Способ и устройство очистки технологической воды металлургического производства

 

Изобретение относится к ресурсосбережению и охране окружающей среды, в частности к получению чистой технической воды металлургического производства. Способ очистки технологической воды, поступающей из источника забора, включает определение концентрации ее "загрязнения", пропускание через фильтры и электромагнитное поле, причем процессы фильтрации и электромагнитной обработки совмещают во времени и на поток жидкости воздействуют электромагнитным полем инфранизкой частоты. Устройство для осуществления способа содержит источник забора воды, индикаторы, определяющие степень загрязнения и очистки, фильтры для очистки воды и индукционные катушки для ее магнитной обработки, причем индукционные катушки выполнены на корпусе фильтра и соединены с источником, обеспечивающим создание электромагнитного импульсного поля инфранизкой частоты. Способ и устройство обеспечивают снижение энергозатрат и упрощение ведения процесса при высокой степени очистки технологических вод. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ресурсосбережению и охране окружающей среды, в частности к получению чистой технологической воды металлургического производства.

Известны различные безреагентные способы очистки и обеззараживания жидких сред, в том числе и вод металлургического производства, например обработка их магнитным полем, как в способе по а.с. N 1673528, кл. C 02 F 1/48.

Известный способ включает в себя магнитную обработку жидкости, которую ведут токами высокой частоты 60 - 70 кГц и удельной мощности 15-25 Вт/дм³ при линейной скорости протока 0,2 - 0,5 м/мин.

Недостатком данного способа являются большие энергетические затраты.

Известен также способ магнитной обработки воды по а.с. СССР N 1706968, кл. C 02 F 1/48, включающий операции попеременного наложения и снятия магнитного поля с определенной частотой и крутизной фронтов импульсов с одновременным охлаждением воды. В процессе обработки создают напряженность поля H 200^oC2000 Э, а понижение температуры по всей длине активной зоны аппарата должно удовлетворять условию T_мн≅T₁≅T_мв, где T_мн = 10^-4H(K), T_мв = 3,33 (H)K.

T_мн, T_мв - соответственно нижняя и верхняя границы допускаемого интервала понижения температуры омагниченной воды.

К недостаткам данного способа относятся высокие энергозатраты и сложность ведения процесса очистки, требующие постоянного охлаждения воды.

Предлагаемое изобретение направлено на снижение энергозатрат и упрощение способа при его высокой степени очистки жидких сред.

Достигается это тем, что при очистке технологической воды, поступающей из источника забора, определяют концентрацию ее "загрязнения", пропускают через фильтры и электромагнитное поле, причем процессы фильтрации и электромагнитной обработки совмещают во времени и на поток жидкости воздействуют электромагнитным полем инфранизкой частоты.

Известно противонакипное устройство [2] , содержащее источник забора технологической воды в замкнутую систему циркуляции с потребителем, индикаторы, определяющие степень загрязнения и очистки, пропускные вентили, фильтры для очистки воды и индукционные катушки для ее магнитной обработки. Недостатком данного устройства является большое количество элементов, потребляющих значительное количество электроэнергии.

Устройство для реализации предлагаемого способа характеризуется тем, что электромагнитная катушка выполнена на корпусе фильтра и присоединена с источнику, создающему электромагнитное импульсное поле инфранизкой частоты. В устройстве предусмотрен пропускной канал, меняющий процесс очистки (фильтрации и электромагнитной обработки), если выходной индикатор свидетельствует о ее относительной частоте.

Аналогов, имеющих признаки, сходные с существенными отличительными признаками заявляемого технического решения, не выявлено, следовательно, оно обладает новизной. Кроме того, предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, так как явным образом не следует из уровня техники и является применимым, из чего следует его соответствие критериям патентоспособности.

На фиг. 1 схематично приведено устройство для реализации способа очистки технологической воды металлургического производства. Оно содержит источник забора воды 1, входной индикатор 2 для установления степени загрязненности поступающей на очистку воды, индикатор 3 для контроля степени очистки поступающей воды в металлургическую печь 4, вентилятор 5, установленный перед фильтрами 6 (6₁, 6₂,...6_n). Их количество определяется пропускной способностью необходимого количества воды.

На фильтрах 6 размещены обмотки проводов, образуя индукционные катушки 7, питающиеся от генератора 8 инфранизкой частоты. Вентиль 9 установлен на входе в печь воды, прошедшей фильтрацию и магнитную обработку. В системе предусмотрен вентиль 10 для подачи воды в печь 4. Все вышеперечисленные агрегаты и приборы последовательно соединены между собой водопроводом входным 11, выходным 12 и пропускным 13 с вентилем 10. При наличии относительно чистой технологической воды, для ее подачи в печь предусмотрен пропускной канал 13 с вентилем 10 и индикатором 3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: поступающая технологическая вода, определяемая входными параметрами в количестве Q_вх, по трубопроводу 12 поступает на индикаторное (контрольное) устройство качества воды 2, затем, по мере необходимости, через вентиль 10 по трубопроводу 13 поступает на индикаторное (контрольное) устройство качества воды 3 и на трубопроводы печи 4, с выхода которой по трубопроводу 12 в количестве Q_вых. поступает по замкнутому циклу в резервуар с технологической водой; возможен второй вариант - из трубопровода технологическая вода 1, через индикатор 2 поступает через вентиль 5 в резервуар, содержащий внутри себя фильтр 6 и обмотку катушки 7. Вода под действием магнитного поля начинает изменять физико-химический состав и появляется турбулентность, на фильтрах осаждаются взвеси, так как к катушкам подключен генератор инфранизкой частоты. Очищенная и измененная на уровне ионных связей воды через вентиль 9, индикатор 3, печь 4 поступает по замкнутому циклу в резервуар технологической воды 1.

Способ очистки технологической воды металлургического производства заключается в том, что поступающая вода проходит через магнитный фильтр, на котором намотана обмотка катушки. Катушка подсоединена к импульсному низкочастотному генератору. Очищенная вода и поступает в трубопровод печи. Из печи идет по трубопроводу на фильтр по замкнутой системе, т.е. вода находится в обороте. С учетом испарения воды раз в неделю приходится дополнять техническую воду необходимым количеством. Подбором параметров импульсов, полем которых обрабатываются технологическая вода, достигают максимального изменения жесткости воды NaCl, KCl, CaCl₂, но при этом снижается концентрация содержания и остальных имеющихся включений. На основании многочисленных опытов и двухлетней эксплуатации устройства выявлено следующее: уменьшается в воде содержание компонентов, влияющих на количество отложений в трубопроводах. При этом максимальное воздействие на накипь происходит при следующем режиме: I = 500 А; F = 10 Гц; τ = 0,1μc. Из [2] известно, что соли, содержащиеся в оборотной воде подразделяются на хорошо растворимые (например, NaCl, KCl, CaCl₂) и такие, которые вследствие недостаточной растворимости или физико-химических превращений в циркулярной системе могут выпадать в осадок и образовывать отложения (например CaCO₃, CaCO₄) и другие.

Закономерность изменения концентрации хорошо растворимых солей в оборотной воде подчиняется зависимости где P₁, P₂, P₃ - потери воды из системы соответственно на испарение, унос и сброс (продувку), % расхода оборотной воды; C_д - концентрация соли в добавочной воде, мл/л; a = W/Q - продолжительность одного цикла, ч;
W - объем воды в оборотной системе, м³;
Q - расход циркуляционной воды в системе, м²/ч;
t - период работы оборотной системы, ч;
G - коэффициент электромагнитного воздействия на жидкие среды, зависящий от спектрального состава и параметров импульсов.

Водный режим оборотных систем существенно отличается от режима прямоточных систем. Многократный нагрев оборотных систем существенно отличается от режима прямоточных систем. Многократный нагрев оборотной воды и ее последующее охлаждение приводит к потерям равновесной углекислоты и осаждению на поверхности теплообменников и холодильников, главным образом, кальциевых карбонатных отложений в соответствии с реакцией

Взвешенные вещества, например, такие как песок, осаждаются в пазах холодильников, отлагаются на отдельных участках коммуникаций, а мелкодисперсные включения, входящие в состав карбонатных и сульфатных отложений, вызывают повышение их прочностных характеристик.

Экспериментальные и эксплуатационные исследования проводились при следующих значениях изменения формы и импульса (спектрального состава) и величины амплитуды тока (фиг. 2).

Форма изменялась: а-полусинусоида, б-четверть синусоиды - пилообразная форма и в-восьмая часть синусоиды -"зуб", которые имеют соответственно спектры: S₁, S₂, S₃.

Величина токов изменялась в диапазонах:
J = 100 ^oC 500 A;
τ = 0,01÷0,15μc;
F = 0,1 ^oC 20 Гц.

На основе математических моделей, экспериментов и статической обработки данных было получено:
- величина прозрачности воды улучшилась на 48,5%
- запах улетучился;
- окраска достигается нормальной величины;
- уменьшилась температура;
- уменьшилось содержание взвешенных веществ до 20 раз; сухой остаток на 13%; прокалинный остаток на 11,2%; реакция pH - на 15,5%; сульфаты - 12,7%; хлориды - 13,3%; щелочность 15,5%; жесткость общая - 40%; жесткость Ca - 42,8%.

Содержание бактерий в воде уменьшилось на 22% (коли-индекс и коли-титр).

Технологические воды металлургического производства содержат в себе высокие концентрации примесей, состоящих из различных компонентов, и требуют проведения комплексной очистки и обеззараживания, т.е. максимального снижения концентрации содержания нескольких нежелательных компонентов и обеззараживания. В этом случае применяется многократная обработка импульсным магнитным полем инфранизкой частоты.

Таким образом, учитывая все вышесказанное, можно сделать вывод об универсальности заявляемого способа и устройства:
1. Внедрена и испытана замкнутая система оборотного водоснабжения с местной (локальной очисткой).

2. Снижается солеотложение (накипь) в трубопроводах водоснабжения за счет улучшения качества воды.

3. Продлевается срок службы трубопроводов за счет снижения в них отложений.

4. Данный способ очистки воды удобный, малогабаритный, энергоемкий, позволяет применять его на каждой единице оборудования или на локальной очистительной системе при обработке небольших объемов жидких сред, не зависит от агрессивности среды.

Источники информации
Сомов М.А. Водопроводные системы и сооружения. М.: Стройиздат, 1988. 399 с.

Патент N 2010011 (Россия) Противонакипное устройство.

3. Крумиль Ю. К. Основы теории и расчета устройств с бегущим магнитным полем. - Рига, Зинатие, 1983 - 278 с.

4. Охременко Н.М. Основы теории и проектирования линейных индукционных насосов для жидких металлов. - М.: Атомиздат, 1968, 396 с.

5. Фомин Г.С. Ческис А.Б. Вода, контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам /Справочник/ Под ред. С. А.Подлепине - М., 1992, 392 с.

6. Лурье Аналитическая химия промышленных сточных вод, - М.: Химия, 1984, 448 с.

Формула изобретения

1. Способ очистки технологической воды для печи металлургического производства, включающий ее забор, определение концентрации загрязнения, фильтрацию и магнитную обработку, подачу очищенной воды потребителю, отличающийся тем, что совмещаются во времени процессы фильтрации и магнитной обработки в электромагнитном фильтре, у которого катушку индуктивности подключают к генератору инфранизкой частоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры и импульсы поля для обработки воды определяют по индикатору из условия максимального снижения жесткости до максимальных значений I = 500 А, F = 10 Гц, τ = 0,1μc.
3. Устройство для очистки технологической воды металлургического производства, содержащее источник ее забора в замкнутую систему циркуляций с потребителем, индикаторы, определяющие степень загрязнения и очистки, пропускные вентили, фильтры для очистки воды и индукционные катушки для ее магнитной обработки, отличающееся тем, что индукционные катушки выполнены на корпусе фильтра и соединены с источником, обеспечивающим создание электромагнитного импульсного поля инфранизкой частоты.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в замкнутой системе циркуляции технологической воды предусмотрен пропускной канал, расположенный до и после электромагнитных фильтров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2