2.1.1. Схемы технического водоснабжения

Система технического водоснабжения – комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающий забор природной воды из источника, ее очистку, охлаждение, специальную обработку, транспортировку и подачу потребителям, а также сооружения, оборудование и установки, необходимые для приема отработавшей воды и подготовки ее для повторного использования.

По принципу организации использования природной воды в системах технического водоснабжения различают прямоточные, с последовательным использованием воды, оборотные и каскадные бессточные схемы водоснабжения (рис. 2.1).

В соответствии с этим система водоснабжения предприятия состоит из следующих водопроводов:

- свежей производственной воды;

- оборотной или повторно-используемой производственной воды;

- аварийно-производственного;

- противопожарного;

- питьевой воды.

Рис 2.1. Схема использования технической воды в системах производственного водоснабжения:

а – прямоточная; б – последовательного использования воды; в – оборотная; г - каскадная бессточная; 1 – водозаборные сооружения; 2 – насосная станция первого подъема; 3 – станция очистки природной воды; 4 – резервуар очищенной воды; 5 – насосная станция второго подъема; 6 – станция очистки загрязненных стоков; 7 – насосная станция теплой оборотной воды; 8 – охлаждающие устройства оборотной воды; П1 – потребители, у которых вода в процессе использования нагревается; П2 – потребители, у которых вода в процессе использования загрязняется; П3 – потребители, у которых вода в процессе использования нагревается и загрязняется; П4 – потребители, у которых вода безвозвратно используется на производство пара; П5 – потребители, у которых вода безвозвратно используется на грануляцию шлака, тушении кокса и т. п. процессы; ХВО – станция химводоочистки; I – вода чистая холодная; II – вода загрязненная холодная; III – вода чистая нагретая; IV – вода загрязненная нагретая; V – продувочная вода оборотных циклов

Для технического водоснабжения используется вода из поверхностных источников. Подземные воды разрешается использовать только при необходимости обеспечения технологических процессов водой с температурой до 15°С и наличии запасов подземных вод, достаточных как для хозяйственно-питьевых, так и для технических нужд.

От 75 до 85% воды, поступающей из системы технического водоснабжения используется на предприятиях в качестве хладоносителя, охлаждающего различную продукцию в теплообменных аппаратах или же защищающего отдельные элементы установок и машин от чрезмерного нагрева. Эта вода в процессе использования нагревается, но не загрязняется охлаждаемой продукцией.

От 5 до 12% технической воды используется в качестве среды, отмывающей продукцию или сырье от примесей, или же в качестве транспортирующей среды.

От 10 до 20% технической воды теряется за счет испарения (при грануляции жидких шлаков и т. п.) или входит в состав произведенной продукции (пар, сахар, хлеб и т. п.).

В зависимости от изменения качества воды в процессе ее использования, схемы оборотного водоснабжения подразделяются на «чистые» циклы (рис.2.1,в, цикл А) для воды, которая при использовании только нагревается; «грязные» циклы для воды, которая при использовании только загрязняется (рис. 2.1, в, цикл Б) или одновременно и загрязняется и нагревается (рис 2.1,в, цикл В).

Питьевая вода поступает на предприятие из городской водопроводной сети, где проходит соответствующую очистку и обезвреживание (хлорирование или обработку озоном).

Прямоточное водоснабжение возможно при наличии вблизи предприятия необходимого источника воды. В этом случае отработанная вода после очистки и охлаждения сбрасывается в естественный водоём.

Последовательное водоснабжение предусматривает повторное использование воды, что позволяет уменьшить количество воды, забираемой из источника. Повторное использование возможно в тех случаях, когда сточные воды не содержат химических или механических примесей, а только нагреваются в процессе использования.

Наиболее рациональным является оборотное водоснабжение, значительно сокращающего расход воды из внешнего источника и его загрязнение. При проектировании оборотной системы водоснабжения оборотные циклы группируют по качеству воды с учётом расположения его потребителей.

Целесообразно каскадное построение оборотных циклов водоснабжения, когда свежая вода из источника водоснабжения поступает в группу оборотных циклов, требующих воду наивысшего качества, а вода из этих циклов служит подпиткой для группы циклов с более низкими требованиями к качеству воды и т.д.

В оборотных циклах водоснабжения используемая вода подвергается очистке от взвешенных в ней веществ и охлаждению. Очистка производится в отстойниках или гидроциклонах, а также аппаратах тонкой очистки (фильтрах), охлаждение в прудах-охладителях, в брызгальных бассейнах, в башенных и вентиляторных градирнях. Карбонатная жесткость воды, используемой как холодоноситель, не должна превышать Жк = 2,8 … 3,0 мг-экв/кг, а допустимая концентрация взвеси принимается в зависимости от скорости движения воды в охлаждаемых аппаратах.

Вода, используемая как среда для отмывки и гидротранспортировки материалов, а также в процессе добычи и обогащения руд, освобождается только от грубодисперсной взвеси.

Объединение локальных схем оборотного водоснабжения в единую систему с каскадным использованием воды (рис. 2.1,г) открывает возможности для снижения потребления свежей воды и создания бессточных систем водоснабжения предприятий. В этих системах продувочная вода «чистых» циклов используется для подпитки «грязных» циклов и сокращает потребление ими свежей воды. Если продувка «чистых» циклов превышает общую потребность «грязных» циклов в свежей воде, то ее избыток может направляться на химводоочистку для умягчения и использования для питания котлов и аналогичных установок, безвозвратно потребляющих воду. Продувочную воду «грязных» циклов следует использовать для грануляции шлаков, тушения кокса и аналогичных нужд безвозвратного водопотребления.

Для промышленных электростанций из-за необходимости расположения вблизи промышленных объектов и жилых массивов преобладающими являются оборотные системы.

Подавляющие большинство промышленных предприятий имеет пресноводные системы технического водоснабжения. Однако, как в России, так и за рубежом, имеется ряд предприятий, использующих для охлаждения морскую воду. Системы морского водоснабжения принципиально не отличаются от пресноводных, хотя и имеет ряд особенностей.

При выборе системы и схемы технического водоснабжения необходимо учитывать следующие факторы:

1. Наличие достаточного источника водоснабжения вблизи предприятия, ТЭС и т.д., а также возможность его использования для целей технического водоснабжения с учётом существующего перспективного водохозяйственного и рыбохозяйственного значения, судоходства и сельскохозяйственного производства и санитарных условий. При этом в первую очередь следует рассматривать возможность естественных озёр, существующих водохранилищ и стремиться к ограничению строительства новых гидроузлов, длинных отводящих и подводящих каналов и других сложных гидротехнических сооружений.

2. Удаленность источника водоснабжения от предприятия и разница геодезических высот между среднегодовым уровнем воды в источнике и осью циркуляционных насосов. Большая разница геодезических высот может сделать экономически нецелесообразной прямоточную систему даже при расположении предприятия вблизи крупного водоисточника. При невозможности использования существующих водоемов и водотоков следует проверять целесообразность создания наливных водохранилищ-охладителей, питаемых из внешних источников.

3. Условия работы предприятия, определяющие потребный расход в технической воде. Расчетные расходы охлаждающей воды при всех системах водоснабжения и параметры охладителей при оборотных системах принимаются на основании технико-экономического выбора оптимальной кратности охлаждения, выполненного при среднемесячных гидрологических метеорологических факторах среднего года.

4. Качество воды в источнике. Для обеспечения надежной и экономичной работы охладительных устройств техническая вода, поступающая на предприятие, должна быть достаточно чистой, исключающей загрязнения и забивания охладительных устройств. Температура в источнике не должна превышать 25 - 35°С в самые жаркие периоды года. Следует проверить целесообразность устройства на водоемах глубинных водозаборов с целью снижения температуры и повышения качества забираемой воды.

5. Плотность застройки вблизи предприятия, промышленной электростанции. Этот фактор cущественно влияет на выбор типа охладительных устройств при оборотной системе водоснабжения.

В зависимости от условий работы и характера предприятия водоснабжения промышленных электростанций может осуществляться по схемам, несколько отличным от схем водоснабжения чисто конденсационных электростанций (КЭС). Так, в ряде случаев потребности промышленного предприятия в технической воде могут удовлетворяться (частично или полностью) за счет воды, сливаемой из конденсаторов турбин. В ряде случаев оказывается целесообразным иметь общую насосную станцию для обеспечения водой как ТЭЦ, так и технологических агрегатов промышленного предприятия.

На рис. 2.2 показаны некоторые принципиальные схемы технического водоснабжения промышленного предприятия и тепловой электростанции.

По схеме рис 2.2,а вода из конденсаторов турбин сбрасывается в сливной канал, откуда насосами второго подъема подается к технологическим агрегатам промышленного предприятия (доменные или мартеновские печи, прокатные станы, газоочистные аппараты и т. п.). При комплексном использовании технической воды по этой схеме должно обеспечиваться бесперебойное водоснабжение промышленных объектов при аварийной или плановой остановки циркуляционных насосов электростанций. Для этой цели устанавливаются резервные насосы, блокировочные перемычки и др. Сливаемая из конденсаторов турбин вода может быть также использована для нужд самой электростанции (приготовление добавочной воды для питания котлов, испарителей паропреобразователей, подпитка тепловых сетей, гидрозолоудаление и пр.).

На рис 2.2, б изображена принципиальная схема водоснабжения предприятия и ТЭЦ от общей центральной насосной станции. Если ТЭЦ и технологические агрегаты предприятия требуют примерно равных напоров воды, то в центральной насосной могут быть установлены укрупненные однотипные агрегаты, работающие параллельно на общий коллектор. Подача всех работающих насосов должна быть равна максимальному расходу воды ТЭЦ и промышленного предприятия при совместной их работе. При неравенстве параметров воды по давлению от центральной насосной станции вода к технологическим агрегатам промышленного предприятия должна подаваться по обособленным водоводам от индивидуальных групп насосов.

Рис.2.2. Принципиальные схемы технического водоснабжения промышленной электростанции:

1 – насосная станция; 2 – конденсатор; 3 – сливной канал; 4 – технологические аппараты промышленного предприятия; 5 – циркуляционный насос; 6 – насос технической воды; 7 – насос второго подъема; 8 – теплофикационный подогреватель; 9 – тепловой потребитель; 10 – теплофикационный трубный пучок конденсатора; 11 – сетевой насос; 12 – подача воды на собственные нужды станции.