Установки для обеззараживания сточных вод жидким хлором

5.2. Установки состоят из следующих узлов: склада хлора; устройств для испарения жидкого хлора; дозирования в воду газообразного хлора и получения хлорной воды; насосной для повышения напора воды, подаваемой в эжектор; электрощитовой и помещения КИП; вентиляционных и дегазационных устройств.

Проектирование установок с применением жидкого хлора следует вести с учетом правил безопасности для производства, хранения и транспортировки хлора.

Изложим основные принципы расчета устройств для испарения хлора и системы обезвреживания вентиляционного воздуха и соответствующие примеры расчетов.

Устройства для испарения жидкого хлора

5.3. Для хлораторных на водопроводно-канализационных сооружениях коммунального хозяйства целесообразно применять испарители-теплообменники змеевикового самокомпенсирующего типа. При этом хлор проходит по трубам, а нагревающая вода - через межтрубное пространство. Испарители такого типа наиболее просты по конструкции, надежны в эксплуатации, легко промываются.

В зависимости от условий эксплуатации и инженерного обеспечения хлораторной следует предусмотреть две схемы подачи воды к испарителю: замкнутую - при которой вода циркулирует в замкнутом цикле и последовательно проходит через подогреватель, испаритель, насос и снова через подогреватель, и прямоточную - при которой вода проходит подогреватель и испаритель, после чего сбрасывается в канализацию или используется повторно.

По замкнутой схеме работают и емкостные испарители, в которых нагрев воды производится непосредственно в сосуде, где размещается змеевик с хлором.

Замкнутую схему целесообразно применять при остромдефиците воды. Температура воды принимается максимально возможной (70 °С), при которой давление газа достигает расчетного значения (по прочности сосуда). Поэтому необходимо предусмотреть систему автоматического регулирования параметров воды и хлора. Следует отметить, что датчики давления и температуры, рассчитанные пна работу в хлорсодержащей среде, дефицитны, а их обслуживание требует высокой квалификации персонала.

Прямоточная схема предназначена для работы при низких параметрах теплообмена в испарителе. Она не требует автоматики с целью обеспечения безопасности работы. Однако в этой схеме площадь поверхности теплообмена и расход воды оказываются значительно выше, чем в замкнутой схеме.

Хлоропровод в испарителе целесообразно выполнять в виде спирали, при этом хлор должен перемещаться снизу вверх. Спираль крепится входным и выходным патрубками к крышке корпуса. Таким образом, обеспечивается самокомпенсация трубопровода при деформациях, вызванных изменением температуры среды.

При расчете испарителей принимают следующие расчетные параметры:

q_хл - производительность по хлору, кг/ч;

r_хл - скрытая теплота парообразования хлора260 кДж/кг;

t_исп - температура испарения хлора при давлении 0,05- 0,1 МПа, - 30 °С;

С_хл - удельная теплоемкость хлора 0,838 кДж/(кг^.°С);

С_B - удельная теплоёмкость воды, 4,19 кДж/(кг. °С);

К - общий коэффициент теплопередачи водычерез стальную стенку к хлору 146 кДж/(м²×ч×°С).

Площадь поверхности теплообмена в испарителе определяется по формуле

, (144)

где Q _т-количество тепла, передаваемое в испаритель,

(145)

или

. (146)

В формулах (144), (145) и (146) перепады температуры , определяются следующим образом. В качестве исходных параметров принимается температура:

хлора на входе в испаритель принимаемая равной температуре воздуха в зимнее время в помещении, где хранится хлор;

хлора на выходе из испарителя ;

воды на входе в испаритель ;

воды на выходе из испарителя .

Вначале определяют среднюютемпературу хлора в процессе испарения

. (147)

Далее определяют перепад температуры хлора в испарителе

, (148)

затем рассчитывают среднюю температуру воды в испарителе

. (149)

Тогда перепад температуры воды и хлора в испарителе составит

. (150)

Перепад температуры воды в испарителе

. (151)

Примеры расчета испарителей хлораторной производительностью 25 кг/ч

5.4. Замкнутая схема испарителя:

Исходные данные: температура хлора на входе в испаритель, принимается равной температуре воздуха в зимнее время в помещении, где хранится хлор, = 5 °С; температура хлора на выходе из испарителя = 60 °С; температура воды на входе в испаритель = 70 °C; температура воды на выходе из испарителя принимается в среднем на 5 °С ниже температуры на выходе = 65 °С.

Подставляя исходные данные в формулу(147), рассчитаем среднюю температуру хлора в процессе испарения

ч;.

Перепад температуры хлора в испарителе определим по формуле (150)

°С.

Затем определим среднюю температуру воды в испарителе по формуле (149)

°С.

Тогда перепад температур хлора и воды в испарителе составит

°С. (152)

Перепад температуры воды в испарителе составит

°C. (153)

Рассчитаем по формуле (145) количество тепла, передаваемого в испаритель:

кДж/ч.

Затем определим расход воды

кг/ч = 0,39 м³/ч,

который уточняется по фактической производительности циркуляционного насоса и должен быть не менее полученного при расчете.

Подставив Q _т и в формулу (144), получим площадью , м², поверхности теплообмена

м². (154)

На основе расчета принимаем диаметр труб хлоропровода 50 мм, а длину 7 м. Для емкостных испарителей величина q_В, не определяется. Мощность подогревателя (греющего элемента) определяется равной величине с коэффициентом запаса 1,3-1,4.

Прямоточная схема испарителя.

Исходные данные: = 5 °С; = 5 °С; = 25 °C; = 4 °С; = 12,5 °С; = 17,5 °С.

Расчетные величины определялись по аналогии с замкнутой схемой и составили: = 21 °C; = 23 °C; = 35,5 °С; = 8228 кДж/ч; q_w = 490кг/ч = 0,5м³/ч; = 2,38 м².

Диаметр труб хлоропровода 50 мм, длина 15,2 м.

5.5. Система обезвреживания вентиляционного воздуха предназначена для очистки вентиляционного воздуха складов хлора в двух случаях: при нормальном режиме хранения хлора, когда отсутствуют аварийные утечки хлора, и при аварийном режиме, когда утечка хлора из контейнера в помещение не может быть устранена.

При нормальном режиме хранения хлора обеспечивается 6-кратный воздухообмен, при этом концентрация хлора в воздухе помещения не превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК) в рабочей зоне (1 мг/м³).

Однако для обеспечения оптимальной периодичности срабатывания сигнализатора содержания хлора необходимо допускать присутствие хлора с концентрацией выше, чем ПДК. Как правило, газоанализатор настраивается на концентрацию 3-5 мг/м³, которая и является исходной при проведении расчетов условий рассеивания хлора в атмосфере при нормальном режиме работы.

Для определения необходимости очистки выбрасываемого вентиляционного воздуха следует произвести расчет условий рассеивания загрязнений в атмосфере по характерной точке-границе ближайшего населенного места.

Расчетную концентрацию хлора в воздухе в указанной точке следует принять не выше ПДК для населенных мест (0,1 мг/м³).

Расчет следует производить согласно «Методике расчета концентрации в атмосферном воздухе в выбросах предприятий» (М.: Метеоиздат, 1987).

При аварийном режиме обеспечивается 12-кратный воздухообмен, а концентрация хлора в выбрасываемом воздухе определяется по конкретным условиям компоновки склада. Максимально возможное количество хлора, поступающего из неисправного контейнера в воздух помещения, определяется для случая, когда контейнер полностью разрушен, и хлор растекается по полу склада. При этом происходит его интенсивное испарение, скорость которого ограничена притоком тепла из воздуха помещения и площадью растекания.

Количество тепла, поступающего в помещение склада с приточным воздухом, принимается по следующим характеристикам: - температура поступающего воздуха (принимается равной расчетной летней температуре, но не выше 30 °С); - температура выбрасываемого воздуха (принимается условно равной температуре испарения -30°С); - удельная теплоемкость воздуха 1,0 кДж/кг ^. °С; - удельная плотность воздуха 1,3 кг/м³; V - объем помещения склада.

Площадь испарения (растекания) хлора принимается равной площади наибольшего участка пола склада, ограниченного стенами, вентиляционными каналами или другими конструкциями, препятствующими растеканию реагента.

Скорость испарения хлора с открытой поверхности следует принимать S_их = 6 кг/(м². ч), что соответствует многочисленным опытным данным. Расчетную концентрацию хлора в вентиляционном воздухе определяют по следующим формулам:

количество хлора q_хл. испаряющегося с поверхности пола помещения,

. (155)

где F_хл - площадь растекания хлора;

количество тепла , требуемого для испарения хлора,

; (156)

количество тепла , поступающего с приточным вентиляционным воздухом,

. (157)

следует сопоставить величины и и в случае, если меньше, чем , количество испаренного хлора принять

.

Концентрация хлора в выбрасываемом воздухе

. (158)

Для обезвреживания хлора в вентиляционном воздухе допускается применение различных устройств. Одним из наиболее надежных устройств является скруббер с насадкой из керамических колец типа Рашига с восходящим потоком воздуха и орошением нейтрализующим раствором. Для обеспечения надежности удаления хлора скорость потока воздуха в скруббере V_воз, не должна превышать 1,5 м/с при высоте не менее 3 м (продолжительность контакта не менее 2 с) при орошении раствором гипосульфита натрия или кальцинированной соды или их смеси.

Количество нейтрализующих реагентов в соответствии с полным химическим взаимодействием хлора с ними составит: гипосульфита натрия Na₂S₂O₃ - l кг и кальцинированной соды Na₂CO₃ - 2 кг на 1 кг хлора (в смеси реагентов) или 3 кг Na₂CО₃ на 1 кг хлора.

Концентрацию раствора смеси этих реагентов С_см следует принимать равной 10-15 %. Интенсивность орошения раствором реагентов принимается из условия обеспечения соотношения между количеством смеси реагентов в орошающем растворе и хлора в потоке воздуха и принимается не менее n = 3. Целесообразно также обеспечить коэффициент запаса расхода реагента (К_р) не менее 1,5.

Нейтрализующие реагенты следует хранить в виде раствора в резервуаре. При этом общее количество реагентов должно соответствовать потребности для ликвидации хлора, содержащегося в одном контейнере.

Пример расчета хлораторной производительностью 25 кг/ч

5.6. Исходные данные: объем помещения склада V = 2000 м³,площадь участка пола, ограниченного двумя стенами и каналами, составляет: F_хд = 100 м².

Результаты расчетов: q_хл = 600 кг/ч; = 156 000 кДж/ч; = 1 872 000 кДж/ч.

Сопоставление величин и показывает, что расчетное количество хлора не следует снижать, поэтому концентрацию хлора определим по формуле (158)

= 25000 мг/м³.

Расход кальционированной соды при хранении хлора в контейнерах вместимостью 1000 кг составляет 3т на одну аварию.

Расчетный объем раствора смеси реагентов при суммарной концентрации С_сm = 10 % составит 30 м³.

Расхода раствора Q_оp при орошении скруббера

м³/ч. (159)

Требуемая F_cкp площадь сечения скруббера

м³. (160)

Интенсивность орошения I_ор

м³/(с^.м²). (161)

Предусматриваются два скруббера круглые в плане диаметром 2 м, выполняемыеиз сборных элементов колодцев. Высота загрузки (керамические кольца Рашига 25´25 или 50´50) Н_скр = 3 м.

Фактическое время контакта воздуха с раствором составит

с. (162)

5.7. Установки для обеззараживания сточных вод гипохлоритом натрия, получаемым электрохимическим способом, выпускаются заводом «Коммунмаш» МЖКХ РСФСР. Электролизные установки типа «ЭН» предназначены для получения обеззараживающего реагента - гипрохлорита натрия путем электролиза раствора поваренной соли.

Установки могут применяться не только для обеззараживания питьевой воды, но и промышленных и бытовых сточных вод, для обработки воды плавательных бассейнов и т.п.

Отечественной промышленностью серийно выпускаются электролизные установки производительностью 1,2; 5; 25 кг/сут активного хлора (индекс ЭН-1,2; ЭН-5; ЭН-25 соответственно). В состав электролизной установки входят: узел для растворения поваренной соли, электролизер с зонтом вытяжной вентиляции, бак-накопитель готового раствора, выпрямительный агрегат для питания электролизера, вентилятор, шкаф управления и запорная арматура. Все указанное технологическое оборудование поставляется заводом-изготовителем в комплекте.

Электролизные установки типа «ЭН» работают по следующей схеме. В растворный бак загружают поваренную соль, заливают водопроводную воду и с помощью насоса осуществляют перемешивание воды с поваренной солью до получения ее насыщенного раствора (280-310 г/л NaCl). Приготовленный раствор насосом по трубопроводу подают в электролизер, где разбавляют водой до рабочей концентрации 100-120 г/л NaCl. Затем включают выпрямительный агрегат. Процесс электролиза ведут до получения требуемой концентрации активного хлора в растворе, послечего готовый раствор сливают в бак-накопитель и весь цикл повторяют. Техническая характеристика установок приведена в табл. 54.

Таблица 54

Характеристика узла или установки	Электролизер
ЭН-1,2	ЭН-5	ЭН-25
Производительность активного хлора, кг/сут	1,2
Удельный расход соли на 1 кг активного хлора, кг	12-15	12-15	8-10
Рекомендуемое число циклов, сут	2-4
Рабочее напряжение на ванне, В	40-42	40-42	55-65
Рабочий ток, А	55-65	55-65	130-140
Удельный расход электроэнергии на 1 кг активного хлора, кВт×ч	7-9	7-9	8-10

На каждом объекте целесообразно устанавливать не более двух-трех параллельно работающих установок, из которых одна должна быть резервной.

При проектировании электролизной хлораторной рекомендуется использовать типовые и индивидуальные проекты электролизных хлораторных, выполненные ЦНИИЭП инженерного оборудования и институтом Гипрокоммунводканал». Проекты разработаны для очистных сооружений с расходом хлора 1- 50 кг/сут.

Установки с комплектом технологического оборудования размещаются в здании, в котором предусмотрено помещение для электролизеров, насосно-дозировочное отделение, электрощитовая, вентиляционная камера и служебное помещение. В помещении электролизеров располагаются электролизные установки с системой вытяжной вентиляции, в насосно-дозировочном отделении размещаются рабочие баки с дозирующими устройствами и насосное оборудование. Помещение электрохозяйства предназначается для систем управления и контроля за работой электролизеров и насосов.

Допускается располагать установки на свободных площадях существующих помещений. В этом случае растворный узел предпочтительно размещать на первом этаже здания или в подвальных помещениях вблизи склада хранения соли. Электролизер рекомендуется устанавливать в отдельном помещении. Возможно совместное расположение в одном помещении растворного узла, электролизера и бака-накопителя гипохлорита натрия. Раствор гипохлорита натрия должен поступать в бак-накопитель самотеком. Перепад высоты между сливным вентилем электролизера и входным патрубком бака-накопителя должен быть не менее 0,3 м.

В помещение должна быть проведена вода для приготовления раствора поваренной соли и промывки растворного бака, электролизера, бака-накопителя и соединяющих их магистралей после окончания их работы. Соответственно должен быть обеспечен слив промывной воды в систему водоотведения.

Выпрямительный агрегат, устройство для смены полярности электродов, шкаф управления и систему аварийной сигнализации целесообразно устанавливать на диспетчерском пункте. Шкаф управления рекомендуется крепитьна стенке в зависимостиотпланировки помещения и размещения оборудования.

Монтаж электрооборудования следует проводить согласно электрической схеме установки и «Правил эксплуатации электрических установок».

Разводку трубопроводов нужно выполнять из антикоррозионного материала, разрешенного Министерством здравоохранения СССР к применению в хозяйственно-питьевом водоснабжении.