способ оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали

Формула изобретения

1. Способ оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали, включающий подвод исходной воды на вакууматор установки вакуумирования стали, отвод отработанной нагретой воды от вакууматора в отстойник и подвод очищенной воды в качестве исходной снова на вакууматор, отличающийся тем, что перед подводом очищенной воды на вакууматор ее фильтруют на фильтровальной станции, которую формируют из напорных фильтров с зернистой фильтрующей загрузкой, диаметр зерен материала которой уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды, при этом рабочее давление на входе фильтровальной станции поддерживают на уровне 0,30-0,40 МПа при перепаде давления 0,04-0,12 МПа для расчетной производительности, а после достижения в процессе фильтрации заданной продолжительности цикла фильтрования фильтры поочередно переводят в режим очистки, при котором на первом этапе в зернистую фильтрующую загрузку снизу вверх против направления потока фильтруемой воды подают сжатый воздух для барботирования зернистого фильтрующего материала, затем на втором этапе подают воду для вымывания отфильтрованных твердых частиц, а полученный из фильтровальной станции фильтрат вначале под остаточным напором подают на охлаждение в градирню и затем снова подводят на вакууматор установки вакуумирования стали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве зернистой фильтрующей загрузки в напорных фильтрах фильтровальной станции используют двухслойную загрузку из антрацита с диаметром зерен, предпочтительно, 2,5-5,0 мм и кварцевого песка с диаметром зерен, предпочтительно, 1,0-1,8 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при очистке каждого фильтра фильтровальной станции вначале на первом этапе в фильтрующую загрузку снизу вверх в течение 10-15 мин подают сжатый воздух с интенсивностью 10-14 л/(с·м² ) на 1 м² рабочей площади загрузки, а затем на втором этапе в течение 10-15 мин подают воду с интенсивностью 10-14 л/(с·м²) на 1 м² рабочей площади загрузки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение 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 выбранный в качестве прототипа способ оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали, включающий подвод исходной воды на вакууматор установки вакуумирования стали, отвод нагретой отработанной воды от вакууматора в отстойник и подвод отстоянной очищенной воды в качестве исходной снова 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 заявляемого способа оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали и прототипа совпадают следующие существенные признаки. Оба способа включают подвод исходной воды на вакууматор установки вакуумирования стали, отвод отработанной нагретой воды от вакууматора в отстойник и подвод очищенной воды в качестве исходной снова 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 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 м³/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 такой способ оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали, в котором усовершенствование путем введения новых операций и условий осуществления операций позволило бы при использовании способа обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности вакуумирования стали.

Заявляемый способ оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали включает подвод исходной воды на вакууматор установки вакуумирования стали, отвод отработанной нагретой воды от вакууматора в отстойник и подвод очищенной воды в качестве исходной снова на вакууматор. Перед подводом очищенной воды на вакууматор ее фильтруют на фильтровальной станции, которую формируют из напорных фильтров с зернистой фильтрующей загрузкой, диаметр зерен которой уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды. При этом рабочее давление на входе фильтровальной станции поддерживают на уровне 0,30-0,40 МПа при перепаде давления на фильтровальной станции 0,04-0,12 МПа для расчетной производительности. После достижения в процессе фильтрации заданной продолжительности цикла фильтрования фильтры поочередно переводят в режим очистки, при котором вначале в фильтрующую загрузку снизу вверх против направления потока фильтруемой воды подают сжатый воздух для барботирования зернистого фильтрующего материала, а затем подают воду для вымывания отфильтрованных твердых частиц. Полученный из фильтровальной станции фильтрат вначале подают на охлаждение в градирню и затем снова на вакууматор установки вакуумирования стали.

В частных случаях реализации заявляемый способ характеризуется следующими отличительными от прототипа признаками:

- в качестве зернистой фильтрующей загрузки в напорных фильтрах фильтровальной станции используют двухслойную загрузку из антрацита с диаметром зерен, предпочтительно, 2,5-5,0 мм и кварцевого песка с диаметром зерен, предпочтительно, 1,0-1,8 мм;

- при очистке каждого фильтра фильтровальной станции вначале на первом этапе в фильтрующую загрузку снизу вверх в течение 10-15 минут подают сжатый воздух с интенсивностью 10-14 л/(с·м²) на 1 м² рабочей площади загрузки, а затем на втором этапе в течение 10-15 минут подают воду с интенсивностью 10-14 л/(с·м²) на 1 м ² рабочей площади загрузки.

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 фильтровальной станции, которую формируют из напорных фильтров с зернистой фильтрующей загрузкой, диаметр зерен которой уменьшается сверху вниз по направлению потока фильтруемой воды, а поддержание рабочего давления на входе фильтровальной станции на уровне 0,30-0,40 МПа при перепаде давления на фильтровальной станции 0,04-0,12 МПа для расчетной производительности 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 и заданного перепада давления на фильтровальной станции. Подача на первом этапе режима очистки сжатого воздуха 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 вымывания 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 диапазон давления на входе фильтровальной станции на уровне 0,30-0,40 МПа, диапазон перепада давления на фильтровальной станции 0,04-0,12 МПа для расчетной производительности, предпочтительный диаметр зерен антрацита и кварцевого песка в двухслойной загрузке, продолжительность и интенсивность подачи воздуха и воды на 1 м² рабочей площади загрузки при поэтапной очистке каждого фильтра фильтровальной станции определены 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.

Способ оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали осуществляется следующим образом. Для обеспечения работоспособности установок вакуумирования стали на них подается исходная охлажденная вода. Горячая загрязненная вода от вакууматоров установок вакуумирования по самотечным трубопроводам поступает в резервуар и перекачивается на осветление в радиальный отстойник. Осветленная вода после радиального отстойника отводится самотеком по трубопроводу и собирается в резервуаре осветленной воды. Перед подводом отстоянной воды снова на вакууматор ее фильтруют на фильтровальной станции, которую формируют из напорных фильтров с зернистой фильтрующей загрузкой. В конкретном примере для обеспечения расчетной производительности оборотного водоснабжения установок вакуумирования стали, например 2100 м³/час, фильтровальную станцию формируют из 10 параллельно смонтированных фильтров ФН-3000М и ФН-3400М производительностью 180 и 230 м³/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. Отстоянная вода насосами подается на фильтровальную станцию. Рабочее давление на входе фильтровальной станции поддерживают на уровне 0,40 МПа при перепаде давления на фильтровальной станции 0,05 МПа для расчетной производительности. Средняя скорость фильтрования составляет 26 м/ч. После достижения в процессе фильтрации заданной продолжительности цикла фильтрования фильтры поочередно переводят в режим очистки. 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·м²) на 1 м² рабочей площади загрузки, а затем на втором этапе в течение 10 минут подают воду с интенсивностью 10 л/(с·м ²) на 1 м² рабочей площади загрузки.

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, обеспечивая заданный перепад давления на фильтровальной станции. Полученный из фильтровальной станции фильтрат вначале подают на охлаждение в градирню и затем насосами возвращают на вакууматор установки вакуумирования стали. Очищенная в 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.