Система повторного водоснабжения. Вторичные энергетические ресурсы

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

на тему: «Система повторного водоснабжения. Вторичные энергетические ресурсы»

План

1. Система оборотно-повторного водоснабжения

2. Источники вторичных энергетических ресурсов

3. Задача 1

4. Задача 2

Используемая литература

1. Система оборотно-повторного водоснабжения.

Вода расходуется различными потребителями на самые разнообразные нужды. Тем не менее, все виды водопотребления можно свести к трем основным категориям:

- хозяйственно-питьевое,

- производственно-техническое,

- пожарное.

Цель использования воды определяет требования к ее качеству. Для хозяйственно питьевого водоснабжения вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Иначе говоря, вода должна быть прозрачной, не должна иметь цвета, запахов, дурных привкусов, не должна содержать болезнетворных бактерий. К воде производственных целей требования к качеству различны - в зависимости от группы потребителей. Основной принцип: вода не должна влиять на качество продукта; не должна образовывать солевых отложений и биологических обрастаний; вызывать коррозию арматуры и трубопроводов; должна обеспечивать необходимое санитарно-гигиеническое состояние рабочих мест. Для тушения пожаров пригодна вода практически любого качества, но она не должна содержать механических примесей, засоряющих элементы системы, и химических веществ, ухудшающих эффект использования воды.

По характеру использования воды системы производственного водоснабжения подразделяются на несколько основных вариантов систем:

- прямоточная система водоснабжения,

- система с повторным использованием воды,

- система оборотного водоснабжения.

Основная - это прямоточная система водоснабжения, которая применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, в некоторых случаях - для производственно-технического водоснабжения. Прямоточная система обеспечивает подачу наиболее качественной воды. Она единственно возможна там, где исключается повторное использование воды. Вся отработавшая вода сбрасывается в источник ниже (по течению) места забора воды

Система с повторным использованием воды применяется в том случае, если есть потребитель с большим расходом, сбросная вода которого после использования в каком-либо технологическом процессе и сохранившая все качественные показатели, без промежуточной обработки для повторного применения, по количеству и по качеству может удовлетворять всех остальных потребителей. Схема такой системы приведена на рис.1.

Рис.1. Схема системы водоснабжения с повторным использованием воды: 1 - водозабор; 2.1 - насосная станция 1-го подъема; 3.1 - очистные сооружения природной воды; 3.2 - очистные устройства для загрязненных стоков; 4.1 - резервуар чистой воды; 5 - водоводы; 6 - водонапорная башня (резервуар); 7.1-7.6 - потребители воды (цеха, здания); 8 - водопроводная сеть; 9 - сеть трубопроводов для сбора отработавшей воды; 10 - водоохлаждающее устройство

При повторном использовании вода в системе водоснабжения загрязняется, ее подают в очистные сооружения, после чего очищенную воду с помощью насосов вновь направляют для участия в технологическом цикле. В канализацию уходит небольшая часть воды с загрязнениями. Потери восстанавливают свежей водой. Как пример - на предприятиях молочной промышленности повторно используют воду в пластинчатых пастеризационно-охладительных линиях. Система повторного водоснабжения позволяет сократить количество забираемой природной воды и сбрасываемых стоков, снизить и удешевить всю систему водоснабжения.

При прямоточном и последовательном водоснабжении количество сточных вод, отводимых в водоем, определяется объемом воды, подаваемым предприятию Q_п, за исключением безвозвратного расхода и потерь ее в одном или нескольких производствах Q_пп и при очистке Q_оч:

ресурсосбережение водоснабжение вторичный энергоресурс

Q_ст = Q_п - (Q_пп + Q_оч)

Наиболее перспективны системы оборотного водоснабжения. Они исключают сброс сточных вод в водоем и являются в настоящее время обязательными для промышленности. Это диктуется дефицитом природных водоисточников и требованиями охраны окружающей среды.

Оборотное водоснабжение - замкнутая система, позволяющая повторно использовать очищенные сточные воды, прошедшие процесс очистки на очистных сооружениях. Система оборотного водоснабжения предназначена для нужд промышленных предприятий, автомоек и других объектов народного хозяйства. Оборотное водоснабжение позволяет решить экологические и экономические задачи: существенно (на 85-95%) снизить водопотребление промышленного предприятия, сократить потери ценных компонентов с промышленными сточными водами предприятий, избежать платы за водоотведение и штрафов за превышение предельно допустимых концентраций ПДК сточных вод.

Пример оборотного использования воды - вода, охлаждающаяся в холодильных агрегатах. Нагревшуюся в конденсаторах агрегатов воду охлаждают в градирных или брызгальных бассейнах и снова подают в конденсаторы. Оборотное водоснабжение позволяет уменьшить расход с воды в десятки раз. Экономия свежей воды способствует сохранению водных ресурсов. При оборотном водоснабжении резко уменьшается количество сточных вод, тем самым меньше загрязняются водоемы.

Классическая оборотная система водоснабжения состоит из:

- насосов (количество их зависит от мощности агрегата и может варьироваться от одного до нескольких);

- гидроблока;

- системы контроля и управления;

- холодильного модуля.

Один из вариантов схем оборотных систем водоснабжения приведен на рис.2.

Рис.2. Схема оборотного производственно-технического водоснабжения: 1 - водозабор; 2.1 - насосная станция 1-го подъема; 2.2 - насосная станция 2-го подъема; 2.3 - насосная станция оборотной воды; 2.4 - циркуляционная станция; 3.1 - очистные устройства природной воды; 3.2 - очистные устройства загрязненных стоков; 4.2 - резервуар очищенной теплой воды; 4.3 - сборный резервуар очищенной и охлажденной воды; 7 - потребители воды; 8 - водопроводная сеть; 9 - сеть для сбора отработавшей воды; 10 - водоохлаждающее устройство

В этой системе можно использовать техническую воду, которая загрязняется легко удаляемыми примесями. Для этого систему необходимо оснастить очистными устройствами для загрязненных стоков. Прошедшая очистку вода насосами оборотной воды подается в водоохлаждающее устройство, после чего она попадает в сборный резервуар. Отсюда вода насосами станции 2-го подъема снова подается через водопроводную сеть потребителям. При работе системы часть воды теряется с уносом, испарением, утечкой, продувкой и за счет сброса в канализацию воды, которая не может быть использована повторно. Для компенсации этих потерь из природного источника забирается соответствующее количество свежей воды. Количество добавляемой воды составляет примерно 5-10% от общего количества потребляемой воды на производстве. То есть в 10-20 раз сокращается забор воды из источника по сравнению с прямоточной системой.

Преимущества оборотной системы:

- уменьшается количество использования чистой воды из природных источников;

- снижаются затраты на сооружение водозаборных устройств, насосной станции 1-го подъема, водоводов, очистных сооружений природной воды;

- снижаются сбросы загрязненной воды в водоемы, облегчается задача охраны водоемов от загрязнения сточными водами, уменьшаются размеры и стоимость очистных сооружений и трубопроводов, отводящих отработавшую и очищенную воду.

Дополнительные затраты на водоохлаждающие устройства, очистные сооружения стоков, насосной станции оборотной воды быстро окупаются даже без учета экологических преимуществ.

Все оборотные системы подразделяют на локальные, централизованные и смешанные.

В локальных системах вода после восстановления потребительских качеств используется в обороте одного или последовательно в нескольких технологических процессах.

В централизованных оборотных системах отработавшая вода собирается со всех производств, проходит обработку (очистку, охлаждение) единым потоком и опять возвращается на производство.

При смешанном водоснабжении воды одной оборотной системы используются в другой оборотной системе. Например, из охлаждающей системы вода поступает в экстрагенную, из экстрагенной системы - в транспортирующую и т.д.

Если оборотная система работает без какого-либо сброса воды в источник, то она является замкнутой. Замкнутые системы - наиболее ценны с экологической точки зрения. В бессточных или замкнутых системах водоснабжения на предприятиях вместо свежей воды используется доочищенная до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедшая биологическую очистку. Биологически очищенные сточные воды, используемые в техническом водоснабжении, должны отвечать техническим, экономическим и санитарно-гигиеническим требованиям. Но и при соблюдении соответствующих норм такая вода не может использоваться в пищевой, мясомолочной и фармацевтической промышленностях.

Техническое совершенство системы оборотного водоснабжения может быть оценено коэффициентом использования оборотной воды.

К_об = Q_об /( Q_об + Q_и),

где Q_об - количество оборотной воды;

Q_и - количество воды, забираемой из источника водоснабжения.

В ряде отраслей (химическая, черная металлургия, нефтеперерабатывающая) этот коэффициент достигает значений 0,85-0,9.

Рациональность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования свежей воды.

К_св = (Q_и -- Q_сб )/ Q_и,

где Q_и-количество воды, забираемой из источника водоснабжения;

Q_сб - количество воды, сбрасываемое предприятием;

Q_с-поступление воды из сырья.

Для замкнутых систем коэффициентом использования свежей воды равен единице, для оборотных систем коэффициентом использования оборотной воды и коэффициент использования свежей воды всегда меньше единицы.

Оборотные системы сооружаются как по техническим условиям, так и по экологическим требованиям и экономическим соображениям.

По техническим условиям применения данной системы может оказаться просто необходимо потому, что дебет имеющегося природного водоисточника недостаточен для осуществления прямоточного водоснабжения. Необходимость оборотных систем обуславливается и экологическими требованиями. Применение оборотных систем позволяет снизить количество сбросов загрязненной воды в водоемы. Из экономических соображений использование оборотных систем водоснабжения позволяет снизить затраты на сооружение водозаборных устройств, насосных станций первого подъема, водоводов, очистных сооружений природной воды и канализационных линий.

Несмотря на широкое внедрение оборотно-повторного водоснабжения - в среднем до 75%, а в некоторых отраслях и больше, промышленность ежегодно забирает из водных объектов около 50км³ воды, в том числе 4км³ морской. Свыше 30км³ воды промышленные предприятия ежегодно сбрасывают в водные объекты, при этом всем видам очистки (механическая, биологическая и физико-химическая) подвергается лишь около половины сбрасываемых вод, примерно 5-7% вод сбрасывается вообще без очистки.

2. Источники вторичных энергетических ресурсов

Любой технологический процесс требует определенного расхода топлива, электрической и тепловой энергии. В результате химических реакций, механических воздействий горючие газы, теплоносители, газы и жидкости с избыточным давлением выделяют тепло. Эти энергетические ресурсы, как правило, используются не в полном объеме или не используются вовсе. Неиспользуемые в данном технологическом процессе или установке энергетические отходы получили название вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Долгое время использованию вторичных энергоресурсов не уделялось достаточного внимания, не была в полной мере раскрыта их сущность, отсутствовали методики расчетов ВЭР.

Побочным энергетическим ресурсом называется облагороженный, переработанный или преобразованный энергетический ресурс, полученный в качестве побочного продукта или отхода основного производства. По виду заключенной в них энергии вторичные энергетические ресурсы подразделяют на три основные группы.

- горючие,

- тепловые,

- избыточного давления.

К горючим вторичным энергетическим ресурсам относятся образующиеся в процессе производства основной продукции газообразные, твердые или жидкие отходы, которые обладают химической энергией и могут быть использованы в качестве топлива. Источником горючих вторичных энергетических ресурсов являются лесная и деревообрабатывающая промышленность, химическая промышленность, сельское и коммунальное хозяйство. Химическая энергия горючих вторичных энергетических ресурсов преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания в результате их сжигания. Горючие (топливные) вторичные энергетические ресурсы - химическая энергия отходов технологических процессов химической и термохимической переработки сырья, а именно это:

- побочные горючие газы плавильных печей (доменный газ, колошниковый, шахтных печей и вагранок, конверторный и т.д.);

- горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого сырья (синтез, отходы электродного производства, горючие газы при получении исходного сырья для пластмасс, каучука и т.д.);

- твёрдые и жидкие топливные отходы, не используемые (не пригодные) для дальнейшего технологической переработок;

- сельскохозяйственные отходы (солома, ботва растений);

- городской мусор;

- древесные отходы (лесосечные отходы - молодые побеги хвоя листья; стволовая древесина, кора древесная гниль);

- отходы деревообработки, щелока целлюлозно- бумажного производства.

В лесной и деревообрабатывающей промышленности приблизительно половина заготавливаемой древесины идет в отходы. Древесина по своему составу включает те же компоненты, что и твердое топливо, за исключением серы. Особенностью древесных отходов некоторых производств является повышенная влажность. Отходы лесозаготовительных предприятий имеют влажность - 45-55%. При этом влажность коры достигает 80%. Отходы деревообрабатывающего и мебельного производства имеют влажность 10-20%. Однако древесина имеет большой выход летучих веществ, что благоприятствует, не смотря на влажность, устойчивому горению. Горючие вторичные энергетические ресурсы используются в основном как топливо и немного (5%) на не топливные нужды (преимущественно в качестве сырья).

Тепловые вторичные энергетические ресурсы -- практически любые теплоносители, имеющие температуру выше температуры окружающей среды и способные при определенных условиях выделять определенное количество теплоты для последующего использования. Особенно значительны объемы тепловых вторичных ресурсов в чёрной металлургии, в газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

К тепловым вторичным энергетическим ресурсам относятся:

- нагретые отходящие газы технологических агрегатов, котельных установок и промышленных печей;

- основная, побочная и промежуточная продукция и отходы основного производства, например горячих металлургических шлаков;

- рабочее тепло систем принудительного охлаждения технологических агрегатов;

- отработанная горячая вода и водяной пар технологических и силовых установок. Следует отметить, что пока ещё большое количество тепловой энергии теряется при так называемом “сбросе” промышленных сточных вод, имеющих температуру 40 - 60°С и более, при отводе дымовых газов с температурой 200 - 300°С, а также в вентиляционных системах промышленных и общественных зданий, животноводческих комплексов (температура удаляемого из этих помещений воздуха не менее 20 - 25°С).

Тепловые вторичные энергетические ресурсы в результате использования отдают часть своей энергии энергоносителю с более низкой температурой за счет процессов тепломассопереноса.

Для утилизации тепловых вторичных энергетических используют теплообменники, котлы - утилизаторы или тепловые агенты. Одним из весьма перспективных направлений использования тепла слабо нагретых вод является применение так называемых тепловых насосов, работающих по тому же принципу, что и компрессорный агрегат в домашнем холодильнике. Тепловой насос отбирает тепло от сбросной воды и аккумулирует тепловую энергию при температуре около 90°С, иными словами, эта энергия становится пригодной для использования в системах отопления и вентиляции. Рекуперация теплоты технологических потоков в теплообменниках может проходить через разделяющую их поверхность или при непосредственном контакте. Тепловые вторичные энергетические ресурсы могут поступать в виде концентрированных потоков теплоты или в виде теплоты рассеиваемой в окружающую среду. В промышленности концентрированные потоки составляют 41 %, а рассеиваемая теплота - 59 %. Концентрированные потоки включают теплоту уходящих дымовых газов печей и котлов, сточных вод технологических установок и жилищно-коммунального сектора.

Вторичные энергетические ресурсы избыточного давления (напора) - это потенциальная энергия газов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением (напором), которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих жидкостей, газов, сыпучих тел или при выбросе их в атмосферу, водоёмы, ёмкости и другие приёмники. Сюда же относится избыточная кинетическая энергия. Вторичные энергетические ресурсы избыточного давления преобразуются в механическую энергию, которая или непосредственно используется для привода механизмов и машин или преобразуется в электрическую энергию. Примером применения этих ресурсов может служить использование избыточного давление доменного газа в утилизационных бескомпрессорных турбинах для выработки электрической энергии.

Выявление источников и учета возможного использования вторичных энергоресурсов - одна из задач, которую необходимо решать на всех предприятиях и особенно предприятиях с большим расходом топлива, тепловой и электрической энергии. Использование вторичных энергетических ресурсов не ограничивается лишь энергетическим эффектом - это и охрана окружающей среды, в том числе воздушного бассейна, уменьшение количества выбросов вредных веществ.

Задача 1

Рассчитаем затраты на воспроизводство кислорода для сжигания 1 т органического топлива, используя данные табл. 1 и 2

Таблица 1

Показатель	Данные для расчета
Кол-во выделенного кислорода, т/год	7,0
Затраты на лесопосадки, р/га, х•103	350
Эффективность леса, р/га	Данные расчета из задачи 1
Расход Q2 при сжигании, т	1,55
Затраты на освоение, р, х·106	2
Плата за кредит, р	23,5
Потери урожайности, р, х•105	4,3
Затраты на воспроизводство с/х продукции, р	2,9
Коэффициент ценности древесины	2
Дополнительные затраты на воспроизводство кислорода, р, х•103	30

Таблица 2. Эффективность лесных ресурсов

Показатель величины эффекта	Данные для расчета
Пылезащитная оценка леса, р/га, год, х•103	10
Ежегодная стоимость продукции, р/га, год, х•103	1 245
Производительность труда, р/га, год, х•103	14
Объем прироста древесины, м3/га, х•103	4
Себестоимость древесины, р/м3	7
Площадь пораженной территории в конкретном году, тыс./га (по рис.2.1)	1991

Эффективность лесных ресурсов рассчитывается по формуле

Э_л = Э_пз + С_пр + К_у + К_пд ,

где Э_пз - величина эффекта от пылезадерживающей способности леса;

С_пр - величина стоимости ежегодно получаемой продукции леса;

К_у - коэффициент увеличения производительности труда от рекреационных ресурсов;

К_пд - коэффициент прироста древесины.

К_пд = V · C,

где V - объем прироста древесины;

С- себестоимость единицы объема древесины.

Подставим в формулы значения и проведем вычисления.

Показатель прироста древесины:

К_пд = 4000 · 7 = 28000 р/га

Эффективность лесных ресурсов:

Э_л =10 · 10³ + 1 245 · 10³ + 14 · 10³ + 28 · 10³ = 1297 · 10³ р/га

Расчет определение затрат на воспроизводство кислорода для сжигания 1 т органического топлива, произведем по формуле

З = k / m [(Ц₁ + Ц₂) · (1 + б) + у · г - Э_л · ?],

где k - расход кислорода для полного сгорания 1 т топлива;

m - количество кислорода, выделяемого 1 га леса в атмосферу;

Ц₁ - затраты на посадку 1 га леса;

Ц₂ - затраты на освоение 1 га новых земель;

б - плата за кредиты на выполнение мероприятий по лесопосадкам;

y- потери от снижения урожайности вновь освоенных земель взамен отпущенных под лесопосадки;

г - коэффициент, учитывающий затраты для получения дополнительной продукции;

Э_л•- эффект, полученный от 1 га леса;

? - относительный коэффициент ценности лесных угодий по сравнению с сельскохозяйственными;

m = ? от общего количества кислорода, выделяемого зелеными насаждениями.

На основе данных для расчета определим затраты на воспроизводство кислорода для сжигания одной тонны органического топлива

З = 1,55/7 · [(350 · 10³ + 2 · 10⁶) · (1 + 23,5 · 10³) + 4,3 · 10⁵ · 30 · 10³ - 1297 · 10³ · 2] = 1,2 · 10¹⁰ (р/га, год).

Э_л =1297 · 10³ р/га (рассчитана ранее).

Ответ: затраты на воспроизводство кислорода для сжигания одной тонны органического топлива составляют 1,2 · 10¹⁰(р/га, год).

Задача 2

Определить сечение проводов для передачи мощности P₂, кВт и проверить сечение на нагрев, используя следующие данные:

Напряжение источника электроэнергии U₁, В. Расстояние от источника до потребителя l, км. Напряжение в конце линии электропередачи U₂, В.

Таблица 3. Данные для расчета

Параметр	Данные для расчета
U1, В	125
U2, В	120
l, км	1,0
P2, кВт	1,0
Вид провода	медь

Пусть напряжение источника электроэнергии U₁ = 125 В; расстояние от источника до потребителя - 1,0 км; напряжение в конце линии электропередачи U₂ = 120 В. Определить сечение медных проводов для передачи мощности P₂ = 1,0 кВт и проверить сечение на нагрев.

1. Определяем допустимую потерю напряжения:

.

2. Выражаем потерю напряжения для потребителя в процентах :

.

3. Зная, что удельное сопротивление медного провода с = 0,0175 Ом·мм²/м (табл. 1, прил. 1 методического пособия [8]), определяем его сечение по формуле:

Ближайшее к найденному стандартное сечение S = 50 мм², (табл. 2, прил. 1. метод. пособия [8]).

4. Проверяем выбранное стандартное сечение на нагрев. Изолированный медный провод сечением 50 мм² допускает ток 190 А.

Определяем ток в линии:

при этом 8,33 А << 190 А.

Ответ: Ток в линии значительно меньше допустимого.

Используемая литература

1. Абрамов, Н.Н. Водоснабжение: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва: Стройиздат, 1982. - 480с.

2. Беличенко, Ю.П. Замкнутые системы водообеспечения химических производств. - Москва: Химия, 1990. - 208с.

3. Борисов Б.Г. и др. Системы водоснабжения промпредприятий/ Ред. А.Г. Спиридонов. - Москва: Моск. энерг. ин-т, 1987. - 61с.

4. Володин, В.И. Энергосбережение: Учебное пособие. - Минск.: БГТУ, 2001. - 294с.

5. Журба, М.Г. и др. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений / М.Г. Журба, Л. И. Соколов, Ж. М. Говорова. - Mосква: Издательство ACB, 2003. - 288 с.

6. Михайлов В.В. Рационально использовать энергетические ресурсы.- Москва, 1980. - 350с.

7. Петкин А.М. Экономия энергоресурсов: Резервы и факторы эффективности.- Москва: Владос, 2007

8. Рихтер Л.А. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов ТЭС. Под редакцией Непорожного. - М.: " Энергоиздат", 2001г. - 296с.

9. Розенгарт, Ю.И. Вторичные энергетические ресурсы и их использование. - Москва: Высшая школа, 2008. - 328с.

10. Самойлов М.В. Основы энергосбережения: Учебное пособие.- Минск, БГЭУ, 2002.- 198с.

11. Экономия энергоресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности/Под ред. М.В. Алексина - Москва: Лесная промышленность, 1982.

Размещено на Allbest.ru

...