авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Кандидат химических наук инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Галкин Юрий Анатольевич

кандидат химических наук

Инновационные технологии

систем производственного водоснабжения

заводов черной металлургии

05.23.04 - Водоснабжение, канализация,

строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Екатеринбург - 2010

Работа выполнена в Уральском федеральном университете им. первого Президента России Б.Н. Ельцина

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР Пономарев В.Г.

доктор технических наук, профессор Кичигин В.И.

доктор технических наук, профессор Назаров В.Д.

Ведущая организация: Государственный институт по проектированию

металлургических заводов (ОАО «Гипромез»), г. Москва

Защита состоится 02 марта 2011 года в 11-00 час. на заседании специализированного совета по присуждению ученой степени доктора технических наук Д 303.004.01 при ОАО «НИИ ВОДГЕО».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просьба направлять по адресу: 119048, Москва, Г-48, Комсомольский проспект, 42, стр. 2, диссертационный совет Д 303.004.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИИ ВОДГЕО».

Автореферат разослан ……………….. 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук Ю.В.Кедров

Аббревиатуры

АГПМ - агрегат горячей прокатки металла

АГПТ агрегат горячей прокатки труб

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом

АТОП - агрегат термической обработки проката

ГДП - газоочистка доменной печи

Заводы: МЗ - металлургический, ЭМЗ - электрометаллургический, ММЗ - метизно-металлургический, ТЗ - трубный, ТПЗ – трубопрокатный

ККЦ – кислородно-конверторный цех

ЛНР – логарифмически нормальное распределение

МК - металлургический комбинат

МНЛЗ - машина непрерывного литья заготовок

НТПА - непрерывный трубопрокатный агрегат

ОКУД - отстойник-классификатор-уплотнитель дренируемый

ОМВ - окалиномаслосодержащая вода

ОМО - окалиномаслосодержащий осадок

ОФ - отстойник-флокулятор

СПВ - система производственного водоснабжения

СПЦ - сталеплавильный цех

ТВЦ - трубоволочильный цех

ТЭСЦ – трубоэлектросварочный цех

УГСО установка гидравлического сбива окалины

ФВВ - фильтровальное вспомогательное вещество

ЦХП – цех холодной прокатки

ЭСС - эмульсионно-суспензионная система

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одной из динамично развивающихся отраслей экономики России является черная металлургия. Проводимая в последние годы модернизация доменного, сталеплавильного, прокатного, трубного, термического и других производств осуществляется на новой технической основе с использованием технологий и оборудования SMS Demag, VAI-Siеmens, Danieli, ОАО «Уралмаш» и других ведущих компаний. Технические требования к качеству и количеству потребляемой воды этого высокотехнологичного и энерговооруженного оборудования являются значительно более высокими, чем ранее установленные нормативными документами Минчермета СССР, по которым спроектировано и построено большинство СПВ. В проектах очистных сооружений, разработанных по традиционным технологиям инжиниринговыми фирмами Евросоюза, России и Украины для реконструируемых и новых производств, указанные технические требования достигаются либо за счет снижения удельных гидравлических нагрузок на водоочистное оборудование (для ГДП и др.), либо путем применения многоступенчатых технологических схем очистки оборотной воды и обезвоживания осадка (для оборотных циклов МНЛЗ, АГПМ, вакууматоров СПЦ и др.). При этом используется преимущественно дорогостоящее и энергозатратное импортное водоочистное оборудование отстойники, фильтры разных конструкций, центрифуги, фильтр-прессы и др.

Такие технологии снижают технико-экономические показатели работы предприятий и препятствуют давно назревшей модернизации многочисленных устаревших СПВ. В целях поддержания относительно приемлемого для производства качества воды по механическим и солевым компонентам, из таких СПВ производится сброс в окружающую среду продувочных загрязненных вод. Количество этих сточных вод по металлургическим заводам стран СНГ составляет 4,1 млрд. м3/год при потреблении воды из внешних источников 5,2 млрд. м3/год и расходе оборотной воды 29,8 млрд. м3/год. Уровень оборотного водоснабжения по отрасли не превышает 84%, и он значительно ниже достигнутого в технически передовых странах. Наиболее экологически опасные ОМО, получаемые в оборотных циклах сталеплавильных и прокатных производств, в большинстве случаев, особенно на передельных заводах, не имеющих цехов рудоподготовки, размещаются на территории предприятий с нарушением экологических норм ввиду малой эффективности существовавших технологий обезвоживания и дальнейшей подготовки к утилизации.

Тем не менее, ухудшение экологической ситуации и дефицит воды в развивающихся «металлургических» регионах вынуждают предприятия проводить реконструкцию в направлении создания бессточных малоотходных СПВ. По мере увеличения степени замкнутости СПВ в их воде значительно возрастает концентрация солей, поступающих от потребителей, с подпиточной водой и вводимых при реагентной обработке на очистных сооружениях. Поэтому, наряду с применением ингибиторов коррозии и солеотложения, возникает необходимость совершенствования структуры СПВ и включения в них установок обессоливания вод. Однако существовавшие методики не позволяли выполнить прогнозные расчеты концентрации растворимых компонентов в воде сложных многоконтурных, содержащих десятки взаимосвязанных подсистем, СПВ, характерных для большинства предприятий черной металлургии, и на этой основе оптимизировать их структуру и определить реально необходимую производительность дорогостоящих и энергоемких установок обессоливания.

Обострение конкуренции между ведущими мировыми «металлургическими» экономиками также поставило задачу создания для отечественных предприятий экономически более эффективных и экологически безопасных СПВ.

Таким образом, уровень знаний и технологий, а также фактическое состояние СПВ во многом не соответствовал требованиям современного металлургического производства, экономическим условиям и экологическим нормативам.

Актуальность выполненных в настоящей работе экспериментальных и теоретических исследований, создания на их основе высокоэффективных технологий и оборудования, освоения его производства, широкого внедрения разработок на предприятиях черной металлургии определялась наличием в СПВ принципиальных проблем.

Цель работы состоит в научном обосновании, разработке и внедрении всесторонне эффективных и экологически безопасных технологий, оборудования и структур СПВ заводов черной металлургии.

Объектом исследования являются СПВ заводов черной металлургии.

Предметом исследования являются: структура СПВ, свойства технологических вод и осадков, технологии и оборудование для очистки воды и подготовки осадков к утилизации.

Задачи исследований и разработок:

1. Проанализировать технологии, оборудование и структуру СПВ заводов черной металлургии, установить проблемы и наметить пути решения.

2. Разработать технологическую модель и математическое описание солевых балансов в стационарных и нестационарных режимах функционирования сложных СПВ.

3. Установить физико-химические и технологические свойства ОМВ и ОМО в оборотных циклах водоснабжения МНЛЗ и АГПМ.

4. Разработать оборудование и технологии для глубокой очистки технологических вод с более высокими технико-экономическими и экологическими параметрами.

5. Разработать физическую модель с математическим описанием процесса фильтрования ОМО через пористые перегородки.

6. Разработать эффективные технологии и оборудование для обезвоживания ОМО.

7. Разработать принципиальную схему подготовки ОМО к утилизации для передельных заводов, не имеющих цехов рудоподготовки.

8. Разработать и внедрить наиболее эффективные в технологическом, экологическом и экономическом отношениях СПВ и водоочистные комплексы в оборотных циклах основных металлургических агрегатов.

Методы исследований. В работе использованы физико-химические методы исследований - дисперсионный анализ, определение удельной поверхности, микроскопия, микрофотографирование, термогравиметрия, методы аналитической химии, математического анализа, планирования экспериментов и математической статистики. Технологические исследования проводились на лабораторных и опытно-промышленных установках для фильтрования дисперсных систем под вакуумом и давлением, для изучения процессов флокуляции и седиментации, а также на промышленных аппаратах.

Достоверность результатов базируется на использовании комплекса современных физико-химических, аналитических и математических методов исследований, применении статистических методов обработки результатов экспериментов, на получении результатов, соответствующих современным научным представлениям о закономерностях строения и поведения дисперсных систем с водной дисперсионной средой, на подтверждении результатов исследований и разработок практикой эксплуатации промышленных установок.

На защиту выносятся:

1. Технологическая модель с математическим описанием солевых балансов в стационарных и нестационарных режимах функционирования сложных СПВ.

2. Физико-химические и технологические свойства ОМВ и ОМО.

3. Физическая модель с математическим описанием процесса фильтрования ОМО.

4. Технологии и аппараты для очистки технологических вод металлургических агрегатов.

5. Технологии и аппараты для обезвоживания ОМО с высоким содержанием нефтепродуктов.

6. Комплексные технологии для очистки воды и подготовки к утилизации осадков в оборотных циклах основных металлургических агрегатов.

Научная новизна:

1. Разработана технологическая модель с математическим описанием сложных, имеющих сетевую структуру СПВ. Модель позволяет рассчитать концентрации солей во всех подсистемах, оптимизировать структуру и водно-химический режим СПВ предприятия.

2. Системно изучены физико-химические и технологические свойства, разработана систематизация ОМВ и ОМО трехфазных микрогетерогенных систем, содержащих жидкую полярную дисперсионную среду, твердую и жидкую аполярную дисперсные фазы. Предложено дополнить существующую классификацию микрогетерогенных дисперсий шестью теоретически возможными трехфазными системами с жидкой дисперсионной средой эмульсионно-суспензионными системами (ЭСС).

3. Предложен и использован метод исследования взаимодействия частиц дисперсной фазы ОМВ в турбулентном потоке горизонтального отстойника-классификатора, основанный на анализе изменения во времени параметров статистического распределения размеров первичных частиц осадка. Это позволило:

- получить информацию о ходе предшествующего процесса агрегирования первичных частиц в потоке воды,

- разработать систематизацию осадков, получаемых в оборотных циклах разных технологических агрегатов, и идентифицировать их по параметру удельная поверхность твердой фазы,

- выявить способность дисперсной фазы к ортокинетической гидрофобной флокуляции,

- установить, что процесс агрегирования дисперсной фазы в целом аналогичен поведению суспензий, но имеет особенности в сочетании размеров первичных частиц в образующихся агрегатах осадка, отражаемые параметрами ЛНР.

4. Установлен характер изменения эффективности очистки оборотных вод разных металлургических агрегатов при варьировании параметров критерия Кэмпа времени смешения и флокуляции (Т1 и Т2) и градиентов скорости смешения и флокуляционного перемешивания (G1 и G2), что позволяет оптимизировать технологию очистки оборотных вод и конструкцию оборудования.

5. Установлены особенности и предложена физическая модель процесса фильтрования ОМО, заключающиеся в одновременном закупоривании пор перегородки и образовании слоя осадка. Выведено уравнение кинетики фильтрования, включающее 3 параметра: удельное сопротивление слоя осадка, удельное сопротивление закупоривания перегородки и ее начальное сопротивление.

Практическая значимость:

1. Результаты диссертационной работы стали базой для создания новых и реконструкции существующих СПВ заводов черной металлургии, отвечающих наиболее современным экологическим, технологическим и экономическим требованиям. В большинстве разрабатываемых инжиниринговыми фирмами России и Украины проектов используются созданные автором технологии и оборудование.

2. Широко применяется математическая модель для анализа и оптимизации водно-химического режима и структуры сложных СПВ, как при проектировании новых объектов, так и при поэтапном (ступенчатом) возрастании степени замыкания существующих систем, которое приводит к снижению и прекращению сброса сточных вод.

3. Разработаны и внедрены реагентные и безреагентные методы и оборудование для интенсивных процессов глубокой очистки оборотных вод и обезвоживания осадков, основанные на результатах изучения их физико-химических свойств, в т.ч. эффекта гидрофобной ортокинетической флокуляции.

4. Сформулированы и реализованы принципы конструирования аппаратов ОФ, в т.ч. эффективных камер флокуляции, для глубокой высокоинтенсивной очистки оборотной воды. На основе ОФ созданы эффективные во всех отношениях одноступенчатые (безфильтровые) внецеховые сооружения для реагентной и безреагентной очистки оборотных вод основных металлургических агрегатов.

Введенные в эксплуатацию на металлургических заводах России и Украины более 70 аппаратов диаметром до 10 м, производительностью до 1200 м3/ч имеют, в сравнении с аналогами, принципиально лучшее сочетание технологических параметров – эффективности очистки оборотной воды и удельной гидравлической нагрузки, отражаемое предложенным критерием эффективности.

5. Разработаны и внедрены на 4-х заводах России и Украины аппараты типа ОКУД для глубокого гравитационного обезвоживания ОМО до влажности 15% (сыпучее состояние). Технологические особенности процесса обезвоживания определяют минимальную, в сравнении с аналогами, себестоимость получаемого продукта.

6. На основе результатов исследований механизма и кинетики фильтрования разработаны технология и ленточный вакуум-фильтр типа Лн с намывным слоем ФВВ для механического обезвоживания ОМО. В сравнении с зарубежными технологиями фильтр-прессования удельная нагрузка увеличена в 3 4 раза при близкой влажности обезвоженного осадка, удельные затраты снижены ориентировочно в 5 раз. Начато строительство установок на уральских трубопрокатных заводах.

7. Запроектированы и введены в эксплуатацию за последние 5 7 лет на 37 объектах 26 предприятий России и Украины комплексы для очистки оборотной воды в замкнутом цикле, для обезвоживания и подготовки к утилизации осадков со значительно сниженными, в сравнении с лучшими аналогами, капитальными и эксплуатационными, в т.ч. энергетическими затратами и занимаемой территорией. Осуществляется строительство и проектирование комплексов с применением ОФ, ОКУД и других разработанных аппаратов для 10 заводов черной металлургии.

8. Материалы работы используются автором для обучения студентов кафедры «Водное хозяйство и технология воды» УрФУ им. Б.Н.Ельцина.

9. В основанной и руководимой автором инжиниринговой Научно-проектной фирме «ЭКО-ПРОЕКТ» на основе идей и результатов данной работы продолжаются исследования, совершенствование технологий и оборудования, проектирование и внедрение на предприятиях стран СНГ.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 19 международных, всероссийских, всеукраинских и региональных симпозиумах, конгрессах, конференциях и семинарах, в т.ч.:

Минпромполитики Украины. УкрГНТЦ «Энергосталь». Международная научно-практическая конференция «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов». Харьков – Щелкино, АР Крым, Украина, 2004, 2005, 2007, 2008, 2009, 2010гг.; Международный конгресс «ЭТЭВК», Ялта, 2005г.; Международный симпозиум и выставка «Чистая вода России», Екатеринбург, 2005, 2007, 2008 гг.; 6-ая ежегодная конференция «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии», Москва, МИСиС, 2008г.; Международный водный форум «ЭКВАТЭК», Москва, 2008, 2010 гг.; Международная научно-практическая конференция «Экологическая безопасность государств – членов Шанхайской организации сотрудничества», Екатеринбург, 2009 г.; Международный промышленный форум «Реконструкция промышленных предприятий – прорывные технологии в металлургии и машиностроении. Челябинск, 2009, 2010 гг.; Уральская неделя высоких технологий «Экология. Техноген», Екатеринбург, 2010 г.

Личный вклад автора состоит в выдвижении идей, научном обосновании, постановке и непосредственном проведении исследований, анализе полученных результатов и их обобщении, разработке оборудования и технологий, их патентовании, проектировании очистных сооружений и структуры СПВ, их внедрении, проведении пусконаладки и промышленных испытаний.

Публикации. Основные результаты исследований и разработок изложены в 86 печатных работах, включающих 6 коллективных монографий, 38 статей, в т.ч 21 статья в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ для публикаций результатов диссертационных работ, 5 статей в изданиях США и Англии, 5 - в Украине; опубликовано 42 тезиса докладов. Получен 21 патент на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 291 страницу машинописного текста, 97 рисунков, 32 таблицы и состоит из введения, 7 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 245 наименований и 4 приложений.

Основное содержание работы

Глава 1 содержит анализ структуры СПВ, технологий и оборудования, рассмотрение теоретических положений, лежащих в основе процессов и аппаратов для обработки водных дисперсных систем. Сделан вывод о несоответствии большинства СПВ современным технологическим, экономическим и экологическим требованиям, обоснована актуальность, сформулирована цель работы, произведена постановка задач исследований и разработок.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.