Вправа 3.2. Розрахунок споживання води в промисловості та електроенергетиці

Дано: 1. Річні об’єми виробництва продукції по галузях:

• металургія (труби сталеві – 50 тис. т.);

• хімічна промисловість (азотні добрива – 30 тис. т., синтетичні волокна – 10 тис. т.);

• будівельна промисловість (цемент 100 тис. т.);

• харчова промисловість (борошномельна промисловість – 50 тис. т.);

• легка промисловість (бавовняні тканини – 20 млн. м.).

2. Потужність ТЕС – 300 тис.кВт.

3. Річна кількість годин використання встановленої електричної потужності 6 тис. годин.

4. Використання води на ТЕС виконується без відбору пара на теплофікацію.

5. Робоче тіло електростанції – водяна пара.

Необхідно:1.Визначити, використовуючи укрупнені норми водоспоживання, середньорічні норми витрати води і кількість стічних вод на одиницю продукції для зворотної системи водопостачання.

2. Знайти сумарне водоспоживання за місяці і рік.

3. Знайти водовідведення в промисловості.

4. Визначити критерії ефективності використання води в промисловості і ТЕС.

Розрахунок

1. Споживання води в промисловості і ТЕС характеризують такими показниками:

• загальне водоспоживання;

• забір свіжої води;

• забір зворотної води;

• безповоротне споживання води;

• об’єм водовідведення.

Середньорічні витрати води по кожному із цих показників визначають за формулою

, (3.13)

де - середньорічна витрата води за показниками споживання, м³; - річний об’єм виробництва; - середньорічна укрупнена норма витрати води або кількості стічних вод на одиницю продукції.

Величину визначають за укрупненими нормами водоспоживання і водовідведення для різних галузей промисловості [10] (додаток 9). За додатком знаходимо для відповідних завданню галузей витрати води на одиницю продукції по всіх показниках.

Для чорної металургії на трубопрокатних заводах без сталеплавильного виробництва середньорічне загальне водоспоживання при зворотній схемі складає 60,37 м³ на 1 тонну труб, забір свіжої води – 5,55 м³/т, забір зворотної води – 54,82 м³/т, безповоротне споживання – 1,53 м³/т, водовідведення – 4,02 м³/т.

Для хімічної промисловості при виробництві азотних добрив (амонійної селітри із застосуванням водяного охолодження) для зворотної системи водопостачання загальне водоспоживання складає 58,34 м³/т, забір свіжої води – 3,34 м³/т, забір зворотної води – 55,0 м³/т, безповоротне водоспоживання – 1,1 м³/т. При виробництві синтетичних волокон для зворотної системи водопостачання загальне водоспоживання складає 3800м³/т, забір свіжої води – 400 м³/т, забір зворотної води – 3400 м³/т, об’єм водовідведення – 300 м³/т.

Для промисловості будівельних матеріалів при виробництві цементу за “мокрим” способом із обертаючими печами загальне водоспоживання складає 16,5 м³/т, забір свіжої води – 2,36 м³/т, забір зворотної води – 14,1м³/т, безповоротне споживання складає 2,19 м³/т, об’єм водовідведення – 0,17 м³/т.

Для харчової промисловості (борошномельні заводи сортового помелу зерна) показники споживання води відповідно рівні: 20,6; 3,43; 17,2; 0,72; 2,71 м³/т.

Для легкої промисловості при виробництві бавовняних тканин, при зворотній системі водопостачання ці показники становлять: 395; 45; 350; 5,5; 39,5 м³ на 1000 м тканини.

Згідно укрупненим нормам для конденсаційних ТЕС, розташованих на Україні (при середньорічній температурі повітря +4ºС і додатковому випаровуванні 1000 мм), в залежності від виду і способу виробництва електроенергії (турбіни з параметрами пару 90 кг/см², 535ºС, тверде паливо), при зворотній системі водопостачання із градирнями загальне водоспоживання становить 155,8 м³ на 1 МВт. час, забір свіжої води – 3,72 м³/(МВт. год), забір зворотної води – 152,1 м³/(МВт.год), безповоротне споживання – 3,44 м³/(МВт.год), водовідведення – 0,28 м³/(МВт.год).

2. Згідно формули (3.13) обчислюють показники споживання води для промисловості і енергетики (табл. 3.6).

Для отримання максимальних (літній період) і мінімальних (зимовий період) витрат спожитої води і кількості стічних вод необхідно враховувати коефіцієнти зміни норми за сезонами року: і

, (3.14)

, (3.15)

де – максимальна витрата за літній період, м³; – мінімальна витрата води за зимовий період, м³; – середньорічна збільшена норма споживання води і кількості стічних вод на одиницю продукції, м³; – кількість виробленої продукції за період (приймають рівною половині річного виробництва).

Тривалість літнього періоду квітень-вересень, зимового – жовтень-березень. Розрахунок проводять в табл. 3.7.

3. Ефективність використання води в виробництві може характеризуватись такими показниками сукупності:

• технічною досконалістю системи водопостачання, оцінюють кількістю використаної зворотної води у виробництві, за формулою

; (3.16)

• ефективністю використання води, яка забирається із джерела оцінюють коефіцієнтом використання

, (3.17)

• безповоротне споживання і втрати води визначають

, (3.18)

• кратність використання води

. (3.19)

В формулах (3.16) – (3.19) – середньорічна кількість води, яка використовується в зворотній системі; – середньорічна кількість води, яка забирається із джерела; – кількість води, яка надходить в систему водопостачання із сировиною; – кількість стічних вод (водовідведення), які скидаються у водойму.

Розрахунок критеріїв раціональності використання води в промисловості виконується в табл. 3.8. При цьому приймаємо, що показник =0 для розглянутих галузей.

Таблиця 3.8

Показники ефективності використання води в промисловості та енергетиці

Галузь	, %		, %	П
Чорна металургія виробництва сталевих труб	91,6	0,276	2,5	10,9
Хімічна промисловість: азотні добрива; синтетичні волокна	94,3 89,5	0,323 0,25	1,9 2,6	17,5 9,5
Промисловість будівельних матеріалів (цемент)	85,7	0,93	13,3	7,0
Харчова промисловість (борошномельне виробництво)	83,3	0,21	2,5	6,0
Легка промисловість (бавовняні тканини)	88,6	0,12	1,4	8,8
ТЕС	97,6	0,93	2,22	41,8

Аналіз отриманих результатів свідчить про високий рівень використання повторних (зворотних) вод, так 83,3-97,6 % води використовується в обороті і тільки 2,4-16,7 % свіжої води використовується із джерела. Втрати води в технологічних процесах складають 1,4-13,3 % від загального водоспоживання, або 12-93 % від забору свіжої води. Кратність використання води коливається від 6 (в харчовій промисловості) до 41,8 (в ТЕС), тобто одна і та ж вода може використовуватись до 41,8 разів.

Вправа 3.3. Розрахунок споживання води в зрошенні

Дано: 1. Місце розташування зрошуваного масиву – Дніпропетровська область (Північний Степ).

2. Площа зрошення – 5678 га.

3. Структура зрошуваних земель: люцерна – 30 %, озима пшениця – 10 %, кукурудза – 35 %, цукровий буряк – 25 %.

4. Режим зрошення основних сільськогосподарських культур (додаток 10).

5. Місячні суми опадів на забезпеченість року – 75 %.

6. Коефіцієнт корисної дії зрошувальної мережі – 0,85.

Необхідно:1. Побудувати графік гідромодуля.

2. Розрахувати об’єми споживання води.

3. Визначити величину водовідведення.

Розрахунок

1. Для визначення об’ємів спожитої води необхідно мати графіки подачі води на зрошуваний масив. В основі побудови цього графіка лежить гідромодуль.

Гідромодуль – питома витрата води на одиницю площі, тобто

, (3.20)

де – гідромодуль, л/(с·га); – площа, яка зайнята культурою в долях від площі зрошення; – поливна норма, м³/га; – тривалість поливу протягом доби (годин); – тривалість поливу в добах.

Використовуючи структуру зрошуваних площ і режим зрошення сільськогосподарських культур, будують графік гідромодуля (табл. 3.9 та рис. 3.1)

За графіком гідромодуля, знаходять середню величину гідромодуля за місяць за формулою

, (3.21)

де – середньомісячний гідромодуль, л/с·га; – гідромодуль за і-тий полив в розглянутому місяці, л/с·га; - тривалість і-го поливу в розглянутому місяці, діб; – тривалість місяця, діб.

Рис. 3.1. Графік гідромодуля

Таблиця 3.9

Відомість для розрахунку графіка гідромодуля

Сільськогосподарська культура	Доля площі	Зрошувальна норма, м³/га	Номер поливу	Поливна норма, м³/га	Строки поливу	Тривалість поливу, діб	Гідромодуль, л/(с·га)
1	2	3	4	5	6	7	8
Люцерна	0,3	3600	1 2 3 4 5 6	600 600 600 600 600 600	26-30.05 26-30.06 11-15.07 25-29.07 10-14.08 26-30.08	5 5 5 5 5 5	0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
Озима пшениця	0,1	2000	В 1 2	1000 500 500	1-15.09 15-19.05 6-10.06	15 5 5	0,09 0,14 0,14
Кукурудза	0,35	2400	1 2 3 4	600 600 600 600	30.06-4.07 14-18.07 28.07-1.08 11-15.08	5 5 5 5	0,58 0,58 0,58 0,58
Цукровий буряк	0,25	3000	1 2 3 4 5	600 600 600 600 600	28.06-2.07 11-15.07 24-28.07 8-12.08 19-23.08	5 5 5 5 5	0,42 0,42 0,42 0,42 0,42

Розрахунок ведемо в табличній формі (табл.3.10).

2. Об’єм спожитої води на зрошення (нетто) за кожен місяць необхідно визначати за формулою

, (3.22)

де – об’єм води (нетто), який спожитий на зрошення за місяць, м³; – площа зрошення , га; - тривалість місяця в секундах ( с).

Таблиця 3.10

Обчислення ординат графіка гідромодуля

Місяць	Сільськогосподарська культура
05	Озима пшениця Люцерна	0,14 0,50	5 5	0,70 2,50	0,11
06	Озима пшениця Люцерна Кукурудза Буряк	0,14 0,50 0,58 0,48	5 5 1 4	0,70 2,50 0,58 1,92	0,20
07	Кукурудза Буряк Люцерна Буряк Кукурудза Люцерна Кукурудза Буряк	0,58 0,48 0,50 0,48 0,58 0,50 0,58 0,48	4 1 5 5 5 5 4 5	2,32 0,48 2,50 2,40 2,90 2,50 2,32 2,40	0,56
08	Кукурудза Люцерна Люцерна Буряк Кукурудза Буряк	0,58 0,50 0,50 0,42 0,58 0,42	1 5 5 5 5 5	0,58 2,50 2,50 2,10 2,90 2,10	0,41
09	Озима пшениця	0,09	15	2,10	0,045

Об’єм споживання води (брутто) визначають за формулою

, (3.23)

де - ККД зрошувальної системи (для закритих зрошувальних систем =0,85)

Отримані об’єми води приводять в табл. 3.11.

Таблиця 3.11

Об’єм спожитої води на зрошення, млн. м³

Показник	05	06	07	08	09	Рік
	1,62	2,79	8,24	6,03	0,66	19,34
	1,90	3,29	9,69	7,09	0,78	22,75

3.Об’єм водовідведення зі зрошуваних земель визначають за формулою

, (3.24)

де – укрупнений показник водовідведення зі зрошуваних земель, тис. м³/га за сезон; - свіжа зрошувальна вода, яка подається на зрошувальну систему, тис. м³/га за сезон; - опади, які випали за сезон, тис.м³/га

Показники і можна обчислити за формулою

, (3.25)

, (3.26)

де - об’єм води, який споживається на зрошення за рік, м³; - зрошувана площа, га; - сума опадів за поливний період в рік 75 %-ної забезпеченості, мм (додаток 11).

Тоді

тис. м³/га

тис. м³/га

тис. м³/га.

Водовідведення за рік із зрошуваних земель становить

, (3.27)

тис. м³/га

Внутрішньорічний розподіл водовідведення прямо пропорційно подачі води на поля. Щомісячно водовідведення і за рік розміщують в табл. 3.12.

Таблиця 3.12

^{Об’єми водовідведення зі зрошуваних земель, тис. м3}

Місяць					Рік
05	06	07	08	09
207	358	1054	771	85	2475

Вправа 3.4. Розрахунок споживання води в рибному господарстві

Дано: 1. Місце розташування рибних господарств – Дніпропетровська область.

2. Виробництво риби – 8100 ц.

3. Глибина залягання ґрунтових вод – 1,5 м.

Необхідно: 1. Визначити споживання води в рибному господарстві.

2. Визначити водовідведення в рибному господарстві.

Розрахунок

1. Свіжу рибу розводять в коропових рибних господарствах, які включають в себе такі види ставків: вирослі, нерестові, зимові, літні, карантинні.

Площа вирослих ставків визначається за формулою

, (3.28)

де – площа виросних ставків, га; Р – загальна потреба в свіжій рибі, ц; П – нормативна рибопродуктивність вирослих ставків в залежності від природних умов області (табл. 3.13).

Таблиця 3.13

Нормативна рибопродуктивність виросних ставків (за областями України)

Область	Рибопродуктивність, ц/га
Волинська, Львівська, Ровенська, Тернопільська, Івано-Франківська, Хмельницька, Київська (півн. част.), Чернігівська, Сумська, Житомирська	17,0
Закарпатська, Вінницька, Черкаська, Київська (під. част.),Чернівецька, Полтавська, Харьківська	20,0
Кіровоградська. Дніпропетровська, Донецька, Луганська	25,0
Одеська, Миколаївська, Херсонська, Запорізька, Кримська	26,0

Тоді для умов Дніпропетровської області =8100/25=324 га.

Розрахунок площі ставків всіх категорій виконують в формі таблиці (табл. 3.14).

Таблиця 3.14

Визначення площі ставка, га (Дніпропетровська область) [2]

Найменування ставка	Позначення	Розрахункова формула	Площа ставків, га
Вирослі	В	Р/П	324,0
Нерестові	Н	В/(20-21)	16,2
Зимові	З	В/(10-12)	32,4
Літні	Л	В/20	16,2
Карантинні	К	В/50	6,5
Всього			395,3

Середня площа повносистемного господарства становить 37-38 га. Тоді необхідна кількість нерестових господарств складає

шт.

В рибному господарстві воду використовують для наповнення ставків, насичення ложа, покриття втрат на випаровування і фільтрацію.

Витрату води для наповнення ставків визначають за формулою

, (3.28)

де – витрата води, яка подається на наповнення ставка, м³/добу; – об’єм ставків даної категорії, м³; – тривалість наповнення ставків даної категорії, діб.

Об’єм ставків визначають за формулою

, (3.29)

де – площа ставків даної категорії, м²; - середня нормативна глибина в ставку, м.

Розрахунок споживання води на наповнення ставків виконують в табличній формі (табл. 3.15)

Таблиця 3.15

Витрата води на наповнення ставків

Категорія ставків	Загальна площа, тис. м²	Середня нормативна глибина, м	Об’єм, тис. м³	Наповнення	Тривалість наповнення, доба	Витрата, тис. м³/добу
Вирослі	3240	0,8	2592	1 – 15.06	15	172,8
Нерестові	162	0,5	81	25 – 26.05	2	40,5
Зимові	324	1,75	567	25 – 28.09	4	141,8
Літні	162	1,75	283,5	25 – 28.04	4	70,8
Карантинні	65	1,0	65

Витрата води на насичення ложа, м³/добу визначають за формулою

, (3.30)

де – об’єм води, який йде на насичення ставків, м³; - нормативна тривалість насичення, діб.

Об’єм води, який йде на насичення ложа, обчислюють за формулою

, (3.31)

де - дефіцит насичення ґрунтів в об’ємному виразі; - площа ставків, м²; - середня глибина залягання рівня ґрунтових вод, м.

Коефіцієнт  приймають рівним 0,2-0,4. Визначення витрати води, яка йде на насичення ложа ставків, виконують в табличній формі (табл. 3.16).

Таблиця 3.16

Витрата води на насичення ложа ставків

Види ставків	Площа, тис. м²	Середня глибина заповнення ґрунтових вод, м	Об’єм, тис. м³	Тривалість насичення, діб	Витрата, тис. м³/добу
Вирослі	3240	1,5	972	15	64,8
Нерестові	162	1,5	48,6	2	24,3
Зимові	324	1,5	97,2	4	24,3
Літні	162	1,5	48,6	4	12,5

Втрати води на випаровування і фільтрацію визначають за формулою

(3.32)

де – норма втрат на випаровування і фільтрацію, л/(сга).

Норму втрат в наближених розрахунках приймають в межах 0,05-0,15 л/(с·га). Менші значення беруть для північних областей України і для важких за механічним складом ґрунтів.

Розрахунок даних витрат води на поповнення втрат проводять в табл. 3.17.

Таблиця 3.17

Витрата води на поповнення втрат

Категорія ставків	Норми втрат, л/с·га	Площа ставків, га	Витрата, тис. м³/доб.
Вирослі	0,15	324	4,2
Нерестові	0,15	16,2	0,21
Зимові	0,15	32,4	0,42
Літні	0,15	16,2	0,21

На підставі вищенаведених таблиць складають водогосподарський розрахунок повносистемних рибних господарств (табл. 3.18).

Місячні витрати води визначають за формулою

, (3.33)

де - витрата води за добу і-тих категорій ставків на j потребу.

2. Водовідведення в рибному господарстві формується за рахунок скиду води із ставків після вилову риби.

Витрата води на водовідведення визначається за формулою

, (3.34)

де – об’єм водосховища, м³; - тривалість скиду, діб.

Розрахунок наведений в табл. 3.19.

Таблиця 3.19

Витрата води на водовідведення із ставків

Категорія ставків	Об’єм, тис. м³	Скид			Витрата, м³/добу
		початок	кінець	тривалість, діб
Виросні	2592	01.10	07.10	7	370,3
Нерестові	81	19.06	20.06	2	40,5
Зимові	567	22.04	25.04	4	283,5
Літні	283,5	12.10	14.10	3	141,8

Внутрішньорічний розподіл водовідведення в рибному господарстві наведений в табл. 3.20.

Таблиця 3.20

^{Внутрішньорічний розподіл водовідведення в рибному господарстві тис. м3}

Місяць	Категорія ставків				Всього
	вирослі	нерестові	зимові	літні
04			567		567
06		81			81
10	2592			283,5	2876