澄清池優(yōu)化運(yùn)行實(shí)踐

吳貴德，殷 威，郭建東，王 鑫，馬 健

（華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300）

澄清池優(yōu)化運(yùn)行實(shí)踐

吳貴德，殷 威，郭建東，王 鑫，馬 健

（華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300）

針對澄清池運(yùn)行達(dá)不到額定出力的問題，找出了進(jìn)水存有不飽和氣體、泥渣回流量調(diào)整不當(dāng)導(dǎo)致懸浮泥渣層上浮是其主要原因，通過引入、研究回流倍率概念；并進(jìn)行加藥量等參數(shù)調(diào)整試驗(yàn)，確定了澄清池的最佳運(yùn)行參數(shù)，達(dá)到了預(yù)期效果。

澄清池；出力；不飽和氣體；回流倍率；泥渣回流量

華能丹東電廠一期工程為Sargent＆Lundy設(shè)計(jì)、整套引進(jìn)的2×350 MW燃煤機(jī)組，鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)由U.S.FILTER公司設(shè)計(jì)、制造；水源來自鐵甲水庫，制水流程為預(yù)處理＋碳濾器＋一級復(fù)床＋混床，預(yù)處理為澄清池＋重力式濾池［1］。2個(gè)澄清池為機(jī)械攪拌泥渣再循環(huán)型，規(guī)格10 973 mm×4 572 mm，出力125 t／h；主體結(jié)構(gòu)為混凝土＋環(huán)氧涂層；內(nèi)筒為碳鋼＋環(huán)氧涂層；攪拌器功率0.25 kW，轉(zhuǎn)速20～103 r／min；刮泥板功率5.5 kW，轉(zhuǎn)速0.008 8～0.02 r／min；出水濁度5 mg／L；混凝劑、助凝劑分別使用聚合鋁和聚丙烯酰胺［2］。

1 存在的問題

2臺(tái)澄清池2010年大修后，每次運(yùn)行時(shí)間6～8 h，泥渣層就上浮，需靜置5～6 h等待泥層下降；補(bǔ)給水供水設(shè)有2條管線，在補(bǔ)給水管線處理漏點(diǎn)進(jìn)行切換的過程中，澄清池運(yùn)行時(shí)間更短；特別是在冷冬，來水處于低溫低濁狀態(tài)，每臺(tái)澄清池的出力只能達(dá)到50 t／h，相當(dāng)于額定出力的40%，勉強(qiáng)能夠滿足冬季每天1 200 t的清水制備需求。

為謀求電廠的發(fā)展，履職電廠對工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的社會(huì)責(zé)任，電廠準(zhǔn)備全部承擔(dān)東港市80 t／h工業(yè)用汽的需求。因此，提高補(bǔ)給水處理制水能力、解決澄清池出力不足，成為了電廠的當(dāng)務(wù)之急。如果澄清池能夠達(dá)到額定出力，就能基本滿足本地企業(yè)80 t／h工業(yè)用汽的需求。

2 原因分析

混凝技術(shù)在我國應(yīng)用初期，“預(yù)處理、澄清池”運(yùn)行遇到很多問題，特別是“低溫低濁”水的處理，曾經(jīng)引發(fā)了電廠化學(xué)界廣泛、深入的探討，現(xiàn)在隨著各種水處理技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，“預(yù)處理、澄清池”問題已經(jīng)較少提及，但是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中此問題依然經(jīng)常出現(xiàn)。

華能丹東電廠2臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后，由于對制水量沒有過高的要求，澄清池出力、制水能力不足的問題一直沒有暴露出來。但是通過驗(yàn)證，設(shè)備達(dá)不到額定出力，說明設(shè)備、運(yùn)行參數(shù)存在問題。

針對影響澄清池混凝效果的因素，在1999、2003年2次專業(yè)調(diào)試中，對澄清池運(yùn)行參數(shù)都進(jìn)行了精確的調(diào)整［3］，雖然出水一直能夠達(dá)標(biāo)，但在影響澄清池混凝效果的諸多因素中，如溫度，pH，原水濁度，混凝劑種類、用量，助凝劑的使用，有機(jī)物含量之外，仍有沒考慮到的因素。

通過到供水量大的熱電廠調(diào)研、討論、查閱資料，找到了癥結(jié)所在：澄清池進(jìn)水存在過飽和氣體，導(dǎo)致澄清池出力降低；回流倍率必須進(jìn)行精確調(diào)整，才能提高澄清池出力。

3 采取的措施

3.1 調(diào)試前的準(zhǔn)備

3.1.1 設(shè)備整治

a.澄清池出水收集管找平。澄清池出水收集裝置為環(huán)形集水槽，布置輻射形的8根集水管；檢查發(fā)現(xiàn)集水管不在同一水平面上，運(yùn)行中造成澄清池偏流，影響澄清池出力；對集水管進(jìn)行了找平處理。

b.保障集水管進(jìn)水孔均勻。澄清池集水管的進(jìn)水孔存在銹蝕、進(jìn)水孔直徑大小不一，也將造成澄清池運(yùn)行時(shí)存在偏流；對此采取了除銹的措施。

3.1.2 進(jìn)行加藥量調(diào)整的小型試驗(yàn)

聚合鋁是目前補(bǔ)給水預(yù)處理工藝中使用最廣泛的一種混凝劑，其作用機(jī)理是：天然水中濁度的主要成分——微小懸浮物和膠體物質(zhì)表面一般都帶有負(fù)電荷，水中加入聚合鋁，經(jīng)水解后會(huì)生成帶正電荷的氫氧化鋁膠體絮狀物（稱為礬花），與水中的“濁度”物質(zhì)通過中和、吸附、架橋、網(wǎng)捕等途徑，在澄清池中形成懸浮泥渣層，對原水起到混凝、澄清作用。混凝劑的劑量要控制在滿足混凝反應(yīng)的最低加藥量附近。加藥量過低，混凝反應(yīng)不完全，出水濁度升高，同時(shí)膠體硅去除率降低；加藥量過高，首先會(huì)由于過量的聚合鋁產(chǎn)生的純粹氫氧化鋁礬花比重較小，造成澄清池出水濁度升高，加重濾池負(fù)擔(dān)，同時(shí)會(huì)增加水中陰離子含量（氯離子），增大陰床負(fù)擔(dān)。

聚丙烯酰胺是助凝劑，但實(shí)際上首先是一種絮凝劑，加入水中后能強(qiáng)烈吸附雜質(zhì)微粒而產(chǎn)生絮凝，由于其沒有除鐵和除有機(jī)物的能力，在補(bǔ)給水預(yù)處理工藝中只起輔助混凝的作用，因此主要被用作助凝劑，得到了廣泛的使用，機(jī)理是利用其高分子鏈狀結(jié)構(gòu)的特性，在澄清池中將混凝過程中產(chǎn)生的較小礬花，鏈接、架橋成懸浮泥渣層，并增加其沉降速度。其劑量要控制在“將混凝劑在混凝過程中生成的較小礬花鏈接、架橋成較大絮凝體”的最低加藥量附近；劑量過高除造成浪費(fèi)外，過量的聚丙烯酰胺由于沒有雜質(zhì)微粒供其吸附，就不能產(chǎn)生絮凝，會(huì)隨澄清池出水進(jìn)入濾池、活性碳等后續(xù)設(shè)備，造成濾料板結(jié)等后果［4］。

通過化驗(yàn)室小型試驗(yàn)，尋找到了混凝劑、助凝劑最佳加藥劑量。

3.1.3 確定刮泥板最佳轉(zhuǎn)速

刮泥板在泥渣循環(huán)型澄清池中的作用是不斷擾動(dòng)池底泥渣，防止泥渣在池底濃縮、沉淀，使泥渣充分參與回流；其轉(zhuǎn)速設(shè)置是根據(jù)泥渣沉降速度。

由于原水濁度比較低，為了充分利用已有的泥渣，維持正常的懸浮泥渣層泥渣濃度和沉降速度，經(jīng)測定刮泥板不同轉(zhuǎn)速時(shí)的泥渣沉降比，確定刮泥板轉(zhuǎn)速由50%提高到90%，

3.2 整治澄清池進(jìn)水過飽和氣體問題

3.2.1 過飽和氣體的來源

生水泵運(yùn)行過程中盤根吸入空氣，往往是水中過飽和空氣常見來源；不能認(rèn)為備用的水泵盤根不漏水就斷定水泵盤根嚴(yán)密、不會(huì)吸入空氣。

補(bǔ)給水管線長達(dá)23 km，管徑為500 mm；因局部泄漏檢修時(shí)進(jìn)入空氣，存在管路中可能出現(xiàn)一段是水、一段是空氣的情況；檢修后投入，隨著壓力的升高，管線中的空氣會(huì)溶解在水中，進(jìn)入澄清池后由于壓力降低，其中的過飽和空氣就會(huì)析出。

生水加熱后，水對空氣溶解能力降低，水中過飽和空氣也要析出。

3.2.2 過飽和氣體影響澄清池出水的原因

澄清池進(jìn)水流量調(diào)節(jié)門離澄清池空氣非常近，由于壓力溶解在水中的空氣經(jīng)過流量調(diào)節(jié)門節(jié)流釋壓后而在進(jìn)入澄清池前來不及析出，就進(jìn)入澄清池。

水中含有過飽和空氣，則其進(jìn)入澄清池后會(huì)以微小氣泡形式析出，被礬花的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)捕捉或吸附后，使礬花比重降低，澄清池運(yùn)行中因?yàn)槟嘣鼞腋酉陆邓俣冉档投细。吻宄厍逅畢^(qū)變淺、出水水質(zhì)惡化，嚴(yán)重時(shí)澄清池?zé)o法運(yùn)行［5］。

3.2.3 改進(jìn)措施

a.增加生水處于低壓狀態(tài)的管道長度。將澄清池進(jìn)水流量調(diào)節(jié)門保持全開、改用生水泵出口門調(diào)節(jié)生水流量，在生水進(jìn)入空分器之前，使生水處于低壓的管線延長近50 m，過飽和空氣從溶解狀態(tài)以氣泡形式析出，在空分器中逸出到大氣中，提高空氣分離效果，緩解過飽和氣體對澄清池運(yùn)行的影響，這是臨時(shí)措施。條件成熟應(yīng)進(jìn)行如下改造：將生水加熱器和澄清池流量調(diào)節(jié)門移到生水泵房，將生水管線抬高到空分器入口管的標(biāo)高，并增加管道直徑。

b.定期緊固、更換生水泵的石墨盤根。

c.分段在補(bǔ)給水管線的高點(diǎn)設(shè)置自動(dòng)排氣閥。

3.3 應(yīng)用回流倍率概念確定最佳泥渣回流量

“回流倍率”在諸多“預(yù)處理”文獻(xiàn)、教材等論述中，只是提到了概念，但是沒有諸如“如何測量”、“如何調(diào)整”的說明。

3.3.1 重新定義澄清池的型式

國內(nèi)外澄清池的型式很多，華能丹東電廠澄清池外方定義為“機(jī)械攪拌泥渣再循環(huán)型”，經(jīng)比照澄清池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工藝流程，應(yīng)該重新定義為“葉輪循環(huán)澄清池”；葉輪作用是將池底部泥渣提升至反應(yīng)室中，實(shí)現(xiàn)泥渣循環(huán)參與混凝反應(yīng)，加速混凝過程。

重新定義澄清池類型，對研究此類澄清池工作原理，找出影響其出力因素，具有重要意義，由此提出了“回流倍率”的概念。

3.3.2 回流倍率

調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，可改變循環(huán)泥渣的流量，即回流量，評價(jià)此功能的參數(shù)是澄清池泥渣回流量與澄清池進(jìn)水流量之比，稱為回流倍率，其設(shè)計(jì)一般為3～5倍；是澄清池在額定負(fù)荷下、兼顧攪拌強(qiáng)度、泥渣濃度、水在反應(yīng)室中的反應(yīng)時(shí)間等因素后，選定的回流量與進(jìn)水量的關(guān)系。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，澄清池最佳葉輪轉(zhuǎn)速是在回流倍率3～5倍范圍內(nèi)的某個(gè)轉(zhuǎn)速；澄清池在運(yùn)行時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)速一般不隨負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)整，即回流量是固定的，但回流倍率隨負(fù)荷的改變而改變。

3.3.3 回流倍率測量公式的推導(dǎo)

假定最佳回流量應(yīng)該在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)或附近，在可調(diào)范圍內(nèi)設(shè)置不同葉輪轉(zhuǎn)速，測定回流倍率，然后在設(shè)計(jì)回流倍率范圍內(nèi)選定葉輪轉(zhuǎn)速，最后以設(shè)備出力、出水質(zhì)量做出判定。

在澄清池運(yùn)行時(shí)回流過程中存在如下物料平衡：

可以得出回流倍率：

式中Q進(jìn)——澄清池進(jìn)水流量；

C進(jìn)——進(jìn)水懸浮物濃度；

Q回——泥渣回流量；

C回——回流懸浮物濃度；

Q反——反應(yīng)室流量；

C反——反應(yīng)室懸浮物濃度。

3.3.4 回流倍率的測量

澄清池設(shè)計(jì)出力是125 t／h，可以確定最佳葉輪轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的回流量應(yīng)該在375～625 t／h范圍內(nèi)；測定時(shí)，澄清池負(fù)荷穩(wěn)定在129 t／h，進(jìn)水懸浮物為50 mg／L；設(shè)定葉輪轉(zhuǎn)速指示值5種工況，分別為34%、40%、48%、60%、70%，每種工況穩(wěn)定2 h后，取“泥渣回流”、“反應(yīng)室”水樣，測定懸浮物濃度，做出回流倍率、回流量—葉輪轉(zhuǎn)速關(guān)系圖，見圖1。

圖1 回流倍率、回流量－葉輪轉(zhuǎn)速關(guān)系

3.3.5 回流倍率的控制原則

在確定最佳回流倍率時(shí)，應(yīng)遵循“在保持出水質(zhì)量最佳前提下，盡量保持較大的回流量，使澄清池充分發(fā)揮應(yīng)對進(jìn)水量、水質(zhì)及溫度發(fā)生波動(dòng)時(shí)的緩沖能力”。

在泥渣濃度一定的前提下，如果回流量太小，因反應(yīng)室中泥渣濃度過低，不利于混凝反應(yīng)；反之回流量越大，反應(yīng)室中泥渣濃度就越大，就有利于混凝反應(yīng)；但回流量過大時(shí)，由于反應(yīng)室流速過快，生水在反應(yīng)室停留時(shí)間太短，混凝反應(yīng)進(jìn)行不徹底，使部分混凝反應(yīng)滯后到清水區(qū)進(jìn)行，造成清水區(qū)中礬花增多；或者由于流速過快，在反應(yīng)中打碎的礬花無法在導(dǎo)流室中重新長大，進(jìn)入泥渣分離區(qū)時(shí)不能沉淀，而是進(jìn)入懸浮泥渣層，使回流泥渣濃度下降。

從圖1可以看出，回流倍率、回流量與葉輪轉(zhuǎn)速基本上是線性關(guān)系，葉輪轉(zhuǎn)速與回流倍率的比值為7.8～8.11，平均值7.98；由此，基于較大的回流量有利于澄清池保持較強(qiáng)的抗波動(dòng)能力的原則，在回流量設(shè)計(jì)值的上限600 t／h附近，確定以38%的葉輪轉(zhuǎn)速運(yùn)行，此時(shí)的泥渣回流量為595 t／h，回流倍率為4.76倍。

4 取得的效果

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果得到了澄清池運(yùn)行包括加藥劑量在內(nèi)的最佳運(yùn)行參數(shù)，見表1。

采用表1的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行澄清池額定負(fù)荷的出水水質(zhì)核定，從6月7日開始，經(jīng)過60 h連續(xù)運(yùn)行，澄清池達(dá)到額定負(fù)荷。加藥劑量等運(yùn)行參數(shù)見表2，澄清池運(yùn)行流量平均值為126 t／h，達(dá)到額定出力，出水濁度平均值為0.88 mg／L，最大值為3.20 mg／L，出水水質(zhì)在控制指標(biāo)內(nèi)。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 直接效益

澄清池出力不能達(dá)到額定值，在很多電廠都存在，向東港市工業(yè)企業(yè)提供工業(yè)用汽，澄清池出力問題，成了推動(dòng)此項(xiàng)工作的瓶頸，如果新建澄清池，包括土建、設(shè)備、施工等費(fèi)用需800萬元。

表1 澄清池最佳運(yùn)行參數(shù)

表2 澄清池考核試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5.2 間接效益

5.2.1 降低澄清池藥劑費(fèi)用

按2013、2014年2年平均生水用量378 505 t計(jì)算，對調(diào)試前后使用的藥劑量、費(fèi)用等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表3。

5.2.2 降低陰床再生用燒堿費(fèi)用

由于澄清池混凝劑加藥量的降低，進(jìn)入陰床的氯離子含量要下降，陰床周期制水量將上升，制取同樣數(shù)量的除鹽水使用的燒堿用量要下降。

按2013、2014年2年平均除鹽水量122 581 t計(jì)算，對調(diào)試前后使用的燒堿量、費(fèi)用等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表4。

表3 降低澄清池藥劑費(fèi)用一覽表

表4 年節(jié)約燒堿費(fèi)用一覽表

調(diào)試后，澄清池出力達(dá)到額定值，澄清池藥劑、陰床再生燒堿費(fèi)用都大幅下降：澄清池藥劑、陰床再生用燒堿費(fèi)用由16.82萬元下降到8.54萬元，每年節(jié)約8.28萬元，下降幅度為49.23%；如果考慮工業(yè)用汽80 t／h，費(fèi)用將由77.07萬元下降到49.35萬元，每年節(jié)約27.7萬元，下降幅度為35.97%。

［1］美國U.S.FILTER.CO..補(bǔ)給水處理系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)手冊［Z］.

［2］武 哲，郭文志.補(bǔ)給水處理系統(tǒng)機(jī)械攪拌澄清池的特點(diǎn)及調(diào)試［J］.東北電力技術(shù)，2000，21（7）：30－32.

［3］范玉寶，吳貴德.華能丹東電廠鍋爐補(bǔ)給水運(yùn)行調(diào)試［J］.東北電力技術(shù)，2008，29（8）：37－41.

［4］肖作善，施燮鈞，王蒙聚.熱力發(fā)電廠水處理［M］.北京：中國電力出版社，1996.

［5］齊鐵范.水中過飽和氣體對澄清池運(yùn)行的影響［J］.東北電力技術(shù)，1993，14（1）：21－24.

Optimization Operation Practice of Clarification Tank

WU Gui?de，YIN Wei，GUO Jian?dong，WANG Xin，MA Jian
（Huaneng Dandong Power Plant，Dandong，Liaoning 118300，China）

For the output power questions of clarification tank run，the main reason is that suspended sludge layer goes up caused by unsaturated gas at water inlet and improper pressure adjustment of sludge quantity of reflux.Adjustment experiment is carried out by in?troducing to reflux ratio and dosage，optimum operation parameters of the clarifier are determined to achieve the desired results.

Clarification tank；Output power；Unsaturated gas；Reflux ratio；Sludge quantity of reflux

TU991.2

A

1004－7913（2016）09－0045－04

吳貴德（1963—），男，學(xué)士，高級工程師，從事火力發(fā)電廠化學(xué)專業(yè)技術(shù)管理工作。

2016－06－24）