Разработка безотходных технологий при использовании природных вод

В настоящее время подача холодной воды регулируется вручную, с помощью электрозадвижек, а также изменением числа одновременно работающий насосов. Такой способ регулирования, как показано в [6], приводит к возникновению избыточных напоров в трубах, перерасходу электроэнергии, непроизводительным потерям воды. Подача горячей воды регулируется так, чтобы избежать срабатывания холодного и горячего р

езервуаров. Производительность насосов горячей воды можно регулировать или дросселированием напорной линии, или периодическим включением—отключением агрегатов.

Рис. 5. Оборотное водоснабжение литейного цеха. Функциональная схема автоматизации: 1, 2 — резервуары горячей и холодной воды; 3 — градирня; 4, 5, 8, 9 — насосы; 6, 7 — регулируемые электропри­воды насосов; 10—напорный трубопровод охлаждающей воды 11 – трубопровод нагретой самотечной воды; 12 – литейные машины; 13 – датчик уровня; 14 – датчик давления; 15 – индикатор уровня; 16 – индикатор давления; 17, 18 – электронные регуляторы; 19, 20 – переключатели режимов (ручной – автоматический); 21, 22 – ручные задатчики

Чтобы продлить срок службы электрозадвижек, персонал пользуется ими только при критичных значениях уровней и давлений воды. Поэтому имеют место значительные колебания уровней горячей и холодной воды. Чтобы избежать аварии, давление охлаждающей воды в трубопроводе намеренно завышается.

При увеличении подачи охлаждающей воды в литейный цех до момента возврата нагретой самотечной воды в резервуар проходит какое-то время, за которое вода протекает через наклонный трубопровод длиной 125 метров. Время возврата горячей воды при этом является функцией расхода охлаждающей воды. Запаздывание водопритока, носящее нелинейный характер, может быть причиной срабатывания резервуара горячей воды и срыва насосов.

С целью оптимизации режима работы описанной водооборотной станции, с учетом указанных характерных особенностей сегодняшней ее эксплуатации, была разработана упрощенная модель водооборотного цикла. Была составлена программа, по которой ЭВМ, при заданных конструктивных параметрах системы водоснабжения (геодезические перепады высот, размеры резервуаров, гидравлические характеристики трубопроводов и т. п.), а также при заданном графике потребления литейным цехом охлаждающей воды, вычисляла колебания расходов и уровней воды в разных точках сети. Подсчитывалась также мощность, потребляемая насосами горячей и холодной воды при разных способах регулирования водоподачи:

дросселированием напорной линии;

плавным изменением частоты вращения рабочего колеса насоса;

периодическим включением – отключением насосов по уровню воды в приемном резервуаре;

саморегулированием, вызванным изменением статического перепада высот за счет изменения уровня воды в резервуаре.

Выходные данные модели были представлены в виде функциональных зависимостей:

Qp = f1(t), Qг = f2(t), Нх = f3(t), Нг = f4(t),

где Qp, Qг — расходы охлаждающей горячей воды, м3/c; Нх, Нг — уровни холодной и горячей воды в резервуарах, м.

При составлении модели были приняты следующие допущения:

приведение в соответствие водопотребления и водоподачи, а также отработка заданного уровня в резервуаре происходят мгновенно; это допущение возможно, так как скорости изменения водопотребления (максимальная составляет 4800 м3/ч-ч) намного меньше, дам скорости протекания механических и гидравлических переходных процессов в трубах, резервуарах, насосах;

подача подпиточной воды в холодный резервуар производится так, что потери поды в каждый момент времени полностью компенсируются;

КПД системы «насос—двигатель» при регулировании расхода воды изменением частоты вращения рабочего колеса нacooa остается неизменным.

При расчете расходов и уровней воды определялись:

1. По реальному суточному графику водопотребления текущее значение расхода охлаждающей воды

Qp = QI + ((QI+1 – QI) / (60DI+1)) t.

где QI, DI — массивы чисел, описывающие график водопотребления; t—текущее время.

2. Время возврата нагретой самотечной воды

T = L/v,

где L —длина самотечного трубопровода.

3. Скорость потока по формуле Шези

,

где R — гидравлический радиус; I — гидравлический уклон; с—коэффициент Шези.

4. Скорость потока, выраженная через его сечение,

v = Q/w.

Решая совместно уравнения пп. 3 и 4, получим (для круглого сечения)

или

где r — радиус трубы. Отсюда v находится методом последовательного приближения при известном Q.

5. Расход горячей воды

а) при поддержании постоянным уровня холодной воды

Qг = Qp;

б) три поддержании постоянным уровня горячей воды Qг = Qс, где Qc — расход нагретой воды на выходе самотечного трубопровода;

в) при использовании свойств саморегулирования производительности за счет изменения уровня воды

,

где Нф — фиктивное давление, развиваемое насосом при нулевой подаче;

Нст = Нгр- Нд. г + Нг

— статический перепад высот; Нгр— уровень сопел градирни; Нд. г — уровень дна горячего резервуара; Нг — уровень горячей воды в резервуаре;

г) при регулировании водоподачи периодическим включением — отключением насоса

Qг = Qн при Нг ³ Нв. к,

Qг = 0 при Нг ³ Нн. к,

где Hв.к, Нн. к— верхнее и нижнее критичные значения уровня горячей воды; Qн — номинальная производительность насоса.

6. Мощность, потребляемая насосами

а) при регулировании водоподачи дросселированием напорной линии

где g - плотность воды, кг/м3; Q — текущее значение расхода, м3/ч; h — общий КПД системы «насос—двигатель»;

б) три регулировании водоподачи изменением частоты вращения рабочего колеса насоса

где Нв — уровень воды в резервуаре; Нп, Нд — геодезические высоты потребителя воды и дна резервуара.

7. Численным интегрированием текущие значения объемов (V м3) и уровней (H м) горячей и холодной воды в резервуарах

Vt = Vt-1 – t(åQвых.I - åQвх.I),

H=V/S,

где åQвых.I — суммарный расход воды, забираемой из резервуара; åQвх.I —cуммарный расход воды, подаваемой в резервуар; S — площадь резервуара, изменяющаяся по высоте.

Таким образом, задавая характер потребления воды и режим управления насосами горячей ступени, получаем значения расходов горячей и холодной воды в интересующих нас точках сети, уровней воды в резервуарах в функции времени, а также потребленную электроэнергию при том или ином режиме.

Как и следовало ожидать, наименьшее потребление электроэнергии имеет место три плавном регулировании водоподачи изменением скорости вращения насосов, наибольшее — при регулировании водоподачи дросселированием напорной линии.

 Скачать реферат