WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Наиболее "тонким" и ответственным элементом системы, функционирование которого определяет эффективность протекания основного технологического процесса на очистных сооружениях, является аэратор. Имея это в виду, основное внимание при научном обосновании целесообразности реконструкции систем аэрации очистных сооружений следовало бы уделить в первую очередь изучению рабочего процесса и совершенствованию конструкций аэраторов. В то же время, в этом направлении уже сделано очень много, и современные аэраторы–диспергаторы обладают весьма совершенными характеристиками. Работ по изучению рабочего процесса и совершенствованию конструкций воздухотранспортирующей и воздухораспределительной системы гораздо меньше, кроме этого, профессиональные интересы соискателя в значительно большей степени относятся именно к воздухоподающей системе, а не к аэраторам. Поэтому основным объектом исследований в диссертационной работе приняты воздуховоды, а в аналитическом обзоре аэраторам уделено достойное внимание по причине того, что выполнение требований, выдвигаемых аэраторами по обеспечению их эффективной работы, выполняется именно воздухоподающей системой.

Анализ применяемого метода расчета систем подачи воздуха в аэротенки обнаруживает очевидные недостатки, требующие его усовершенствования: метод не содержит оптимизационного анализа в качестве основополагающей основы для определения параметров воздуховодов; аэродинамические параметры воздушного потока (скорость) назначаются произвольно; применяется без обоснования для всех элементов воздухопроводящей сети упрощенный способ определения аэродинамического сопротивления; не принимается во внимание различная степень значимости воздухопроводов по их протяженности и материалоемкости.

Проблеме оптимизации параметров и режимов систем воздухообеспечения очистных сооружений ранее посвящались методические исследования. В "Справочнике" А.М. Курганова и Н.В. Федорова выбор диаметров труб рекомендуется производить с учетом требований экономичности водоводов, сети и всего комплекса сооружений, непосредственно связанных с сетью. Экономически наивыгоднейшими будут те диаметры, при которых оказываются наименьшими затраты средств на строительство и эксплуатацию водоводов, сети и указанного комплекса сооружений за принятый расчетный период. В то же время приходится констатировать, что применяемый метод расчета воздухопроводящих систем станций аэрации не опирается на комплексный оптимизационный анализ, использует произвольно назначаемые аэродинамические параметры и упрощенный способ определения аэродинамического сопротивления и должен быть усовершенствован с учетом степени значимости воздухопроводов и их протяженности и материалоемкости.

Вторая глава посвящена разработке принципов и аналитическому обоснованию оптимизации воздухотранспортирующих систем станций биологической очистки сточных вод.

Принцип оптимизации основывается на положении о том, что минимизация суммарных затрат, включающих капитальные затраты на сооружение трубопроводной системы и воздуходувной установки, а также эксплуатационных расходов на оплату электроэнергии и ремонтно-восстановительных работ, оказывается возможной лишь в том случае, когда качественный характер зависимости затрат от параметров системы является противоположным.

Если для сооружения воздухотранспортирующей системы применять трубопроводы большего диаметра, вес металлоконструкций (трубопроводы, опоры, запорно-регулирующая арматура) и стоимость их монтажа будут возрастать, то есть этот вид капитальных затрат К1 увеличивается в зависимости от выбора диаметра воздуховодов d.

Ключевым фактором является именно диаметр воздуховодов, который влияет на выбор толщины стенок воздуховода и на металлоемкость трубопроводной системы и сопутствующих конструктивных элементов. Капитальные затраты К1 зависят не только от металлоемкости, но и от выбора материала, который определяет удельные стоимостные показатели, могущие различаться в несколько раз и существенно влиять на капитальные затраты К1. В зависимости от выбора материала могут изменяться и прочностные его показатели, причем снижение прочности приводит к необходимости увеличения толщины стенок воздуховодов, что, в свою очередь, влияет на металлоемкость. Таким образом, выигрывая на удельной стоимости материала, мы при этом проигрываем в материалоемкости, и конечный результат будет определяться конкретными стоимостными и прочностными характеристиками материалов.

Изменение диаметра воздуховодов сильно сказывается на потерях давления при движении воздушного потока в воздуховоде. Уменьшение диаметра воздуховода и площади его живого сечения при том же расходе воздуха приводит к увеличению скорости воздушного потока и сильному нарастанию потерь давления на преодоление трения по длине воздуховодов и потерь давления в местных сопротивлениях. Увеличение потерь давления требует большей мощности воздуходувки N, что приводит к увеличению капитальных затрат на воздуходувку. Таким образом, две составляющие суммарных затрат обнаруживают качественно противоположный характер зависимости от диаметра воздуховода.

Рассматривая эксплуатационные расходы, можно отметить, что стоимость ремонтно-восстановительных работ возрастает с ростом материалоемкости системы, т. е. увеличиваются с увеличением диаметра воздуховодов, в то время как эксплуатационные расходы на оплату электроэнергии при эксплуатации системы возрастают вместе с мощностью воздуходувной установки при уменьшении диаметра воздуховода.

Для построенных станций аэрации металлоемкость этой системы составляет несколько сотен тонн, диаметры воздуховодов изменяются от 60 мм до 1400 мм, мощность воздуходувных станций, подающих воздух в систему, до 1000 кВт, годовые затраты на электроэнергию достигают 4 млн. руб.

В настоящей работе рассматривается возможность технико-экономической оптимизации системы по ее элементам с учетом их взаимного влияния через условия на границах взаимодействующих элементов системы.

При этом предполагается, что система, параметры элементов которой оптимизировались с учетом их взаимодействия, будет отвечать требованию оптимальности в целом. То есть предполагается, что если каждый элемент системы (с учетом взаимодействия элементов) отвечает минимуму суммарных затрат, то и вся система будет отвечать этому требованию. Этот подход вместо сложного аналитического описания функции суммарных затрат всей системы, которая дальше должна исследоваться на минимум по тем или иным параметрам, позволяет исследовать сравнительно простые функции для отдельных элементов системы. При этом точность задания этих функций может быть более высокой, чем для системы в целом.

Оптимизация воздуховодов при проектировании и реконструкции воздухоподающих систем станции аэрации должна производиться с учетом суммарной протяженности и металлоемкости воздуховодов разных диаметров.

Выполненный анализ данных по металлоемкости воздуховодов Люберецкой станции аэрации (табл. 1) показал, что наибольшей суммарной металлоемкостью (рис. 1) обладают трубопроводы диаметром 300-700 мм и 1200-1600 мм, оптимизации которых следует уделять первоочередное внимание.

При технико-экономическом анализе потери давления в воздуховодах определялись по формуле Дарси–Вейсбаха

,

где — коэффициент сопротивления трения;

l, d — длина и диаметр секции воздуховода;

— плотность воздуха;

v — скорость воздушного потока в воздуховоде.

Таблица 1

Воздуховоды аэротенков ЛбСА

Диаметр трубо­провода

Длина L, м (1 аэротенк)

Общая длина, м

Объем
металла, м3

р, %

Примечание

1

2

3

4

5

6

7

Аэротенки ЛбСА

1.

 630

27

405

4

10,9

2.

 478

63

945

7,1

19,3

3.

 273

12

180

0,77

2,1

4.

 400

52

780

5,88

16,2

5.

 219

44

660

2,34

6,4

6.

 630

119

1,41

3,8

Магистральный

7.

 820

138,7

2,8

7,8

Магистральный

8.

 1020

52

1,83

5

Магистральный

9.

 1220

233,5

9,84

26,8

Магистральный

10.

 1420

13

0,64

1,7

Магистральный

3525

36,67м3 = 286 т

Рис. 1. Процентное распределение суммарной металлоемкости воздуховодов разных
диаметров (Люберецкие очистные сооружения)

При реальных расчетных скоростях воздушного потока воздуховоды часто работают в области квадратичного сопротивления, при этом.

Шероховатость воздуховода Кэ возрастает в процессе эксплуатации вследствие процесса коррозии, запыленности и налипания волокон на внутреннюю по верхность воздуховода. Анализ, выполненный В.С. Боровковым и Ф.Г. Майра-новским, показал, что значение Кэ линейно возрастает со временем, причем темп увеличения зависит от скорости потока и запыленности воздуха. Согласно данным "Справочника по машиностроительным материалам", для воздуховодов из конструкционной стали Ст-3 средний темп процесса коррозии близок к 0,1 мм в год. Весьма близкие результаты были получены Ю.М. Мешенгиссером, изучавшим динамику изменения потерь давления в воздуховодах с течением времени.

Изменение шероховатости в период эксплуатации воздуховода приводит к изменению коэффициента аэродинамического сопротивления. Учитывая линейный характер изменения шероховатости Кэ = Кэ 0 + t, где 0,1 мм/год — опытный коэффициент, характеризующий темп изменения шероховатости, t — время в месяцах, найдем среднее значение с:

При  = 0,1·10-3 м/год; Кэ 0 = 10-3 м; Тл = 50 лет находим 1,390.

Принимая во внимание важность темпа изменения шероховатости, в рамках настоящей работы был проведен эксперимент. Испытаниям подвергались воздуховоды близких диаметров, выполненные из конструкционной стали Ст-3, с различными сроками эксплуатации: от 3-х до 27-и лет.

Полученные результаты согласуются с имеющимися в справочной литературе данными о темпе процесса коррозии конструкционной стали Ст-3.

Учитывая среднее значение с = 1,390, запишем следующее выражение для потерь давления в секции воздуховода, работающего в области квадратичного сопротивления при расчетном расходе Qр. с:

,

где lр — условная расчетная длина воздуховода, отражающая влияние местных сопротивлений на потери давления в воздуховоде.

На воздухоподающих магистралях очистных сооружений имеются местные сопротивления, которые влияют на потери давления, а, следовательно, на параметры и стоимость воздуходувки и на эксплуатационные расходы, связанные с оплатой электроэнергии.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.