СИСТЕМА ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ УСТАНОВОК ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ

Заявляемый объект относится к области водоснабжения теплообменных систем и может быть использован в металлургии при водоснабжении и охлаждении технологического оборудования установок вакуумирования стали.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранная в качестве прототипа система оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали, содержащая отстойник, систему отвода отработанной нагретой воды от вакууматора установки вакуумирования стали в отстойник и систему подвода очищенной воды 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 заявляемой системы оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали и прототипа совпадают следующие существенные признаки. Обе системы содержат отстойник, систему отвода отработанной нагретой воды от вакууматора установки вакуумирования стали в отстойник и систему подвода очищенной воды на вакууматор.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа для обеспечения оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали препятствуют следующие
3
причины. Технологический процесс вакуумирования стали цикличный: в течение часа время работы установки вакуумирования стали, осуществляющей извлечение из расплава вредных газов, составляет около 20 минут. При этом рабочая среда вакууматора установки вакуумирования стали насыщается вредными газами и большим количеством твердых взвешенных частиц размером, в основном, менее 1 мкм. Расчетная интенсивность расхода воды для обеспечения работоспособности одного вакууматора достаточно велика и составляет 700-2200 м/час. От вакууматора в систему оборотного водоснабжения для последующего охлаждения и осветления в отстойнике отводится вода, нагретая до 50°С. Отработанная вода от вакууматоров характеризуется наличием в ней очень высокодисперсных твердых взвешенных частиц, что затрудняет осветление ее в сооружениях отстойного типа. В отстоянной воде, которая вновь подается на вакууматор, количество твердых взвешенных веществ размером менее 1 мкм находится в пределах до 100 мг/л, что отрицательно влияет на работу вакууматора и снижает эффективность вакуумирования стали.
В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такую систему оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали, в которой усовершенствование путем введения новых элементов позволило бы при использовании системы обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности вакуумирования стали.
Заявляемая система оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали содержит отстойник, систему отвода отработанной нагретой воды от вакууматора установки вакуумирования стали в отстойник и систему подвода очищенной воды на вакууматор. Отличительной особенностью заявляемой системы оборотного водоснабжения является то, что она снабжена напорной фильтровальной станцией и градирней, системой подачи отстоянной воды под напором на фильтровальную станцию, системой подачи фильтрата с фильтровальной станции на градирню, которая
подключена к системе подвода очищенной воды на вакууматор. При этом фильтровальная станция сформирована из напорных фильтров с зернистой фильтрующей загрузкой, диаметр зерен которой уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды. Фильтровальная станция снабжена системой независимой подачи сжатого воздуха в фильтрующую загрузку снизу вверх для барботирования зернистого фильтрующего материала на первой стадии очистки фильтров и системой независимой подачи воды под давлением для вымывания отфильтрованных твердых частиц на второй стадии очистки фильтров и формирования зернистой фильтрующей загрузки, диаметр зерен которой уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды.
В частных случаях реализации заявляемой системы оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали характеризуется следующими отличительными от прототипа признаками:
- в качестве зернистой фильтрующей загрузки в напорных фильтрах фильтровальной станции использована двухслойная загрузка из антрацита с диаметром зерен, предпочтительно, 2,5-5,0 мм и кварцевого песка с диаметром зерен, предпочтительно, 1,0-1,8 мм.
При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности вакуумирования стали.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь. Фильтрование отстоянной воды перед подводом ее на вакууматор с использованием напорной фильтровальной станции, которую формируют из напорных фильтров с зернистой фильтрующей загрузкой, диаметр зерен которой уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды, обеспечивает фильтрование на повышенных скоростях через слой загрузки относительно большой высоты при направлении потока фильтруемой воды от крупных зерен загрузки к более мелким зернам. Это
предотвращает образование поверхностного слоя осадка с большим сопротивлением и способствует повышению задерживающей способности загрузки при фильтровании воды с очень мелкими взвешенными частицами, размером менее 1 мкм. Формирование фильтровальной станции из отдельных напорных фильтров позволяет после достижения в процессе фильтрации заданной продолжительности цикла фильтрования поочередно переводить фильтры в режим очистки при обеспечении постоянства заданной производительности фильтровальной станции в оборотном водоснабжении установок вакуумирования стали.
Подача на первом этапе режима очистки сжатого воздуху в фильтрующую загрузку снизу вверх для барботирования зернистого фильтрующего материала, способствует отделению зерен фильтрующей загрузки от конгломератов, образованных этими зернами и осажденными на них очень мелкими взвешенными частицами, а также предварительному отделению осажденных мелких частиц от зерен загрузки. Последующая подача воды под давлением на втором этапе режима очистки обеспечивает вымывание отфильтрованных мелких твердых частиц и эффективную очистку зернистого фильтрующего материала именно от высокодисперсных твердых частиц. При этом взвешенные в водной среде зерна фильтрующего материала из-за разной плотности и разной площади поперечного сечения распределяются по высоте загрузки с последовательным уменьшением их диаметра сверху вниз.
После прекращения подачи промывной воды зерна фильтрующего материала самопроизвольно осаждаются с образованием зернистой фильтрующей загрузки, диаметр зерен которой последовательно уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды. Это для очищенного фильтра предотвращает образование поверхностного слоя осадка с большим сопротивлением и способствует повышению задерживающей способности загрузки при фильтровании воды с очень мелкими взвешенными частицами, размером менее 1 мкм. Подача
полученного из фильтровальной станции фильтрата на охлаждение в градирню обеспечивается заданным рабочим давлением на входе фильтровальной станции и способствует дальнейшему охлаждению фильтрата и его дегазации перед подачей на вакууматор. Таким образом качество воды, которая вновь подается в оборотное водоснабжение установок вакуумирования стали, будет приближено к качеству исходной воды и количество твердых взвешенных веществ в ней размером менее 1 мкм будет значительно уменьшено, что позволит повысить эффективность вакуумирования стали.
Указанный рабочий предпочтительный диапазон диаметров зерен антрацита и кварцевого песка в двухслойной загрузке определен экспериментально и способствуют дальнейшему повышению задерживающей способности фильтрующей загрузки при фильтровании воды с очень мелкими взвешенными частицами, размером менее 1 мкм, на повышенных скоростях в оборотном водоснабжении установок вакуумирования стали.
Сущность заявляемого объекта поясняется графическим материалом, на котором представлена блок-схема системы оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали.
На блок-схеме проставлены следующие обозначения:
1 - установка вакуумирования стали;
2 - система отвода отработанной нагретой воды от вакууматора установки вакуумирования стали в отстойник;
3 - отстойник;
4 - система подачи отстоянной воды под напором на фильтровальную станцию;
5 - фильтровальная станция;
6 - система подачи фильтрата с фильтровальной станции на градирню;
7 - градирня;
8 - система подвода очищенной воды на вакууматор;
9 - система независимой подачи сжатого воздуха для очистки фильтров;
10 - система независимой подачи воды под давлением для очистки фильтров.
В конкретном примере выполнения система оборотного водоснабжения установки вакуумирования стали 1 содержит систему 2 отвода отработанной нагретой воды от вакууматора установки вакуумирования стали 1 в отстойник, отстойник 3, систему 4 подачи отстоянной воды под напором на фильтровальную станцию, фильтровальную станцию 5, систему подачи фильтрата с фильтровальной станции 5 на градирню 6, градирню 7 и систему 8 подвода очищенной воды на вакууматор установки вакуумирования стали 1. Фильтровальная станция 5 снабжена системой 9 независимой подачи сжатого воздуха для очистки фильтров и системой 10 независимой подачи воды под давлением для очистки фильтров. Система 2 отвода отработанной нагретой воды от вакууматора установки вакуумирования стали 1 в отстойник 3 содержит самотечные трубопроводы, по которым загрязненная горячая вода поступает в резервуар, и насосы с трубопроводами, по которым она перекачивается в радиальный отстойник 3 на осветление. Система 4 подачи отстоянной воды под напором на фильтровальную станцию 5 содержит самотечные трубопроводы, по которым осветленная вода собирается в резервуаре осветленной воды, насосы и трубопроводы с регулирующими устройствами, по которым отстоянная вода подается на фильтровальную станцию. Система 6 подачи фильтрата с фильтровальной станции 5 на градирню 7 содержит насосы для подачи отстоянной воды под напором на фильтровальную станцию 5 и трубопроводы с регулирующими устройствами, по которым фильтрат подается с фильтровальной станции 5 на градирню 7. Система 8 подвода очищенной воды на вакууматор содержит резервуар охлажденной воды, насосы и трубопроводы с регулирующими устройствами, по которым очищенная и охлажденная вода подается на вакууматор установки
вакуумирования стали 1. При этом фильтровальная станции 5 сформирована из напорных фильтров (на чертеже не показаны) с зернистой фильтрующей загрузкой, диаметр зерен которой уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды. Фильтровальная станция 5 снабжена системой 9 независимой подачи сжатого воздуха для очистки фильтров, обеспечивающей подачу сжатого воздуха в фильтрующую загрузку снизу вверх для барботирования зернистого фильтрующего материала на первой стадии очистки фильтров и системой 10 независимой подачи воды под давлением для очистки фильтров, обеспечивающей вымывание отфильтрованных твердых частиц на второй стадии очистки фильтров.
Система оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали работает следующим образом. Для обеспечения работоспособности установок вакуумирования стали на них с использованием напорных насосов подается исходная охлажденная вода. Горячая загрязненная вода от вакууматора установки вакуумирования стали 1 по трубопроводам системы 2 отвода отработанной нагретой воды от вакууматора поступает в резервуар и перекачивается на осветление в радиальный отстойник 3. Осветленная вода после радиального отстойника 3 с использованием системы 4 отводится самотеком по трубопроводу, собирается в резервуаре осветленной воды и подается насосами на фильтровальную станцию 5. Перед подводом очищенной воды снова на вакууматор ее фильтруют на напорной фильтровальной станции 5, которую формируют из напорных фильтров (на чертеже не показаны) с зернистой фильтрующей загрузкой.
3
3
В конкретном примере для обеспечения расчетной производительности оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали 1, например, 2100 м/час фильтровальную станцию формируют из 10 параллельно смонтированных фильтров ФН-3000М и ФН-3400М производительностью 180 и 230 м/час соответственно. В качестве фильтрующих материалов в этих фильтрах при двухслойной загрузке используют антрацит с диаметром зерен, предпочтительно, 2,5 мм для верхнего слоя и кварцевый песок с диаметром
зерен, предпочтительно, 1,8 мм для нижнего слоя. Высота слоев антрацита и кварцевого песка по 1100 мм. Диаметр зерен загрузки последовательно уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды. Рабочее давление на входе фильтровальной станции поддерживают на уровне 0,40 МПа при перепаде давления в каждом напорном фильтре 0,05 МПа для расчетной производительности. Средняя скорость фильтрования составляет 26 м/ч. После достижения в процессе фильтрации заданной продолжительности цикла фильтрования фильтры поочередно отключают от фильтровальной станции 5 и переводят в режим очистки с использованием запорных регулирующих устройств, установленных на соответствующих трубопроводах.
2
2
2
2
При очистке каждого фильтра вначале на первом этапе в фильтрующую загрузку снизу вверх в течение 10 минут подают сжатый воздух с интенсивностью 10 л/(с·м) на 1 м рабочей площади загрузки для барботирования зернистого фильтрующего материала. Затем на втором этапе в течение 10 минут подают воду с интенсивностью 10 л/(с·м) на 1 м рабочей площади загрузки для вымывания отфильтрованных твердых частиц. При этом взвешенные в водной среде зерна фильтрующего материала из-за разной плотности и разной площади поперечного сечения распределяются по высоте загрузки с последовательным уменьшением их диаметра сверху вниз. После прекращения подачи промывной воды зерна фильтрующего материала самопроизвольно осаждаются с образованием зернистой фильтрующей загрузки, диаметр зерен которой последовательно уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды. Очищенный фильтр снова подключают к фильтровальной станции 5, обеспечивая заданный перепад давления на фильтровальной станции 5.
Полученный из фильтровальной станции фильтрат системой 6 вначале подают на охлаждение в градирню 7 и затем насосами системы 8 подвода очищенной воды на вакууматор возвращают на вакууматор установки вакуумирования стали 1. Очищенная на фильтровальной станции вода,
которая подводится на вакууматор установки вакуумирования стали, содержит всего 40 мг/л твердых взвешенных частиц (вместо 100 мг/л), что способствует улучшению работы вакууматора и повышает эффективность вакуумирования стали.