МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

НАЗАРЕНКО Олексій Миколайович

УДК 628.17

ВПЛИВ СЕЗОННИХ КОЛИВАНЬ ТЕМПЕРАТУРИ ПОВІТРЯ

ТА ЖОРСТКОСТІ ПІДЖИВЛЮЮЧОЇ ВОДИ НА ЕЕКТИВНІСТЬ РОБОТИ СИСТЕМ ОБОРОТНОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ.

05.23.04 - водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата

технічних наук

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькій державній інженерній академії Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент, завідуючий кафедрою

”Промислова теплоенергетика“ Запорізької державної

інженерної академії Міністерства освіти і науки

Крючков Євген Миколайович

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, завідуючий кафедрою “Водопостачання,

водовідведення та очищення вод” Харківської державної академії міського

господарства Міністерства освіти і науки України

Душкін Станіслав Станіславович

кандидат технічних наук, начальник каедри ”Пожежної проілактики

технологічних процесів виробництва“ Академії пожежної безпеки

Міністерства внутрішніх справ України

Андронов Володимир Анатолійович

Провідна установа: Київський Національний університет будівництва і архітектури, кафедра “Водопостачання” Міністерства освіти і науки України м.Київ

Захист відбудеться 16 січня 2002 року об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м.Харків, вул.Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державного технічного університета будівництва та архітектури за адресою: 61002, м.Харків, вул.Сумська, 40.

Автореферат розісланий “_11__” грудня 2001 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради М.І.Колотило

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Найбільш великі підприємства чорної металургії України (комбінати “Запоріжсталь”, Дніпровські ім. Дзержинського, ім. Петровського, завод “Дніпроспецсталь” та інші ) розташовані на Дніпрі, який є джерелом питної води для 80 % населення країни. Історично склалося таке становище, що ці підприємства скидають до Дніпра значну кількість очищених і недостатньо очищених стічних вод і здійснюють відбір з цієї річки відповідної кількості свіжої води. Сказане свідчить за незадовільне екологічне становище Дніпра і надає особливу актуальність переводу металургійних підприємств, які розташовані у басейні цього найбільшого у країні водного обєкта, на замкнене оборотне водопостачання.

Одним з найважливіших питань раціонального використання та охорони водних ресурсів є нормування водоспоживання та водовідведення. В дисертаційній роботі обгрунтовані необхідні витрати оборотної води для охолодження металургійного обладнання, встановлені закономірності і математичні залежності витрат води для підживлення оборотної системи водопостачання в залежності від якості води в джерелі та температури повітря, розраховані витратні норми по водопостачанню та водовідведенню комбінату “Запоріжсталь” та заводу “Дніпроспецсталь”. При цьому гарантуються достатня кількість води для охолодження, мінімальні товщини сольових відкладень 0,01-0,025 мм/рік при нормативних - 1 мм/рік, безаварійна робота охолоджуємих елементів, економія енергоресурсів.

Робота проводилась у відповідності з “Комплексною програмою енергозбереження Запорізької області”, схваленої розпорядженням № 626 від 23.12.1997 р. Голови Облдержадміністрації; кафедральною комплексною держбюджетною роботою “Дослідження режимів роботи, технологічних параметрів та конструктивних особливостей систем водопостачання та водовідведення і їх елементів”, а також госпдоговірною роботою № 20/601-601 8-1/2000 на виконання “Розробки норм та нормативів водоспоживання та водовідведення комбінату “Запоріжсталь” на 2000-2005 роки”.

Метою дисертаційної роботи є удосконалення систем водяного охолодження металургійних агрегатів шляхом підвищення надійності їх експлуатації, нормування витрат води та запобігання утворенню щільних сольових відкладень при сезонних коливаннях температури повітря та якості підживлюючої води.

Поставлена мета досягається рішенням таких основних задач:

1.Виконати аналіз впливу на товщину щільних сольових відкладень, що утворюються на поверхні теплонавантажених (охолоджуємих) елементів, показників якості підживлюючої води та водно-хімічного режиму роботи системи оборотного водопостачання потужних металургійних агрегатів і комплексів;

2. Встановити склад та теплофізичні характеристики щільних сольових відкладень для урахування їх шкідливого впливу на теплоз’єм та охолодження елементів металургійних агрегатів;

3. Здійснити математичний опис залежності кількості підживлюючих вод систем оборотного водопостачання теплоелектроцентралі-пароповітрядувної станції (ТЕЦ-ППС) комбінату “Запоріжсталь” від сезонних коливань показників якості підживлюючої води та температури повітря;

4. Розробити спосіб управління роботою оборотної охолоджуючої системи водопостачання з використанням встановленої математичної залежності для автоматичного регулювання подачі води на підживлення з урахуванням сезонних змін якості підживлюючої води та температури повітря;

5.Здійснити розрахунки і математичний опис пересичення оборотних вод малорозчинними сполуками [CаСО3, СаSO4, МgOH2] з урахуванням наявно- сті асоціатів в залежності від:

- сезонних коливань показників якості підживлюючої води та температури повітря;

- підвищення коефцієнту концентрування солей.

6. Розрахувати витратні норми по водоспоживанню та водовідведенню металургійних підприємств комбінат “Запоріжсталь” і завод “Дніпроспец- сталь”, забезпечуючи достатню кількість води з метою охолодження, мінімальні відкладення 0,01-0,025 мм / рік та безаварійну роботу охолоджуємих елементів.

7. Розробити рекомендації щодо поетапного переводу оборотних охолоджуємих систем водопостачання на замкнений режим роботи.

Об'єкт дослідження. Обєднана система водопостачання (ТЕЦ-ППС) комбінату “Запоріжсталь” і заводу “Дніпроспецсталь”.

Предмет дослідження. Водно-хімічний режим систем оборотного водопостачання при безреагентному методі стабілізаційної обробки води.

Методи дослідження. Використано сучасний математичний апарат з застосуванням персональних електронно-обчислювальних машин (ПЕОМ) для розрахунку інтенсивності щільних сольових (переважно карбонатних) відкладень, які ускладнюють експлуатацію теплонавантажених елементів металургійних агрегатів. Використано розрахункові, теоретичні, лабораторні методи дослідження, а також дослідження безпосередньо на технологічному устаткуванні-охолоджувачах, охолоджуємих елементах, спорудах систем оборотного водопостачання. При проведенні експериментів та аналізів реагуючих речовин і кінцевих продуктів реакції застосовувались потенціометричні, кондуктометричні, фотоелектрометричні, полярографічні методи досліджень і визначень. Стабільність вод визначалась експеримен- тальним методом шляхом насичення води карбонатом кальцію і розрахунковим-по індексу стабільності Ланжельє.

В основі більшості досліджень використаний активний експеримент по центральним ортогональним повним планам другого порядку. Статистична обробка вихідних даних та результатів експериментів проводилась по методу найменьших квадратів. Для вибору методу стабілізації оборотних вод в умовах Запорізького регіону використовувався порівнювальний економічний аналіз.

Наукова новизна:

1. На підставі виконаних досліджень встановлено закономірності переси- чення оборотних вод по карбонату і сульфату кальцію, а також гідроксиду магнію з урахуванням впливу асоціатів, які знаходяться в цих водах.

2. Експериментальним шляхом визначено, що мінімальна кількість карбо- натних відкладень утворюється при температурах води в інтервалі 35-45 С по зрівнянню з інтервалами температур 20-35 С і 45-60 С.

3. Встановлена математична залежність зміни витрат підживлюючої води систем водяного охолодження з урахуванням сезонних коливань температури повітря і жорсткості лужності свіжої (підживлюючої) води.

4. Запропоновано і запатентовано метод гнучкого регулювання роботою системи оборотного водопостачання, при якому підживлення здійснюється в залежності від сезонів року в автоматичному режимі згідно з розробленою математичною залежністю.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Виявлені в роботі закономірності дозволили розробити програму розрахунків необхідних витрат охолоджуючої води для окремих металургійних агрегатів і підприємств в цілому. За допомогою цієї програми визначені норми витрат води в системах водопостачання і водовідведення металургійного комбінату “Запоріжсталь” та заводу “Дніпроспецсталь”.

2. Запропоновано здійснювати регулювання витрат підживлюючих та продувочних вод в залежності від сезонних коливань температури повітря і якості природних вод. Це дозволило суттєво скоротити забір свіжої води на поповнення підживлення систем водопостачання на 12 млн. м3/рік по комбінату “Запоріжсталь” і на 3 млн. м3/рік по заводу “Дніпроспецсталь”.

3. За допомогою розробленої математичної залежності здійснено автоматичне регулювання процесу поповнення підживлення систем водопостачання комбінату “Запоріжсталь” і заводу “Дніпроспецсталь”. Зазначений спосіб автоматичного регулювання може бути рекомендованим для використання і на інших промислових підприємствах України.

Особистий внесок здобувача:

1. Здійснив лабораторні експерименти по вивченню залежності інтенсивності карбонатних відкладень від співвідношення реагентів, температури та тривалості реакції.

2. Здійснив лабораторні дослідження стабілізаційної обробки води методами підкислення та осатування.

3. Визначив теплоізичні характеристики щільних сольових відкладень, отриманих при різних виробничих процесах та в лабораторних умовах.

4. Виконав статистичну обробку якісних характеристик дніпровської води за 5 років.

4. На основі виконаних досліджень встановив закономірності пересичення оборотних вод по карбонату та сульату кальцію, а також гідроксиду магнію з урахуванням впливу асоціатів, що знаходятся в цих водах.

5. Використовуючи двохакторні плани встановив математичну залежність у вигляді рівняння регресії зміни необхідних витрат підживлюючої води систем водяного охолодження з урахуванням сезонних коливань температури повітря та її жорсткості лужності.

6. Використовуючи ПЕОМ особисто виконав розрахунки витратних норм водоспоживання та водовідведення комбінату “Запоріжсталь” та заводу “Дніпроспецсталь”.

7. Здійснив монтаж п’яти пілотних та лабораторних установок для проведення експериментів та досліджень.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися на 2, 5, 6 і 7 Загальноукраїнських студентських наукових конференціях-конкурсах “Розбудова держави: духовнiсть, екологiя, економiка”, м.Київ, Національний університет ім. Т.Г.Шевченка у 1996, 1999, 2000 і 2001 роках; на VII та VIII Всеукраїнських наукових конференціях аспірантів та студентів “Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів” м. Донецьк, ДДТУ, 1997, 1998 р.р; на науковій конференції “Сучасні інженерно-екологічні проблеми та молодь” м.Запоріжжя, ЗДІА, 1999р; на 62-й науково-практичній конференції м.Київ, КНУБА, 2001р; на науковій конференції м.Харків, ХДТУБА, 2001р.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 9 статей в різних збірниках і журналах, отримано патент України. 7 статей опубліковано у виданнях, що входять до переліку ВАК України.

Об’єм та структура дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку літератури із 158 найменувань, п’яти додатків і вміщує 131 сторінку основного тексту, 20 таблиць, 33 рисунки, усього 138 сторінок.

Зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовані об’єкт та предмет досліджень, мета й задачі дисертації, наукова новизна і практична цінність.

У першому розділі дисертації наведено характеристику відкритих систем водяного охолодження потужних металургійних агрегатів, цехів і комплексів у складі систем оборотного водопостачання. Наведено особливості їх експлуатації, розрахунки параметрів водно-хімічного режиму, а також розрахунки, повязані з визначенням глибини розпаду бікарбонатних іонів.

Виконано аналіз особливостей охолодження елементів металургійних агрегатів, пов’язаних з протіканням екзотермічних процесів у заданих темпера- турних інтервалах з одночасним запобіганням прогару теплонавантаженої стінки у зв’язку зі значними тепловиділеннями. При цьому значних ускладнень завдають сольові відкладення на охолоджуваних стінках, що пов’язано з якістю охолоджуючої оборотної води, яка у свою чергу залежить від якості підживлюючої води та параметрів водно-хімічного режиму роботи системи оборотного водопостачання. В удосконалення роботи систем оборотного водопостачання промислових підприємств, зокрема заводів і комбінатів чорної металургії, великий внесок зробили відомі вчені, фахівці та інженери, які працювали і працюють у провідних науково-дослідних установах України та інших країн СНД, зокрема, в інститутах ДНЦ НДІ ВОДГЕО (м. Москва), УкрВОДГЕО (м.Харків), НДПІ “ЕНЕРГОСТАЛЬ” (м.Харків). Це насамперед: Андоньєв С.М., Шабалін А.., Гладков В.А., Кучеренко Д.І., Клячко В.А., Апельцин І.Е., Крушель Г.Е., Терновцев В.О., Алерова Л.А., Пантелят Г.С. та інші. Але практика свідчить, що традиційні підходи не завжди дають змогу досягти необхідного результату щодо створення замкнених чи близьких до них систем оборотного водопостачання. Зокрема вони не спроможні створити системи, що працюють без використання хімічних речовин для запобігання щільних сольових відкладень на теплонавантажених поверхнях.

Показано, що перспективним напрямком є розробка методів поглибленого вивчення рівноважних хімічних процесів, які притаманні системам оборотного водопостачання, зокрема, встановленню закономірно- стей пересичення оборотних вод по карбонату і сульфату кальцію, а також гідроксиду магнію з урахуванням впливу асоціатів, які знаходяться в цих водах. Не менш актуальним є визначення умов роботи таких систем без використання хімічних речовин, які призводять до збільшення сольового складу води, а також до суттєвих додаткових матеріальних витрат.

У другому розділі приводяться результати експериментальних дослід -жень в лабораторних умовах.

Виконано дослідження залежності інтенсивності карбонатних відкладень від еквімолекулярних співвідношень гідратного та бікарбонатного аніонів в присутності катіону кальцію при різних температурах.

На рис. 1 наведені результати цих експериментів у вигляді ліній ізозначень кількості відкладень, а також значень лужності і жорсткості, які встанов- люються в кінці терміну проведення реакції з метою контролю точності дозування та повноти проходження реакції. При розгляді цього рисунку звертає на себе увагу зменшення кількості відкладень в середній частині факторного простору при температурах в інтервалі 35-45С і збільшення при температурах 20-35 та 45-60С.

Рис.1 Кількість відкладень карбонату кальцію в залежності від співвідношення гідратних і бікарбонатних іонів в воді та температури реакції:

кількість відкладень, г/м2; лужність, мг-екв / дм3; жорсткість загальна, мг-екв / дм3

Наведено результати стабілізаційної обробки оборотних вод порівняно простих і економічно досяжних методів: сірчаною кислотою та гексамета-фосфатом натрію. Дослідження проведені з метою технологічного порівняння цих двох методів стабілізації для вибору більш прийнятного.

В цьому ж розділі досліджені деякі теплоізичні характеристики відкладень з метою внесення корективів в розрахунки теплопередачі та ефективності охолодження теплонапружених елементів металургійних агрегатів.

В третьому розділі містяться результати досліджень на елементах, які охолоджуються, а також в трубопроводах та спорудах системи оборотного водопостачання.

Виконано аналіз впливу показників якості підживлюючої води та водного режиму оборотної системи водопостачання на товщину утворюємих відкладень. Математичний апарат програм розрахунку необхідних витрат охолоджуючої води дозволив провести вказаний аналіз на 972 охолоджуємих елементах металургійних агрегатів. Це в свою чергу дозволило підвищити рівень вимог по недопущенню відкладень на теплонавантажених стінках та трубопроводах до значень 0,01-0,025 мм/рік при нормативному-1 мм/рік. Це підвищило надійність та безаварійність експлуатації елементів, що охолоджуються.

В цьому ж розділі досліджена можливість використання шорсткості поверхні карбонатних відкладень, утворених турбулентним потоком нестабільної води, для інтенсифікації роботи зрошувачів градирен.

При проектуванні систем охолодження відповідальних споживачів дуже важливо правильно підібрати діаметри патрубків та трубопроводів охолоджуючої води. Завдяки проведеним експериментам виконано математичний опис залежності необхідного діаметру патрубків від теплового навантаження в інтервалах від 140 до 4710 кВт та швидкості потоку води від 1,2 до 3,0 м/с. Для зручності користування створена номограма для підбору діаметрів в залежності від зазначених факторів рис.2.

В четвертому розділі виконано математичний опис роботи оборотної системи водопостачання ТЕЦ-ППС в залежності від сезонних коливань жорсткості свіжої (підживлюючої) води та температури повітря. Одержано математичну залежність у вигляді рівняння регресії витрат води для поповнення системи від зазначених факторів:

У = 3624,3 +495Х1 + 2346,2Х2 + 1495,8Х22, (1)

де У-витрата води , м3/год;

Х1 - температура, С;

Х2 - жорсткість загальна, мг-екв / дм3.

На рис.3 зображені лінії ізозначень обсягу підживлюючої води в залежності від температури навколишнього повітря та коливань її жорсткості.

На основі ліній ізозначень кількості підживлюючих вод на описаному факторному просторі зроблена таблиця, по котрій можливо встановити необхідне

підживлення системи водопостачання в залежності від температури повітря та жорсткості води табл.1.

Рис.2. Номограма для визначення необхідних діаметрів патрубків трубопроводів подачі води для поповнення системи та трубопроводів для охолоджуючої води

Рис.3. Лінії ізозначень кількості підживлюючої води в залежності від

температури навколишнього повітря та коливань її жорсткості

По табл.1 в залежності від температури повітря і жорсткості підживлюючої води можна скорегувати необхідну її кількість при ручному регулюванні. Більш надійно, гнучко і своєчасно таке корегування можна здійснити за допомогою засобів автоматики. На автоматичне регулювання подачі підживлюючих насосів відповідно математичній залежності, встановленій в даній роботі, отримано патент України.

Таблиця 1

Необхідна кількість води на підживлення оборотної системи водопостачання ТЕЦ-ППС в залежності від температури повітря та жорсткості води в джерелі водопостачання.

Температ

Ж0, ура,С мг-екв/дм3 | 8 | 10,4 | 12,8 | 15,2 | 17,6 | 20 | 22,4 | 24,8 | 27,2 | 29,6 | 32

4,4 | 6461 | 6711 | 6951 | 7159 | 7345 | 7537 | 7645 | 7753 | 7862 | 7967 | 8075

4,26 | 5535 | 5817 | 6099 | 6293 | 6405 | 6518 | 6731 | 6744 | 6833 | 6922 | 7011

4,12 | 4759 | 4953 | 5137 | 5270 | 5403 | 5536 | 5651 | 5766 | 5881 | 5996 | 6066

3,98 | 4087 | 4229 | 4371 | 4512 | 4653 | 4794 | 4913 | 5032 | 5151 | 5248 | 5345

3,84 | 3583 | 3633 | 3781 | 3929 | 4075 | 4221 | 4371 | 4992 | 4445 | 4559 | 4673

3,7 | 3087 | 3190 | 3293 | 3396 | 3499 | 3602 | 3653 | 3704 | 3755 | 3806 | 3859

3,56 | 2699 | 2760 | 2879 | 2998 | 3117 | 3236 | 3282 | 3328 | 3374 | 3420 | 3439

3,42 | 2384 | 2504 | 2612 | 2720 | 2828 | 2860 | 2992 | 3024 | 3056 | 3088 | 3019

3,28 | 2363 | 2398 | 2484 | 2570 | 2656 | 2742 | 2820 | 2821 | 2827 | 2833 | 2820

3,17 | 2342 | 2393 | 2449 | 2505 | 2561 | 2617 | 2673 | 2729 | 2785 | 2802 | 2820

3,00 | 2342 | 2435 | 2470 | 2510 | 2540 | 2640 | 2668 | 2725 | 2783 | 2802 | 2820

В п’ятому розділі проведені докладні дослідження якості оборотної води в залежності від сезонів року і коефіцієнту концентрування солей 1,2-2,8, стан її вуглекислотної рівноваги та величини пересичення по карбонату та сульфату кальцію.

На рис. 4 приведена графічна інтерпретація результатів розрахунків іонної сили розчину та пересичень оборотної води по карбонату і сульфату кальцію в залежності від сезонів року. Вона засвідчує, що пересичень по сульфату кальцію не буде 0,09-0,21 раз, що дасть можливість застосувати для підкислення сірчану кислоту на випадок переходу на замкнену систему водопостачання з реагентною стабілізацією оборотних вод. При такій стабілізації оборотних вод незначні пересичення по карбонату кальцію до 2,5 раз як в випадку сезонного опису, так і при збільшенні коефіцієнту концентрування солей до 2,8, будуть ліквідовані.

Рис.4. Графічна інтерпретація результатів розрахунків іонної сили розчину та пересичень оборотної води по карбонату і сульфату кальцію в залежності від сезонів року: пересичення по карбонату кальцію, раз; пересичення по сульфату кальцію, раз; іонна сила розчину, г-іон/дм3

Розрахунки пересичення оборотних вод з урахуванням наявності в них асоціатів дозволяють поширити застосування закону Дебая-Гюккеля і наближає їх до реальних. Методика розроблена з використанням значень іонних радіусів, констант дисоціації асоціатів, а також припущень і положень, встановлених в працях Гаррелса, Томпсона, Накаями, Мартинової і Васіної. Спочатку розраховували компонентний склад води за 8 рівняннями матеріальних балансів:

; 2

; 3

; 4

; 5

; 6

; 7

; 8

; 9

Далі з рівнянь констант дисоціації асоціатів CaOH+, CaHCO3+, CaCO30, CaSO40, MgOH+, MgHCO3+, MgCO30, MgSO40, NaOH0. KSO4-, NaHCO30, NaCO3-, NaSO4-, дисоціюючих по типу слабких електролітів, знаходим їх концентрації і підставляємо у рівняння матеріального балансу. Подальше викладення розробленої в дисертації методики здійснюємо тільки в частині рівняння (2) стосовно розрахунку хімічних компонентів води з кальцієвими складовими:

; (10)

; (11

; (12)

. (13)

Концентрації асоціатів наступні:

; (14)

; (15)

; (16)

. (17)

Їх підставляють в рівняння матеріального балансу 2:

18)

Тепер концентрація іонів кальцію буде така:

(19)

Аналогічно складають рівняння для концентрацій іонів Mg2+, Na2+, K+, OH-, CO32-, HCO3-, SO42-. Отриману систему з восьми рівнянь вирішують методом простих ітерацій. На першому етапі використовують визначені аналітично значення концентрацій іонів. В подальшому у знаменник підставляють розрахункові значення передостаннього наближення, а чисельник залишається без змін. Для розрахунку концентрації іона з необхідною точністю виконується 4 - 6 ітерацій.

Концентрації іонів, що отримані з застосуванням розробленої методики, можна використати для визначення добутку активних концентрацій для малорозчинних сполук з послідуючим співставленням їх з табличними значеннями добутку розчинності.

, (19)

де aА и аВ - добутки концентрацій іонів на їх коефіцієнти активності;

ПРАВ - табличне значення добутку розчинності;

nS - кратність пересичення, раз.

Для виконання розрахунків, зменшення їх трудомісткості автором розроблено алгоритм і програму визначення на ПЕОМ пересичень оборотних вод по малорозчинним сполукам - карбонату, сульфату кальцію і гідроксиду магнію.

В шостому розділі приведені техніко-економічні порівняння методів стабілізації оборотних вод для умов Запорізького регіону комбінат “Запоріжсталь” та оцінка економічної ефективності впровадження результатів дисертаційної роботи.

Загальна економічна ефективність впровадження результатів дисертаційної роботи 1259 тис. грн. на рік.

Загальні висновки.

1. Вперше встановлено значне зменшення кількості відкладень в інтервалі температур 35-45С по зрівнянню з температурами 20-35С та 45-60С, що дало можливість зменшити відкладення на теплонавантажених охолоджуємих елементах.

2. Необхідна кількість підживлюючих вод системи оборотного водопостачання ТЕЦ-ПВП від сезонних коливань жорсткості лужності та температури повітря, визначається рівнянням регрессії 1, що дає можливість вибирати більш обгрунтовані режими роботи оборотних систем водопостачання.

3. Гнучке управління роботою охолоджуючої системи оборотного водопостачання з урахуваннням сезонних коливань температури повітря та жорсткості підживлюючої води, відповідно розробленій математичній залежності, доцільно здійснювати згідно алгоритма рівняння регрессії, що дозволяє автоматизувати процес підживлення системи.

4. Розрахунки пересичень оборотної води по карбонату та сульату кальцію з урахуванням наявності в ній асоціатів в залежності від сезонних коливань жорсткості лужності підживлюючої води та температури повітря, а також при підвищенні коеіцієнту концентрування солей дають можливість прогнозувати водно-хімічний режим роботи оборотної системи водопостачання.

5. На основі одержаних результатів запропоновано поетапний перехід систем водопостачання підприємств на замкнутий режим роботи.

6. Виконані дослідження дозволили обгрунтувати необхідні кількості води для охолодження доменних, мартенівських, електросталеплавильних печей з мінімальними сольовими відкладенями 0,01-0,025 мм/рік та здійснити нормування водоспоживання та водовідведення металургійних підприємств - комбінату “Запоріжсталь” і заводу “Дніпроспецсталь”. Це дало змогу суттєво скоротити забір свіжої води на поповнення підживлення систем водопостачання на 12 млн. м3/рік по комбінату “Запоріжсталь” та на 3 млн. м3/рік по заводу “Дніпроспецсталь”.

Список опублікованих праць за темою дисертації.

1. Крючков Е.Н., Тесля С.Ю., Назаренко А.Н. К вопросу о нормировании энергоносителей для охлаждения металлургических агрегатов. Труды Запорожской государственной инженерной академии. Металлургия. - Запорожье: -1998. Выпуск 1.-С.114-116.

Назаренко О.М. належить розробка алгоритму розрахунків витратних норм водоспоживання.

2. Крючков Е.Н., Назаренко А.Н., Тесля С.Ю. О влиянии изменения качественных показателей охлаждающей воды на интенсивность роста отложений. Труды Запорожской государственной инженерной академии. Металлургия. -Запорожье: -1999. Выпуск 2. -С.117-119.

Назаренко О.М. виконав аналіз впливу різних акторів на товщину солевих видкладень.

3. Крючков Е.Н., Назаренко А.Н. К вопросу о теплопроводности отложений на поверхностях теплообмена и в трубопроводах металлургических агрегатов. Труды Запорожской государственной инженерной академии. Металлургия.-Запорожье:-2001. Выпуск 4.- С.140-142.

Назаренко О.М. встановив теплопровідність різних солевих відкладень.

4. Крючков Е.Н., Назаренко Н.П., Назаренко А.Н., Кухарский М.В. Определение степени насыщения оборотных вод карбонатом и сульфатом кальция в зависимости от качества подпиточных вод и величины продувки. - //Химия и технология воды, 2001.-Т.6 - С. 120-127.

Назаренко О.М. виконав дослідження пересичень оборотної води малорозчинними сполуками.

5. Пантелят Г.С., Назаренко А.Н. Малоотходные технологии - основа создания замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий, узлов и районов. Сборник научных трудов ХГТУСА 14, 2001г., С. 236-240.

Назаренко О.М. узагальнив етапи переходу систем водопостачання на замкнутий режим роботи.

6. Назаренко А.Н., Пантелят Г.С. Определение степени насыщения оборотных вод карбонатом и сульфатом кальция в зависимости от сезонных колебаний жесткости подпиточной воды и температуры воздуха. Сборник научных трудов ХГТУСА 15, 2001г., С. 107-109.

Назаренко О.М. встановив ступінь насичення оборотних вод карбонатом та сульатом кальцію.

7. Крючков Е.Н., Назаренко А.Н., Пучкова О.В. Определение величины карбонатных отложений в зависимости от соотношения гидратных и бикарбонатных ионов // Сборник докладов VIII Всеукраинской научной конференции аспирантов и студентов “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов” - ДонГТУ, ДонГУ, ДонГАУ.- Донецк. Том 1. -С.60-61.

Назаренко О.М. виконав експерименти і їх математичну обробку.

8. Назаренко Н.П., Назаренко А.Н., Высоцкая И.А. Исследование стабилизации оборотных вод подкислением и осатированием // Сборник докладов VIII Всеукраинской научной конференции аспирантов и студентов “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов” - ДонГТУ, ДонГУ, ДонГАУ.- Донецк. Том 1. -С.58-59.

Назаренко О.М. виконав експерименти і їх математичну обробку.

9. Патент України на винахід 40174А. Спосіб управління роботою оборотної охолоджувальної системи водопостачання. Крючков Є.М., Назаренко О.М., Сидоренко О.П. та інш. Заявлено 18.08.2000р. Опубліковано 16.07.2001р.

Назаренко О.М. зробив математичний опис залежності обсягів підживлюючих вод від сезонних коливань температури повітря та жорсткості води.

Анотація

Назаренко О.М. Вплив сезонних коливань температури повітря та жорсткості підживлюючої води на еективність роботи систем оборотного водопостачання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2001.

Дисертацію присвячено удосконаленню систем водяного охолодження металургійних агрегатів шляхом підвищення надійності їх експлуатації, нормування витрат води та запобігання утворенню щільних сольових відкладень при сезонних коливаннях температури повітря та якості свіжої (підживлюючої) води. Дослідження виконано на прикладі потужної обєднаної системи водяного охолодження ТЕЦ-ППС металургійного комбінату “Запоріжсталь” і заводу “Дніпроспецсталь”. Продуктивність цього оборотного циклу складає 58 тис. м3/год. Він забезпечує охолодження доменних і мартеновських печей, а також агломераційної фабрики комбінату “Запоріжсталь” та основних цехів заводу “Дніпроспецсталь”. Здійснено дослідження водно-хімічного режиму цієї системи по безреагентному методу стабілізації оборотних вод, коли допустимий рівень розпаду бікарбонатного аніону та солевміст води підтримуються за рахунок необхідної продувки. На підставі виконаних досліджень встановлено закономірності пересичення оборотних вод по карбонату і сульфату кальцію, а також гідроксиду магнію з урахуванням впливу асоціатів, які знаходяться в цих водах.

Ключові слова: охолодження, теплоносій, оборотна вода, перепад температур, повітря, жорсткість, спосіб, регулювання, продувка, економія енергоресурсів, турбулентність, відкладення.

Аннотация

Назаренко А.Н. Влияние сезонных колебаний температуры воздуха и жесткости подпиточной воды на эективность работы систем оборотного водоснабжения - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена усовершенствованию систем водяного охлаждения металлургических агрегатов путем повышения надежности их эксплуатации, нормированию расходов воды и предотвращению образования плотных солевых отложений при сезонных колебаниях температуры воздуха и качества свежей (подпиточной) воды. Исследования выполнены на примере крупной объединенной системы водяного охлаждения ТЕЦ-ПВС металлургического комбината “Запорожсталь” и завода “Днепроспецсталь”. Производительность этого оборотного цикла составляет 58 тыс. м3/ч. Он обеспечивает охлаждение доменных и мартеновских печей, а также агломерационной фабрики комбината “Запорожсталь” и основных цехов завода “Днепроспецсталь”. Осуществлены исследования водно-химического режима этой системы безреагентным методом стабилизации оборотных вод, когда допустимый уровень распада бикарбонатного аниона и солесодержание воды поддерживаются за счет необходимой продувки. На основании выполнених исследований установлены закономерности пересыщения оборотных вод по карбонату и сульфату кальция, а также гидроксиду магния с учетом влияния ассоциатов, которые находятся в этих водах.

В диссертационной работе разработаны алгоритм, математический аппарат и программа расчетов на ПЭВМ по анализу теплосъема каждого охлаждаемого элемента с определением степени вклада в рост отложений карбонатной и некарбонатной жесткости, окисляемости воды, количества воды на охлаждение, подпитку и продувку, количества взвешенных веществ в охлаждаемой воде, плотности зарастаний, а также температуры воздуха на охладителях с выходом на подбор водных режимов охладительных оборотных систем водоснабжения с обеспечением минимальных отложений на теплоотводящих стенках 0,01-0,025 мм/год вместо нормативных 1 мм/год.

Выполнено математическое описание зависимости количества подпиточных вод от сезонных изменений температуры воздуха и жесткости подпиточной воды с получением уравнения регрессии, адекватно описывающим этот процесс.

Составлено математическое описание химического состава оборотных вод системы водоснабжения ТЕЦ-ПВС в зависимости от сезонов года с точки зрения их пересыщений по малорастворимым солям - карбонату и сульфату кальция.

Выявленные в работе закономерности позволили разработать программу расчетов необходимых расходов охлаждающей воды для отдельных металлургических агрегатов и предприятий в целом. С помощью этой программы определены нормы расходов воды в системах водоснабжения и водоотведения металлургического комбината “Запорожсталь” и завода “Днепроспецсталь”.

Предложено осуществлять регулирование расходов подпиточных и продувочных вод в зависимости от сезонных колебаний температуры воздуха и качества природных вод. Это позволило существенно сократить забор свежей воды на пополненне подпитку систем водоснабжения на 12 млн. м3/год по комбинату “Запорожсталь” и на 3 млн. м3/год по заводу “Днероспецсталь”.

С помощью разработанной математической зависимости осуществлено автоматическое регулирование процесса пополнения подпитки систем водоснабжения комбината “Запорожсталь” и завода “Днепроспецсталь”. Указанный способ автоматического регулирования может быть рекомендован для использования и на других промышленных предприятиях Украины.

Выполнено технико-экономическое сравнение методов стабилизации химического состава оборотных вод для систем водяного охлаждения металлургических предприятий Запорожского региона. При сложившихся в настоящее время экономических условиях наиболее выгодным методом стабилизации является упорядоченный водно-химический режим систем оборотного водоснабжения с использованием разработанных в данной работе технических решений. При переводе систем водоснабжения предприятий на замкнутый режим работы, с увеличением коэффициентов концентрирования хорошо растворимых солей появляется вероятность использования и реагентных методов стабилизационной обработки воды. Общий экономический эффект от внедрения разработок составляет 1259 тыс. грн.

Ключевые слова: охлаждение, теплоноситель, оборотная вода, перепад температур, воздух, жесткость, способ, регулирование, продувка, экономия энергоресурсов, турбулентность, отложения.

ANNOTATION.

Nazarenko A.N. Research of dominance of seasonal air temperature oscillations and inflexibility of supplementary waters on work efficiency of circulating water systems - Manuscript.

Dissertation on competition learned candidate degree of technical sciences on speciality 05.23.04 is Water-supply, sewerage. - Kharkov state technical building university and architecture, Kharkov, 2001.

Dissertation sacred to cooling problems of metallurgical aggregates by circulating water by way guaranteeing an accident-free work, authority of exothermal processes in set temperature limits, power resources economy economy and rate setting of water-supply and drainage system.

By researches Object select the very large refrigerant circulating cycle of group of enterprises “water-supply Zaporoshsteel" TEC-PVS by power 58.000 m3/h, which provides by cooling, martin blast-furnaces, aglomeration plant and works “Dnieprospetzsteel". By Article of research was a water routine of given system on reagent-free stabilization method of circulating waters, when a permissible disintegration level bicarbonate anion and salt substance of circulating water supports for account of necessary blowing off. By researches Aim was:

Key words: cooling, heat bearer, circulating water, temperatures overfall, air, inflexibility, method, regulation, water drop, blowing off, reagent, power resources economy, turbulence, deposits.