Спосіб безстічного водопостачання ливарно-прокатного комплексу

Реферат: Спосіб безстічного водопостачання ливарно-прокатного комплексу включає забір вихідної води, її очищення в блоці підготовки підживлювальної води та подачу підживлювальної води в щонайменше один оборотний цикл водопостачання ливарно-прокатного комплексу. При очищенні в блоці підготовки підживлювальної води додатково проводять зворотноосмотичне знесолення води, а частину води з щонайменше одного оборотного циклу водопостачання відбирають та повертають на очищення в блок підготовки підживлювальної води, причому витрату води, що відбирається, визначають з системи n рівнянь. UA 89717 U (12) UA 89717 U UA 89717 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до галузі водопідготовки і водопостачання та може бути використаний при створенні безстічних систем оборотного водопостачання в енергетиці, металургійній, машинобудівній, хімічній та інших галузях промисловості. Найбільш близьким аналогом за сукупністю ознак вибраний спосіб безстічного водопостачання, що включає забір вихідної води, її очищення в блоці підготовки підживлювальної води та подачу підживлювальної води в щонайменше один оборотний цикл водопостачання ливарно-прокатного комплексу (Кривоносов А.И., Базюченко С.П., Цуканов В.Φ., Носаль М.А. АСУ ТП водоподготовки и водоснабжения комплекса MHЛЗ и сортового прокатного стана // Экология и промышленность. - 2011. - 4. – С. 47-53, рис. 1, 2). У корисної моделі, що заявляється, і корисної моделі співпадають такі суттєві ознаки. Обидва способи включають забір вихідної води, її очищення в блоці підготовки підживлювальної води та подачу підживлювальної води в щонайменше один оборотний цикл водопостачання ливарно-прокатного комплексу. Аналіз технічних властивостей найближчого аналогу, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного технічного результату при використанні найближчого аналогу перешкоджають такі причини. Використання способу за найближчим аналогом характеризується значним зростанням коефіцієнта концентрування, що обумовлюється зростанням концентрації солей у воді оборотного циклу, а це, в свою чергу, призводить до виникнення корозії або щільних сольових відкладень в обладнанні оборотного циклу та в обладнанні ливарно-прокатного комплексу, яке використовує оборотну воду. Крім того, спосіб за найближчим аналогом не дозволяє забезпечити досягнення такого ступеня знесолення, щоб при значних показниках коефіцієнта концентрування забезпечити солевміст у воді оборотного циклу нижче допустимого. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий спосіб безстічного водопостачання ливарно-прокатного комплексу, в якому удосконалення шляхом введення нової послідовності дій та режимів їхнього виконання дозволять при використанні корисної моделі, що заявляється, забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у забезпеченні безстічного водопостачання ливарно-прокатного комплексу при підтриманні необхідної концентрації солей у щонайменше одному оборотному циклі та у зниженні капітальних і експлуатаційних витрат. Поставлена задача вирішується тим, що у способі безстічного водопостачання ливарнопрокатного комплексу, що включає забір вихідної води, її очищення в блоці підготовки підживлювальної води та подачу підживлювальної води в щонайменше один оборотний цикл водопостачання ливарно-прокатного комплексу, згідно з корисною моделлю, що заявляється, при очищенні в блоці підготовки підживлювальної води додатково проводять зворотноосмотичне знесолення води перед її подачею в щонайменше один оборотний цикл водопостачання, при цьому частину води відбирають з щонайменше одного оборотного циклу водопостачання та повертають на очищення і зворотноосмотичне знесолення в блок підготовки підживлювальної води, причому витрату води, що відбирається, визначають з системи n рівнянь: n С0  Q0   Cобі  Qв ді Cобі  i 1 n Q0   Qв ді  1  R   Qв і  Qкі  Qв ді Qkі  Qв ді , (1) i 1 45 50 де n - кількість оборотних циклів, що отримують підживлювальну воду; Cобі - максимально допустима концентрація компонента, що контролюється в і-ому 3 оборотному циклі, мг/дм ; С0 - концентрація компонента, що контролюється у воді, яка надходить на 3 зворотноосмотичне знесолення, мг/дм ; 3 Q0 - витрата води, що надходить на зворотноосмотичне знесолення, м /год.; 3 Qв і - витрата води в i-ому оборотному циклі на випаровування, м /год.; 3 Qкі - витрата води в і-ому оборотному циклі на краплевинесення, м /год.; 3 Qв ді - витрата води, що відбирається з і-го оборотного циклу, м /год.; R - селективність зворотноосмотичного знесолення за компонентом, що контролюється. В окремих випадках реалізації спосіб, що заявляється, може характеризуватися тим, що: 1 UA 89717 U - при подачі підживлювальної води в один оборотний цикл водопостачання, витрату води, що відбирається, визначають за формулою:  B  B2  4  A  D , (2) 2 A Cоб ; де A  С0 Qв д  5 B Cоб  Q0  Qк  Qк  1  R  Qв  1  R  Q0  1  R ; С0 C  D  Q0   об  Qк  Qв  Qк   1  R  .  С0  10 15 20 25 30 35 40 45 50 - при очищенні в блоці підготовки підживлювальної води перед зворотноосмотичним знесолення послідовно проводять просвітлення, попереднє фільтрування та ультрафільтрацію вихідної води; - воду, що відбирається з щонайменше одного оборотного циклу водопостачання, направляють на очищення в блок підготовки підживлювальної води на просвітлення; - воду, що відбирається з щонайменше одного оборотного циклу водопостачання, направляють на очищення в блок підготовки підживлювальної води на попереднє фільтрування; - воду, що відбирається з щонайменше одного оборотного циклу водопостачання, направляють на очищення в блок підготовки підживлювальної води на ультрафільтрацію. При використанні корисної моделі, що заявляється, забезпечується досягнення технічного результату, який полягає у забезпеченні безстічного водопостачання ливарно-прокатного комплексу при підтриманні необхідної концентрації солей у щонайменше одному оборотному циклі та зниженні капітальних і експлуатаційних витрат. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Додаткове проведення зворотноосмотичного знесолення в блоці підготовки підживлювальної води після її попереднього очищення та перед її подачею в щонайменше один оборотний цикл водопостачання, а також відбір і повернення частини води з щонайменше одного оборотного циклу водопостачання на очищення і зворотноосмотичне знесолення в блок підготовки підживлювальної води, витрату якої визначають з системи n рівнянь (1) дозволяє забезпечити безстічне водопостачання ливарно-прокатного комплексу та найбільш ефективне підтримання необхідної концентрації солей в оборотній воді. Знесолення попередньо очищеної суміші вихідної води (з притаманним їй солевмістом) та частини води, що відбирається з щонайменше одного оборотного циклу (з притаманним їй солевмістом), дозволяє без застосування глибокого попереднього її очищення достягти такого ступеня знесолення, щоб при значних показниках коефіцієнта концентрування забезпечувався солевміст у щонайменше одному оборотному циклі нижче допустимого, без використання ще одного додаткового засобу знесолення і, отже, без додаткових капітальних і експлуатаційних витрат. Відбір частини води сприяє зменшенню коефіцієнта концентрування та зниженню концентрації солей у щонайменше одному оборотному циклі, а солі, які містяться у воді, що відбирається, потрапляють на очищення і подальше зворотноосмотичне знесолення, де виводяться в концентрат. Визначення витрати води, що відбирається, шляхом вирішення системи n рівнянь (1) дозволяє заздалегідь визначати витрату води, яку необхідно відбирати з щонайменше одного оборотного циклу для підтримання в ньому необхідної концентрації солей, і тим самим обґрунтовано вибирати устаткування необхідної продуктивності для реалізації способу, що заявляється, під час очищення і зворотноосмотичного знесолення суміші вихідної води і відібраної води в блоці підготовки підживлювальної води без використання додаткового обладнання. Підхід, який заявляється для визначення витрати води, що відбирається, розроблений на основі теоретичних та експериментальних досліджень з урахуванням загальної кількості оборотних циклів, максимально допустимої концентрації компонента, що контролюється у воді кожного з цих оборотних циклів, концентрації компонента, що контролюється у воді, яка надходить на зворотноосмотичне знесолення, витрати води, що надходить на зворотноосмотичне знесолення, витрати води на випаровування та на краплевинесення, витрати води, що відбирається з кожного оборотного циклу, а також з урахуванням балансу солей для кожного оборотного циклу та селективності зворотноосмотичного знесолення. 2 UA 89717 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Крім того, використання способу, що заявляється, за рахунок незначного збільшення продуктивності блока підготовки підживлювальної води дозволяє не використовувати ще один додатковий засіб знесолення підживлювальної води перед її подачею в щонайменше один оборотний цикл, не використовувати додатковий засіб знесолення води в складі щонайменше одного оборотного циклу та не використовувати окремий засіб для знесолення води, що відбирається з щонайменше одного оборотного циклу. Використання формули (2) при реалізації способу, що заявляється, дозволяє найбільш ефективно і просто визначати витрату води, що відводиться на блок підготовки підживлювальної води, під час водопостачання тільки одного оборотного циклу. Здійснення в блоці підготовки підживлювальної води перед додатковим зворотноосмотичним знесоленням послідовно просвітлення (в просвітлювачі), попереднього фільтрування (у пристрої фільтрування) та ультрафільтрації (у пристрої ультрафільтрації) вихідної води, а також спрямування води, що відбирається з щонайменше одного оборотного циклу, на очищення в блок підготовки підживлювальної води в залежності від хімічного складу води і технологічних особливостей на просвітлення, або на попереднє фільтрування, або на ультрафільтрацію дозволяє забезпечити попередню обробку води з метою її просвітлення та видалення механічних домішок для запобігання засміченню мембран при здійсненні звортноосмотичного знесолення, що, в свою чергу, сприяє найбільш ефективному протіканню процесів підготовки підживлювальної води та забезпечує безстічне водопостачання ливарнопрокатного комплексу при підтриманні необхідної концентрації солей в оборотному циклі та зниженні капітальних і експлуатаційних витрат. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється графічним матеріалом, на якому наведена схема блока підготовки підживлювальної води та двох оборотних циклів водопостачання ливарно-прокатного комплексу. На представлених кресленнях використані наступні позначення: 1 - просвітлювач; 2 - сітчастий фільтр; 3 - установка ультрафільтрації; 4 - установка зворотного осмосу; 5 - перший блок установки зворотного осмосу; 6 - другий блок установки зворотного осмосу; 3 7 - оборотний цикли водопостачання продуктивністю 20000 м /год.; 3 8 - оборотний цикли водопостачання продуктивністю 10000 м /год.; 9 - згущувач; 10 - фільтр-прес. Безстічне водопостачання ливарно-прокатного комплексу з використанням способу, що заявляється, здійснюють так. Вихідну воду забирають з річки та направляють на очищення в блок підготовки підживлювальної води, в якому послідовно здійснюють попереднє просвітлення води в просвітлювачі 1, попереднє фільтрування просвітленої води в сітчастому фільтрі 2, остаточне фільтрування попередньо відфільтрованої води в установці зворотного осмосу 4, наприклад, спочатку в першому її блоці 5, а потім у другому її блоці 6. В залежності від хімічного складу води і конкретних технічних умов у просвітлювачі 1 можуть проводити просвітлення і пом'якшення, (або тільки просвітлення, або тільки пом'якшення), при цьому зворотноосмотичне знесолення можуть проводити тільки в одному з блоків установки зворотного осмосу 4 або у двох блоках послідовно. Далі з установки зворотного осмосу 4 підживлювальну воду подають в залежності від заданої витрати в оборотний цикл водопостачання 7 і оборотний цикл водопостачання 8 ливарно-прокатного комплексу. Шлам з просвітлювача 1 відводять на згущувач 9, осад з якого направляють на фільтр-прес 10, після якого кек з деякою кількістю вологи виводять, а злив зі згущувача 9 і фільтрат після фільтр-преса 10 повертають у просвітлювач 1. При цьому в кожному з оборотних циклів 7 і 8 постійно або періодично проводять контроль солевмісту в оборотній воді. Вразі виявлення перевищення вмісту солей проводять відбір частини води та її повернення в просвітлювач 1 на просвітлення та подальше фільтрування, ультрафільтрацію і зворотноосмотичне знесолення разом з вихідною водою з річки. У конкретному прикладі для забезпечення безстічного водопостачання ливарно-прокатного комплексу з використанням способу, що заявляється, здійснювали визначення витрати вихідної води з річки і витрати води, яку необхідно відібрати і повернути на очищення в блок підготовки підживлювальної води для підтримання граничних максимальних концентрацій хлоридів і сульфатів. У таблиці 1 наведені вихідні дані для оборотних циклів 7 і 8. 60 3 UA 89717 U Таблиця 1 Вихідні параметри оборотних циклів водопостачання №п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Од. вимірювання Найменування параметра Витрата води, що надходить на установку зворотного осмосу, Q0 Витрата оборотної води в оборотному циклі Втрати води на випаровування на градирнях, Qв Втративоди на краплевинесення на градирнях, Qк Загальні втрати води, Qзaг Максимально допустима концентрація компонента, що контролюється у воді оборотного циклу, Соб 3 м /год. 20000 300 10000 120 3 2 1 3 м /год. 302 121 3 300 150 500 150 м /год. CO 2  4 Сl Концентрація компонента, що контролюється у вихідній воді, яка надходить на установку зворотного осмосу, C0 мг/дм 3 мг/дм CO 2  4 Сl Сeлeктивність установки зворотного осмосу за компонентом, що контролюється, R мг/дм 3 мг/дм CO 2  4 Сl 10 15 445 3 м /год. 3 м /год. 3 CO 2  4 Сl Коефіцієнт концентрування розчину, 9. Ку=Q заг/ Q к Максимальна концентрація компонента що контролюється у підживлювальній воді, при якій не буде відбуватися перевищення допустимих 10. концентрацій в оборотній воді, Соб/Ку 5 Значення параметрів оборотний оборотний цикл № 1 цикл № 2 650 185 0,96 0,98 151 3 мг/дм 3 мг/дм 121 2,0 1,0 4,13 1,25 При реалізації способу, що заявляється, приймали, що втрати води в оборотних циклах 7 і 8 при відомих традиційних технічних рішеннях обумовлені тільки випаровуванням (1÷2 % від витрати оборотної води) і краплевиненсенням (не більше 0,01 % від витрати оборотної води) на градирнях (на кресленні не показане). З огляду на те, що втрати води в оборотних циклах 7 і 8 повинні постійно поповнюватися, витрата підживлювальної води, що надходить від блоку 3 підготовки підживлювальної води, повинна становити 302+121=423 м /год. При цьому приймали, що вихід пермеата з установки зворотного осмосу 4 становить 95 %, отже, на 3 установку зворотного осмосу 4 необхідно подавати Q 0=423:0,95=445 м /год. води, а на блок підготовки підживлювальної води в цілому необхідно подавати вихідну воду з річки з витратою 3 447 м /год., враховуючи те, що зі зневодненим шламом у просвітлювачі 1 буде втрачено 2 3 м /год. води. Витрати води, які необхідно відбирати з оборотних циклів 7 (Qвд1) і 8 (Qвд2) та які необхідні для підтримання граничних максимальних концентрацій хлоридів і сульфатів, визначали з системи n=2 рівнянь (1). Система рівнянь для визначення Qвд1c і Qвд2c, виходячи з умови підтримання в оборотній воді граничної концентрації сульфатів, мала вигляд: 4 UA 89717 U 650  445  300  Qв д1с  500  Qв д2с 300  2  Qв д1с   1  0,98   300  445  Qв д1с  Qв д2с 2  Qв д1с  .  500  650  445  300  Qв д1с  500  Qв д2с  1  0,98   120  1  Qв д1с  445  Qв д1с  Qв д2с 1  Qв д1с  Система рівнянь для визначення Qвд1x і Qвд2x, виходячи з умови під тримання в оборотній воді граничної концентрації хлоридів, мала вигляд: 5 185  445  150  Qв д1х  150  Qв д2 х 300  2  Qв д1х   1  0,96   150  445  Qв д1х  Qв д2 х 2  Qв д1х  .  150  185  445  150  Qв д1х  150  Qв д2 х  1  0,96   120  1  Qв д1х  445  Qв д1х  Qв д2 х 1  Qв д1х  10 15 20 25 30 35 40 45 50 Після вирішення першої системи рівнянь при контролюванні концентрації сульфатів були 3 3 отримані такі результати: Qвд1c≈11 м /год., Qвд2c≈2 м /год. Після вирішення другої системи рівнянь при контролюванні концентрації хлоридів були 3 3 отримані такі результати: Qвд1x≈13 м /год., Qвд2x≈5 м /год. З отриманих результатів при наявності двох оборотних циклів 7 і 8 та контролюванні солевмісту в оборотній воді за двома компонентами для здійснення відбору води були вибрані 3 3 більші показники Qвд1 і Qed2, тобто Qвд1=13 м /год., Qвд2=5 м /год.; а загальна витрата води, що 3 відбирається з двох оборотних циклів, склала Qвд1+Qвд2=18 м /год. 3 Таким чином, за рахунок здійснення відбору води з оборотного циклу 7 з витратою 13 м /год. 3 і з оборотного циклу 8 з витратою 5м /год. з наступною її подачею з сумарною витратою 18 3 м /год. на просвітлювач 1 забезпечувалась можливість підтримання необхідної концентрації хлоридів і сульфатів (основних солетворних компонентів) у воді оборотних циклів 7 і 8 на рівнях, які не перевищували їхні максимально-допустимі концентрації. Крім того, проведені розрахунки під час реалізації способу, що заявляється, дозволили передбачити збільшення продуктивності просвітлювача 1, сітчастого фільтра 2, установки ультрафільтрації 4 та 3 установки зворотного осмосу 4 на 18 м /ч. Завдяки відбору води з оборотних циклів 7 і 8 забезпечувалось зменшення коефіцієнта концентрування (коефіцієнта упарювання) та знижувалась концентрація сульфатів і хлоридів у воді оборотних циклів, а солі, що містилися у воді, яка відбиралася з оборотних циклів, спрямовували разом з вихідною водою з річки у блок підготовки підживлювальної води, де після зворотноосмотичного знесолення виводились у концентрат. Крім того, додатково проводилось дослідження заходів із забезпечення безстічного водопостачання ливарно-прокатного комплексу при підтриманні граничних максимальних концентрацій хлоридів і сульфатів в оборотних циклах 7і 8 без відведення частини води з них та з використанням установки зворотного осмосу 4 (на кресленні не показане). В цьому випадку 3 3 приймали, що у вихідній воді вміст сульфатів становив 650 мг/дм , хлоридів – 185 мг/дм а селективність установки зворотного осмосу 4 по сульфатам ~ 96 % і хлоридам - 98 % (з табл. 1). Вміст сульфатів у підживлювальній воді, що подавалася в оборотні цикли 7 і 8, складав 26 3 мг/дм , при тому, що максимальні концентрації сульфатів у підживлювальній воді (Сзаг/Ку), при яких не буде відбуватися перевищення їхніх допустимих концентрацій в оборотній воді, повинні 3 3 бути на рівні до 2,0 мг/дм і до 4,13 мг/дм , відповідно, для оборотних циклів 7 і 8. При цьому вміст хлоридів у підживлювальній воді, що подавалася в оборотні цикли 7 і 8, становив 3,7 3 мг/дм , при тому, що максимальні концентрації хлоридів у підживлювальній воді (Сзаг/Ку), при яких не буде відбуватися перевищення їхніх допустимих концентрацій в оборотній воді, повинні 3 3 бути на рівні до 1,0 мг/дм і до 1,25 мг/дм , відповідно, для оборотних циклів 7 і 8. Звідси видно, що одна установка зворотного осмосу 4 не здатна забезпечити необхідного ступеня знесолення води. Для отримання необхідного ступеня знесолення необхідно використовувати додатковий 3 засіб глибокого знесолення на витрату 423 м /год., наприклад, установку деіонізації або додаткову установку зворотного осмосу (на кресленні не показані). Таким чином було встановлено, що при використанні способу, що заявляється, необхідно 3 збільшити продуктивність блоку підготовки підживлювальної води на 18 м /год., а при використанні способу тільки зі зворотноосмотичним знесоленням необхідно передбачити 3 додатковий засіб знесолення води на витрату 423 м /год., що зумовить істотне збільшення капітальних і експлуатаційних витрат, а в обмежених умовах діючого виробництв не дозволить 5 UA 89717 U розмістити це додаткове устаткування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб безстічного водопостачання ливарно-прокатного комплексу, що включає забір вихідної води, її очищення в блоці підготовки підживлювальної води та подачу підживлювальної води в щонайменше один оборотний цикл водопостачання ливарно-прокатного комплексу, який відрізняється тим, що при очищенні в блоці підготовки підживлювальної води додатково проводять зворотноосмотичне знесолення води, а частину води з щонайменше одного оборотного циклу водопостачання відбирають та повертають на очищення в блок підготовки підживлювальної води, причому витрату води, що відбирається, визначають з системи n рівнянь: n С0  Q0   Cобі  Qв ді Cобі  i 1 n  1  R  Qв і  Qкі  Qв ді Q0   Qв ді Qkі  Qв ді , i 1 15 20 де n - кількість оборотних циклів, що отримують підживлювальну воду; Cобі - максимально допустима концентрація компонента, що контролюється в і-ому оборотному 3 циклі, мг/дм ; С0 - концентрація компонента, що контролюється у воді, яка надходить на зворотноосмотичне 3 знесолення, мг/дм ; Q0 - витрата води, що надходить на зворотноосмотичне знесолення, м3/год.; Qв і - витрата води в i-ому оборотному циклі на випаровування, м3/год.; Qкі - витрата води в і-ому оборотному циклі на краплевинесення, м3/год.; 3 Qв ді - витрата води, що відбирається з і-го оборотного циклу, м /год.; 25 R - селективність зворотноосмотичного знесолення за компонентом, що контролюється. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при подачі підживлювальної води в один оборотний цикл водопостачання, витрату води, що відбирається, визначають за формулою:  B  B2  4  A  D , 2A C де A  об ; С0 Qв д  30 B Cоб  Q0  Qк  Qк  1  R  Qв  1  R  Q0  1  R ; С0 C  D  Q0   об  Qк  Qв  Qк   1  R  .  С0  35 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що при очищенні в блоці підготовки підживлювальної води перед зворотноосмотичним знесоленням послідовно проводять просвітлення, попереднє фільтрування та ультрафільтрацію вихідної води, а воду, що відбирають з щонайменше одного оборотного циклу водопостачання, направляють на очищення в блок підготовки підживлювальної води на просвітлення або попереднє фільтрування, або ультрафільтрацію. 6 UA 89717 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7