементів дозволило б при використанні системи забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні ефективності вакуумування сталі. Система оборотного водопостачання установок вакуумування сталі, що заявляється, містить відстійник, систему відведення відпрацьованої нагрітої води від вакууматора установки вакуумування сталі у відстійник та систему підведення очищеної води на вакууматор. Система оборотного водопостачання обладнана фільтрувальною станцією та градирнею, системою подачі відстояної води під напором на фільтрувальну станцію, системою подачі фільтрату з фільтрувальної станції на градирню, яка підключена до системи підведення очищеної води на вакууматор. При цьому фільтрувальна станція сформована з напірних фільтрів з зернистим фільтруючим завантаженням, діаметр зернин якого зменшується зверху вниз по напрямку потоку води, що фільтрується, і обладнана системою незалежної подачі стисненого повітря у фільтруюче завантаження знизу нагору для барботування зернистого фільтруючого матеріалу на першій стадії очищення фільтрів і системою незалежної подачі води під тиском для вимивання відфільтрованих твердих частинок на другій стадії очищення фільтрів та формування зернистого фільтруючого завантаження, діаметр зернин якого зменшується зверху вниз по напрямку потоку води, що фільтрується. В окремих випадках реалізації система оборотного водопостачання установок вакуумування сталі, що заявляється, характеризується тим, що як зернисте фільтруюче завантаження в напірних фільтрах фільтрувальної станції використане двошарове завантаження з антрациту з діаметром зернин, переважно, 2,55,0мм і кварцового піску з діаметром зернин, переважно, 1,0-1,8мм. При використанні системи оборотного водопостачання установок вакуумування сталі, що заявляється, забезпечується досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні ефективності вакуумування сталі. Між сукупністю суттєвих ознак системи оборотного водопостачання установок вакуумування сталі, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, є наступний причинно-наслідковий зв’язок. Фільтрування відстояної води перед підведенням її на вакууматор з використанням фільтрувальної станції, яку формують з напірних фільтрів з зернистим фільтруючим завантаженням, діаметр зернин якої зменшується зверху вниз по напрямку потоку води, що фільтрують, забезпечує фільтрування на підвищених швидкостях через шар завантаження відносно великої висоти при спрямуванні потоку води, яку фільтрують, від крупних зернин завантаження до дрібних зернин. Це запобігає утворенню поверхневого шару осаду з великим опором і сприяє підвищенню затримуючої здатності завантаження при фільтруванні води з дуже дрібними завислими частинками, розміром меншим 1мкм. Формування фільтрувальної станції з окремих напірних фільтрів дозволяє після досягнення в процесі фільтрації заданої тривалості циклу фільтрування по черзі переводити фільтри в режим очищення при забезпеченні сталості заданої продуктивності фільтрувальної станції в оборотному водопостачанні установок вакуумування сталі. Система незалежної подачі стисненого повітря забезпечує подачу на першому етапі режиму очищення фільтрів стисненого повітря у фільтруюче завантаження знизу нагору для барботування зернистого фільтруючого матеріалу, що сприяє відділенню зернин фільтруючого завантаження від конгломератів, утворених цими зернинами і осаджених на них дуже дрібних завислих частинок, а також попередньому відділенню осаджених дрібних частинок від зернин завантаження. Система незалежної подачі води під тиском забезпечує наступну подачу води під тиском на другому етапі режиму очищення, що забезпечує вимивання відфільтрованих дрібних твердих частинок та ефективне очищення зернистого фільтруючого матеріалу саме від високодисперсних твердих частинок. При цьому, завислі у водному середовищі зернини фільтруючого матеріалу через різну щільність і різну площу поперечного перерізу розподіляються по висоті завантаження з послідовним зменшенням їхнього діаметра зверху вниз. Після припинення подачі промивної води зернини фільтруючого матеріалу осаджуються з утворенням зернистого фільтруючого завантаження, діаметр зернин якого послідовно зменшується зверху вниз по напрямку потоку води, що фільтрують. Це запобігає утворенню поверхневого шару осаду з великим опором і сприяє підвищенню затримуючої здатності завантаження при фільтруванні води з дуже дрібними частинками, розміром меншим 1мкм. Подача отриманого з фільтрувальної станції фільтрату на охолодження в градирню забезпечується заданим робочим тиском на вході фільтрувальної станції та сприяє подальшому охолодженню фільтрату і його дегазації перед подачею на вакууматор. Завдяки вищезазначеному, якість води, що знову подається в оборотне водопостачання установок вакуумування сталі, буде наближена до якості вихідної води і кількість твердих речовин у ній розміром меншим 1мкм буде значно зменшена, що дозволить підвищити ефективність вакуумування сталі. Зазначений кращий робочий діапазон діаметрів зернин антрациту і кварцового піску у двошаровому завантаженні визначений експериментально та сприяє подальшому підвищенню затримуючої здатності фільтруючого завантаження при фільтруванні води з дуже дрібними завислими частинками, розміром меншим 1мкм, на підвищених швидкостях в оборотному водопостачанні установок вакуумування сталі. Сутність об’єкта, що заявляється, пояснюється графічним матеріалом, на якому представлена блок-схема системи оборотного водопостачання установок вакуумування сталі. На блок-схемі проставлені наступні позначення: 1 - установка вакуумування сталі; 2 - система відведення відпрацьованої нагрітої води від вакууматора установки вакуумування сталі у відстійник; 3 - відстійник; 4 - система подачі відстояної води під напором на фільтрувальну станцію; 5 - фільтрувальна станція; 6 - система подачі фільтрату з фільтрувальної станції на градирню; 7 - градирня; 8 - система підведення очищеної води на вакууматор; 9 - система незалежної подачі стисненого повітря для очищення фільтрів; 10 - система незалежної подачі води під тиском для очищення фільтрів. У конкретному прикладі виконання система оборотного водопостачання установки вакуумування сталі 1 містить систему 2 відведення відпрацьованої нагрітої води від вакууматора установки вакуумування сталі у відстійник, відстійник 3, систему 4 подачі відстояної води під напором на фільтрувальну станцію, фільтрувальну станцію 5, систему 6 подачі фільтрату з фільтрувальної станції на градирню, градирню 7 і систему 8 підведення очищеної води на вакууматор. Фільтрувальна станція 5 обладнана системою 9 незалежної подачі стисненого повітря для очищення фільтрів і системою 10 незалежної подачі води під тиском для очищення фільтрів. Система 2 відведення відпрацьованої нагрітої води від вакууматора установки вакуумування сталі у відстійник містить самопливні трубопроводи, по яким забруднена гаряча вода надходить у резервуар, і насоси з трубопроводами, по яким вода перекачується в радіальний відстійник 3, де відстоюється. Система 4 подачі відстояної води під напором на фільтрувальну станцію містить самопливні трубопроводи, по яким вода збирається в резервуарі просвітленої води, і насоси та трубопроводи з регулюючими пристроями, по яким відстояна вода подається на фільтрувальну станцію. Система 6 подачі фільтрату з фільтрувальної станції на градирню містить насоси для подачі відстояної води під напором на фільтрувальну станцію 5 трубопроводи з регулюючими пристроями, по яким фільтрат подається з фільтрувальної станції 5 на градирню 7. Система 8 підведення очищеної води на вакууматор містить резервуар охолодженої води, насоси і трубопроводи з регулюючими пристроями, по яким очищена та охолоджена вода подається на вакууматор установки вакуумування сталі 1. При цьому фільтрувальна станція 5 сформована з напірних фільтрів з зернистим фільтруючим завантаженням, діаметр зернин якого зменшується зверху вниз по напрямку потоку води, яку фільтрують. Фільтрувальна станція 5 обладнана системою 9 незалежної подачі стисненого повітря для очищення фільтрів, що забезпечує подачу стисненого повітря у фільтруюче завантаження знизу нагору для барботування зернистого фільтруючого матеріалу на першій стадії очищення фільтрів, і системою 10 незалежної подачі води під тиском для очищення фільтрів, що забезпечує вимивання відфільтрованих твердих частинок на другій стадії очищення фільтрів. Система оборотного водопостачання установок вакуумування сталі працює так. Для забезпечення працездатності установок вакуумування сталі 1 на них з використанням напірних насосів подається вихідна охолоджена вода. Гаряча забруднена вода від вакууматора установки вакуумування сталі 1 по трубопроводах системи 2 відведення відпрацьованої нагрітої води від вакууматора установки вакуумування сталі у відстійник надходить у резервуар і перекачується на просвітлення у радіальний відстійник 3. Просвітлена вода після радіального відстійника 3 з використанням системи 4 подачі відстояної води під напором на фільтрувальну станцію відводиться самопливом по трубопроводу, збирається в резервуарі просвітленої води і подається насосами на фільтрувальну станцію 5. Перед підведенням очищеної води знову на вакууматор її фільтрують на напірній фільтрувальній станції 5, яку формують з напірних фільтрів з зернистим фільтруючим завантаженням. У конкретному прикладі для забезпечення розрахункової продуктивності оборотного водопостачання установок вакуумування сталі, наприклад, 2100м3/год, фільтрувальну станцію формують з 10 паралельно змонтованих фільтрів ФН-3000М і ФН-3400М продуктивністю 180 і 230м3/год відповідно. Як фільтруючі матеріали в цих фільтрах при двошаровому завантаженні використовують антрацит з діаметром зернин, переважно, 2,5мм для верхнього шару і кварцовий пісок з діаметром зернин, переважно, 1,8мм для нижнього шару. Висота шарів антрациту й кварцового піску по 1100мм. Діаметр зернин завантаження послідовно зменшується зверху вниз по напрямку потоку води, що фільтрують. Робочий тиск на вході фільтрувальної станції 5 підтримують на рівні 0,40МПа при перепаді тиску в кожному напірному фільтрі 0,05МПа для розрахункової продуктивності. Середня швидкість фільтрування становить 26м/ч. Після досягнення в процесі фільтрації заданої тривалості циклу фільтрування, фільтри по черзі відключають від фільтрувальної станції 5 і переводять у режим очищення з використанням запірних регулюючих пристроїв, установлених на відповідних трубопроводах. При очищенні кожного фільтра спочатку на першому етапі у фільтруюче завантаження знизу нагору протягом 10 хвилин подають стиснене повітря з інтенсивністю 10л/(с·м) на 1м2 робочої площі завантаження для барботування зернистого фільтруючого матеріалу. Потім на другому етапі протягом 10 хвилин подають воду з інтенсивністю 10л/(с·м) на 1м2 робочої площі завантаження для вимивання відфільтрованих твердих частинок. При цьому завислі у водному середовищі зернини фільтруючого матеріалу через різну щільність і різну площу поперечного перерізу розподіляються по висоті завантаження з послідовним зменшенням діаметра зверху вниз. Після припинення подачі промивної води зернини фільтруючого матеріалу осаджуються з утворенням зернистого фільтруючого завантаження, діаметр зернин якого послідовно зменшується зверху вниз по напрямку потоку води, що фільтрують. Очищений фільтр знову підключають до фільтрувальної станції 5, забезпечуючи заданий перепад тиску на фільтрувальній станції 5. Отриманий з фільтрувальної станції 5 фільтрат системою 6 подачі фільтрату з фільтрувальної станції на градирню спочатку подають на охолодження в градирню 7, а потім насосами системи 8 підведення очищеної води на вакууматор повертають на вакууматор установки вакуумування сталі 1. Очищена на фільтрувальній станції 5 вода, яку підводять на вакууматор установки вакуумування сталі, містить усього 40мг/л твердих завислих частинок (замість 100мг/л), що сприяє поліпшенню роботи вакууматора й підвищує ефективність вакуумування сталі.