Содержание

Введение
1.Актуальность темы
2. Цели и задачи работы
3. Объект исследования
4. Научная новизна роботы
5. Практическая значимость результатов
6. Водоснабжение предприятий черной металлургии

6.1 Доменный цех

6.2 Сталеплавильные цеха

6.3 Прокатные цеха
7. Требования к качеству технической воды и подготовка воды в системах промышленного водоснабжения
8. Бессточные системы водного хазяйства и безотходная технология металлургического производства
Вывод
Перечень ссылок

 

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день металлургические и металлообрабатывающие предприятия явля­ются одними из основных потребителей воды. Суммарное количество воды, расходуемой на 1 т стали, составляет 200 - 220 м3 это в 22 раза выше, чем в странах ЕС. Поэтому в  последние годы на предприятиях черной металлургии в больших масштабах проводятся организационно-технические мероприятия, направленные на рациональное расходование воды и уменьшение сброса сточных вод в водоемы, а также осуществляется строительство очист­ных и других водохозяйственных сооружений с целью предотвраще­ния загрязнения природных вод.

1 АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Актуальность данной темы заключается в возврастающем потреблении водных ресурсов в металлургическом производстве и недостатком ее для условий данного региона.

2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Целью данной работы является анализ потребления воды в металлургических переделах, а также поиск решений по снижению водопотребления.
Основными задачами выделенными в данной работе являются:
- выделение факторов оказывающих влияние на увеличение водопотребления;
- поиск основных источников производственного водоснабжения, с минимальным ущербом для ОС;
- рассмотрение перспектив внедрения маловодной и безводной технологии;
- поиск способов снижения потребления воды в металлургических переделах.

3 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования является водопотребление металлургического производства

4 НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Рассмотрение перспектив внедрения альтернативных источников водоснабжения для металлургических предприятий

5 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результатом работы будет являтся предложеные способы по уменьшению использования воды в металлургии и перспективы внедрения маловодной и безводной технологии

6 ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Металлургические заводы состоят из трех основных цехов: доменного, сталеплавильного, прокатного и многих других вспомогательных цехов.Для экономии воды большинство металлургических предприятий используют оборотное водо­снабжение.

Как правило, система оборотного водоснабжения состоит из отдельных циклов для каждого из цехов и устройств, отличающихся качеством воды и необходимыми напорами ее в сетях (рис.1).

 Общее потребление воды на производственные нужды современного завода с полным металлургическим циклом, включая коксовое и огнеупорное производства, ТЭЦ и вспомогательные цехи, на 1 т выплавляемого чугуна с переделом его в сталь и прокат достигает 220 м3, в том числе от 3 до 5% свежей воды.
Основное количество воды (около 75%) расходуется на металлургическом заводе на охлаждение конструктивных элементов, агрегатов (доменных, сталеплавильных и нагревательных печей) и на конденсацию пара на воздуходувной и электрической станциях. До 22% воды расходуется здесь на охлаждение непосредственно оборудования и продукции (газа и металла), а также на транспортирование механических примесей; при этом вода и нагревается, и загрязняется. Небольшое количество воды (около 3%) расходуется на прочие мелкие нужды.

Для основных цехов металлургического завода необходима бесперебойная подача воды.

6.1 Доменный цех

В доменном цехе родукты производства— чугун и шлак — выпускаются из печей в ковши. Вода при выплавке чугуна расходуется на увлажнение шихты, охлаждение доменных печей и арматуры воздухонагревателей и на мелкие нужды. Кроме того, вода в доменном цехе расходуется на грануляцию шлака, охлаждение чугуна на разливочных машинах и в подбункерных помещениях.

Водоснабжение доменного цеха может быть однозонным или двух-зонным. При однозонном водоснабжении вся охлаждающая вода подается в холодильники доменной печи под одним общим напором, достаточным для ее поступления в наивысшую точку. При двухзонном водоснабжении вода для нижней части печи (распар, заплечики, фурменная зона, горн и лещадь) подается под одним (пониженным) напором, а для верхней части — под другим (повышенным) напором. В последнее время водоснабжение крупных доменных печей устраивают однозонным. Как при однозонном, так и при двухзонном водоснабжении вода подается к доменному цеху по двум самостоятельно работающим водоводам и сетям (параллельным водоводам), как показано на (рис.2).

Водоснабжение доменного цеха - оборотное; отработавшая вода из холодильников печей и арматуры воздухонагревателей сливается в приемные коробки и поступает для охлаждения на градирни или в брызгальный бассейн; охлажденная вода забирается насосами и снова подается в цех. Необходимый напор оборотной воды в сети у доменных печей составляет от 45 до 70 м в зависимости от полезного объема печи.

В настоящее время применяют преимущественно полусухую грануляцию шлака, а у новых доменных печей — мокрую грануляцию в желобах с осветлением оборотной воды в отстойнике. Расход оборотной воды на мокрую грануляцию составляет 8 м3 на 1 т шлака; безвозвратно теряется в обоих случаях около 1 м3 на 1 т шлака.
Общий расход воды при разливе на 1 т чугуна составляет до 4 м3, при этом около 20% воды теряется. Водоснабжение оборотное с очисткой отработавшей воды от кусочков ломаного чугуна и извести в отстойнике. Потери в системе восполняются свежей водой.

6.2 Сталеплавильные цеха

В сталеплавильных цехах производится выплавка стали из чугуна. Выплавка стали может производиться следующими способами: конвертерным, мартеновским и электроплавкой; иногда применяют комбинации этих способов. Выплавленную сталь разливают в изложницы и направляют в прокатные цехи. В настоящее время широкое применение находит непрерывная разливка стали в длинные слитки для последующей прокатки в профили.

В конвертерном цехе вода расходуется на охлаждение воздуходувных и кислородных машин, очистку газа в скрубберах, а также на различные мелкие нужды; очищенный газ выпускается в атмосферу. Общее потребление воды составляет от 15 до 26 м3 на 1 т выплавленной стали, в том числе 4 - 5% свежей воды.

В электросталеплавильном  цехе  выплавляются    высококачественные легированные стали или ферросплавы. Плавка осуществляется в электрических печах, в которых необходимая температура плавильного пространства обеспечивается горением электрических дуг, образующихся между шихтой и электродами.
Вода в электросталеплавильном цехе расходуется на охлаждение зажимов электрододержателей (это необходимо во избежание чрезмерного нагревания зажимов током большой силы, проходящим по электродам, а также выделяющимися в печи горячими газами), на охлаждение электродов в местах их прохода через свод, где охлаждающая вода протекает по трубчатым кольцам, на охлаждение завалочных и выпуск-пых окон, трансформаторного масла и др. Кроме того, вода расходуется на очистку отходящих от плавки газов перед, выбросом их в атмосферу.

В каждом сталеплавильном цехе (конвертерном, электропечном) устраивают два цикла оборотного водоснабжения: цикл незагрязненной охлаждающей воды с градирней и цикл загрязненной воды газоочистки с отстойником и градирней. Ведутся производственные опыты по использованию оборотной воды газоочистки без ее охлаждения.

В сталеплавильных цехах вода подается также в виде душа на охлаждение стали, находящейся в изложницах, установленных на тележках. Расход этой воды учитывается в общем потреблении воды в цехе и составляет 30 - 50 м3/ч, в том числе 10 - 15% свежей воды.

6.3 Прокатные цеха

В прокатных цехах стальные слитки прокатываются в металл самого разнообразного профиля. Технологический процесс прокатки разделяется на два основных цикла: нагрев слитков перед прокаткой в нагревательных печах или нагревательных колодцах и прокатка нагретых слитков.

В прокатном цехе основная масса воды расходуется на охлаждение валков и подшипников во избежание чрезмерного их нагревания при постоянном соприкосновении с раскаленным металлом; валки поливают водой из расположенных над ними дырчатых труб или желобов. Вода, поливаемая на валки, охлаждает их и смывает окалину, осыпающуюся с прокатываемого металла. Сточная вода поступает под клеть в канал. Основную массу окалины от многих крупных станов можно удалять в вагонетках, устанавливаемых под воронками, через которые ссыпается окалина. На большинстве современных станов ссыпающуюся под стан окалину транспортируют водой до цеховых отстойных ям; для транспортирования окалины расходуется вода, используемая последовательно или повторно (иногда после охлаждения печей). Вода расходуется на смыв и транспортирование окалины непрерывно. После цеховых (первичных) отстойников воду дополнительно очищают от мелкой окалины и масла во вторичных отстойниках и затем подают на повторное использование. На некоторых заводах вместо вторичных отстойников стали  применять открытые гидроциклоны.

Вода в прокатном цехе расходуется также на охлаждение масла и воздуха (для крупных электродвигателей) в закрытых трубчатых холодильниках. Желательно, чтобы температура охлаждающей воды была не выше 25° С. В некоторых случаях вода идет еще на увлажнение воздуха, подаваемого в машинное отделение или цех. Для этой цели используют воду, обладающую качествами питьевой воды. Режим расходования воды на прокатных станах и ее количество весьма различны ввиду разнообразия станов, а также ввиду того, что на одном и том же стане могут прокатываться разные сорта и профили металла.

Сточные воды из травильных ванн содержат кислоту и железо и в современных условиях направляются на установку по извлечению из них железного купороса. Стоки от промывки металла после травления поступают на нейтрализацию известью и осветление; сюда же поступает и известковая вода. Нейтрализованные и осветленные сточные воды от промывки металла обычно используются на те же цели с устройством самостоятельного цикла оборотного водоснабжения. Водоснабжение прокатных цехов оборотное, обычно с раздельной (по разным трубам) подачей воды: к нагревательным печам — чистой воды, к прокатным станам — загрязненной воды (рис. 3).

В прокатных цехах основное внимание должно быть обращено на обеспечение бесперебойности поступления воды к нагревательным печам. Вода протекает здесь по подовым или глиссажным трубам, по которым непрерывно передвигаются слитки стали, нагреваемые перед прокаткой. В случае прекращения поступления воды к нагревательным печам через непродолжительное время (как только испарится оставшаяся в трубах вода) глиссажные и подовые трубы сгорают, и продвижение стальных слитков в печи прекращается. В результате нарушается весь цикл прокатки металла, а нагревательные печи требуют ремонта.

Прекращение подачи воды к прокатным станам также недопустимо, хотя оно и не представляет здесь такой опасности, как для нагревательных печей. В случае прекращения поступления воды прокатные станы должны быть остановлены во избежание порчи подшипников и валков; допустимо    лишь    кратковременное    снижение    подачи    воды на 25 - 30%.

 

7 ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЫ И ПОДГОТОВКА ВОДЫ В СИСТЕМАХ ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

 

Проблема защиты окружающей среды является одной из основных и актуальных  проблем  современности.  Основные задачи, стоящие перед специалистами в этом плане, заключаются в том, чтобы в ус­ловиях дальнейшего роста объема производства обеспечить снижение расходов воды и объемов сточных вод, сократить выбросы в водный бассейн, снизить количество образующихся твердых отходов и исклю­чить отрицательное воздействие производственной деятельности металлургического производства на окружающую среду. По экономическим соображениям, требованиям экологии, а также ограниченным запасам воды в природных источниках на промышленных предприятиях рекомендуется сооружать оборотные системы технического водоснабжения, где вода используется многократно.

В зависимости от изменения качества воды в процессе ее использования оборотное водоснабжение подразделяется на:
1. «чистые циклы» - для воды, которая при использовании только нагревается;
2. «грязные циклы»- для воды, которая только загрязняется;
3. «смешанные циклы» - для воды, которая при использовании одновременно и нагревается, и загрязняется.

Для промышленных предприятий 1-й группы техническая вода регламентируется предельной температурой используемой воды. Ее оптимальное значение около 150С.
В системах оборотного водоснабжения карбонатная жесткость воды, используемой как хладоноситель Ca и Mg, не должна превышать  2,8…3,0 мг-экв/л, а допустимая концентрация взвеси принимается в зависимости от скорости движения воды в охлаждающих аппаратах. Эти потребители не допускают повышения содержания механических примесей выше 50…100; сульфатов выше 40; сероводорода выше 0,5; масла выше 1…2; кислорода выше 4…6; сухого остатка выше 1000 (мг/кг) мг/л.
Вода, используемая как среда для отмывания и гидротранспортировки материалов, освобождается только от грубодисперсной смеси. Это относится к потребителям 2-й группы.

Для потребителей 3-й группы вода должна быть химически очищенной и общее содержание солей в ней не должно превышать 100…2000 мг/кг в зависимости от давления вырабатываемого пара. Практически все потребители технической воды не предъявляют особых требований к ее цвету, запаху, привкусу и содержанию бактерий. Проводимая в настоящее время в отрасли работа по подготовке воды в системы водоснабжения имеет направленность на максималь­ное использование воды в оборотных системах и создание замкнутых систем водоснабжения отдельных цехов, производств и, в перспекти­ве, предприятий в целом. На рис.4 представлен один из вариантов водоподготовки.

Одним из основных направлений  водоохранных решений является дальнейшее сокращение расхода свежей технической  воды сточных вод за счет совершенствования технологических  процессов.

Актуальным является повышение степени использования воды из нетрадиционных источников водоснабжения. Вместе с тем наиболее доступными нетрадиционными источниками водоснабжения предприятий черной металлургии могут стать воды поверхностного стока и прошедшие биологическую очистку городские сточные воды.
Использование этих вод для нужд промышленности имеет двоякий эффект. Прежде всего значительно сокращается сброс хозяйственно бытовых сточных вод в водоемы. Это приводит к значительному сокращению необходимого объема разбавляющей воды (10 - 15 кратное)  и   вместе с тем сокращается потребление свежей воды из природньх источников. Для решения этой проблемы необходимо определит технически и экономически целесообразные схемы доочистки воды после станций биологической очистки.

Планомерное  решение поставленных  задач  позволит постоянно улучшать показатели использования водных ресурсов и приближаться к бессточному режиму.

8 БЕССТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА И БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

 

Создание замкнутих бссточных систем водного хозяйства основывается на организации сис­тем оборотного водоснабжения, включающих использование отво­димых с территории предприятия поверхностных вод и очищенных городских сточных вод, локальной обработке сточных вод и реге­нерации отработанных технологических растворов с целью их пов­торного использования в производстве с одновременным извлече­нием и утилизацией ценных компонентов, а также на разработке но­вых технологий, характеризующихся значительным сокращением пот­ребления исходной воды и образования загрязненных стоков, либо полным исключением воды из технологических операций. Создание замкнутых систем оборотного водоснабжения промышленных пред­приятий базируется на коренном изменении существующих принципов организации водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод.

Водное хозяйство предприятия должно рассматриваться как комп­лексная система, включающая водоснабжение и канализацию, причем очистка сточных вод рассматривается как подготовка их для повтор­ного использования. Основой замкнутых систем водного хозяйства являются локальные оборотные циклы водоснабжения, в которых объединяются потребители с одинаковыми требованиями к качеству воды и аналогичными загрязнениями. При этом качество повторно используемой воды определяется на основании научно-обоснованных требований. Локальные оборотные системы объединяются в единый комплекс водного хозяйства с использованием каскадного принципа -  первоначальная подача воды потребителям с повышенными требования­ми к качеству воды, а продувка этих систем служит подпиткой систем с водой более низкого качества.

Основным источником производственного водоснабжения должны являться очищенные производственные и городские, сточные воды, а также поверхностный сток с территории предприятия. Свежая вода из водоисточников должна использоваться только для особых целей и восполнения потерь воды в системах. При очистке сточных вод и регенерации технологических растворов применяемые методы должны обеспечивать одновременное извлечение ценных компонентов с полу­чением товарного продукта или вторичного сырья для дальнейшего использования. При проектировании основной производственной тех­нологии одновременно должно вестись проектирование систем водо­снабжения с учетом научно-обоснованных требований к качеству воды и строгого нормирования водопотребления и водоотведения. Разработ­ка новых технологических процессов, должна при этом характери­зоваться значительным сокращением потребления исходной воды и образования загрязненных стоков, либо полным исключением воды из технологических операций.

Для оборотных систем косвенного охлаждения элементов оборудования, применяемых как в черной металлургии, так и в дру­гих отраслях промышленности, создание беспродувочного режима работы, а также использование для подпитки очищенных сточных вод в первую очередь связано  решением проблемы борьбы с кор­розией трубопроводов и аппаратуры и отложением солей, с конди­ционированием воды.

Для основных металлургических производств - аглодоменного, сталеплавильного и прокатного — наиболее серьезная проблема при создании бессточных замкнутых систем водоснабжения заключается в обессоливании высокоминерализованных сточных вод, образующих­ся при обессоливании котловой воды, продувке энергетических уста­новок, нейтрализации промывных травильных вод и обезжиривающих растворов, а также продувных вод локальных систем оборотного водоснабжения.

Достаточно  эффективны  методы, позволяющие  использовать сточ­ные   воды  одного   производства   в   качестве   подпитки   систем  водо­снабжения других производств.  Особенно это важно для таких сточ­ных вод, как фенольные сточные воды и нейтрализованные кислото-содержащие сточные воды, обезвреживание и повторное использование которых представляет значительные трудности. Использование фенольной сточной воды в виде добавки к подпиточной воде систем оборот­ного водоснабжения  позволяет  существенно снизить скорость корро­зии  металла  теплообменных аппаратов. Это объясняется резким сни­женцем в оборотной воде   концентрации   растворенного   кислорода, который взаимодействует с органическими и легкоокисляющимися неорганическими веществами   (сероводородом, тиосульфатами, циани­дами и т.д.), содержащимися в фенольной воде.

Несмотря на важность рассматриваемых принципов создания замк­нутых бессточных систем водного хозяйства, наиболее радикальным и перспективным является внедрение маловодной и безводной техно­логии. Под этим подразумеваются такие технологические процессы, применение которых позволяет значительно сократить потребление воды, количество сточных вод и степень их загрязненности, либо полностью исключить применение воды и образование сточных вод. Здесь следует выделить два основных направления — совершенство­вание технологии охлаждения и внедрение соответствующих произ­водственных процессов.

В черной металлургии к производственным процессам, полностью исключающим использование воды, в первую очередь следует отнес­ти сухие газоочистки. Для современных электросталеплавильных печей в зарубежной и отечественной практике, как правило, предус­матривают только сухую газоочистку, для кислородных конвертеров применяются преимущественно системы отвода технологических газов как без дожигания, так и с дожиганием и последующей очисткой в аппаратах мокрого типа. Однако при использовании конвертернго газа в качестве топлива применение установок сухой очистки значительно экономичнее.

 

ВЫВОД

 

Рассмотрев каждый металлургический передел и проанализировов их потребность в водопотреблении, можно сделать вывод,что основными направлениями в снижении водоемкости производства могут стать такие мероприятия:
- замена водяного охлаждения печей испарительным;
- в системе очистки доменного газа замена форсуночных скрубберов электрофильтрами;
- работа в режиме без дожигания конвертерных газов;
- внедрение сухого способа охлаждения и очистки дымовых газов;
- замена мартеновских печей конвертерами или ДСП и др.;

Однако в настоящее время в связи с общим ростом объемов потребляемой воды и дефицитом свежей воды особенно характерной для условий Донбасса, необоходимо стремиться к созданию замкнутых систем водоснобжения либо  к переходу к бессточному производству.

 

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

 

1. Андоньев С.М., Жильцов В.М., Левин Г.М. Особенности промышленного водоснабжения – Киев: Стоитель, 1981.– 248 с.
2. Аксенов В.И. Замкнутые системы водного хозяйства металлургических предприятий – М.: Металлургия, 1991. – 126 с.
3. Рациональное использование и защита водных ресурсов в черной металлургии / Г.Н.Красавцев, Ю.И. Ильичев, А.И.Кашуба –М.: Металлургия, 1989. – 285 с.
4. Буторина И.В. Возможные пути решения проблем водопотребления на металлургических предприятиях Украины // Сталь-2005 – № 2 – с. 91-95.
5. Белевцев А.Н., Белевцев М.А., Мирошкина Л.А. Процессы и аппараты очистки воды в металлургии [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/42847

6. Абрамов Н.Н. Водоснабжение предприятий черной металлургии [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-15/144.htm