火電廠預(yù)處理系統(tǒng)排泥程序優(yōu)化及節(jié)水策略

王小龍

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223)

1 系統(tǒng)概況

某大型火電廠1，2 號(hào)反應(yīng)沉淀池接收來(lái)自某水庫(kù)的原水。原水首先與混凝劑、助凝劑、次氯酸鈉在管式混合器中進(jìn)行混合，并在絮凝池和沉淀池中完成反應(yīng)、混凝及分離過(guò)程。經(jīng)過(guò)混凝沉淀后的水進(jìn)入空氣擦洗重力濾池后進(jìn)行下一步處理，而分離沉淀下來(lái)的泥土及雜物則在預(yù)設(shè)的排泥程序下通過(guò)兩個(gè)沉淀池的各8 個(gè)排泥閥依次排放。泥水混合物進(jìn)入污泥濃縮池后通過(guò)污泥泵輸送至離心脫水機(jī)進(jìn)行脫水，脫水后的泥再裝車運(yùn)至廠外進(jìn)行處理。

沉淀池正常運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中進(jìn)水流量控制在350 ～500 t/h，根據(jù)兩個(gè)進(jìn)水管線的流量變頻控制混凝劑加藥泵進(jìn)行加藥，同時(shí)通過(guò)監(jiān)控?cái)z像頭來(lái)觀察各個(gè)混合反應(yīng)區(qū)水中礬花形成情況和沉淀區(qū)水的澄清程度，相應(yīng)調(diào)整混凝劑的加藥量，最終控制沉淀池出水濁度小于等于10 NTU。沉淀池排泥程序在順控自動(dòng)投入后，按照設(shè)定的排泥總時(shí)間(每一輪排泥中排泥閥開(kāi)啟的總時(shí)間)和輪次時(shí)間(單個(gè)排泥閥開(kāi)啟的時(shí)間)，各閥門(mén)每次開(kāi)設(shè)定時(shí)間(輪次時(shí)間)后關(guān)閉，下一個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟，依次循環(huán)，直至到達(dá)設(shè)定的每次小排泥總時(shí)間(時(shí)間設(shè)定)，間隔4 h 后(此時(shí)間間隔程序中已設(shè)定)，程序再次自動(dòng)啟動(dòng)小排泥。

2 原程序存在的問(wèn)題

在排泥管道的工藝設(shè)計(jì)上，由于1 號(hào)沉淀池較2 號(hào)沉淀池相比離污泥濃縮池更遠(yuǎn)，管道設(shè)計(jì)更長(zhǎng)，中間彎頭更多，所以1 號(hào)沉淀池單次排泥量會(huì)低一些，所需排泥時(shí)間會(huì)比2 號(hào)沉淀池更長(zhǎng)；在沉淀池的工藝分區(qū)上，原水是先經(jīng)過(guò)絮凝池后經(jīng)過(guò)沉淀池，所以絮凝池的排泥量會(huì)高一些，所需排泥時(shí)間會(huì)比沉淀池更長(zhǎng)。原有的兩個(gè)反應(yīng)沉淀池排泥順控程序是兩個(gè)互為獨(dú)立的程序，每個(gè)程序通過(guò)設(shè)定排泥總時(shí)間和輪次時(shí)間循環(huán)運(yùn)行，在運(yùn)行當(dāng)中由于工藝以及程序的問(wèn)題導(dǎo)致了以下情況。

(1) 當(dāng)兩個(gè)沉淀池同時(shí)排泥時(shí)，由于兩個(gè)沉淀池共用同一個(gè)排泥管道，且距離不同，同時(shí)排泥則容易造成其中一個(gè)沉淀池排泥不暢，從而又引起下一組排泥閥排泥不暢，產(chǎn)生疊加效應(yīng)，最終導(dǎo)致排泥管道阻塞，需要通過(guò)大量工業(yè)水沖洗或人為疏通。

(2) 原程序中人工可設(shè)的輪次時(shí)間同時(shí)作用于8 個(gè)閥門(mén)，但在運(yùn)行過(guò)程中每個(gè)閥門(mén)所需的排泥時(shí)間根據(jù)實(shí)際位置和管道長(zhǎng)度是不同的，所以出現(xiàn)了部分閥門(mén)排水過(guò)多或排泥不完全等問(wèn)題。

(3) 原程序中當(dāng)單個(gè)閥門(mén)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)故障時(shí)，排泥順控程序會(huì)卡在當(dāng)前程序，如果運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)時(shí)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則程序會(huì)一直鎖住，導(dǎo)致單個(gè)排泥閥長(zhǎng)期開(kāi)啟，而別的排泥閥無(wú)法正常排泥。

(4) 排泥總時(shí)間達(dá)到后程序會(huì)自動(dòng)結(jié)束，需要監(jiān)盤(pán)人員重新點(diǎn)擊才能開(kāi)始。由于程序原因，排泥時(shí)間上限為99 min，所以監(jiān)盤(pán)人員每12 個(gè)周期大概2 天就需要重新啟動(dòng)一次。

沉淀池整體排泥效果不好會(huì)導(dǎo)致沉淀池底部污泥沉淀，整個(gè)沉淀池容量減小，原水的出力能力下降，最終掩埋排泥口，此時(shí)就需要隔離清理。清理工期達(dá)半月之久，嚴(yán)重制約產(chǎn)水量，同時(shí)加重了原水淡化系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，降低了設(shè)備的使用壽命。預(yù)處理系統(tǒng)沉淀池原排泥程控流程如圖1 所示。

圖1 預(yù)處理沉淀池原排泥程控流程

3 排泥程序的優(yōu)化

為了在不改變現(xiàn)有工藝的條件下提高沉淀池的排泥效果，在對(duì)運(yùn)行中已出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析后，對(duì)整個(gè)排泥程序及畫(huà)面進(jìn)行了重建和優(yōu)化，具體方案如下。

(1) 將兩個(gè)沉淀池的排泥程序合并為一個(gè)，兩個(gè)沉淀池共16 個(gè)閥門(mén)按照1—16 的序號(hào)編號(hào)進(jìn)行，保證同一時(shí)間最多只會(huì)有一個(gè)閥門(mén)在進(jìn)行排泥；在程序中添加自動(dòng)跳過(guò)故障閥門(mén)功能，在單個(gè)閥門(mén)故障時(shí)，程序能自動(dòng)關(guān)閉故障閥門(mén)并自動(dòng)進(jìn)行下一步。

(2) 在每個(gè)閥門(mén)排泥完成后進(jìn)入下個(gè)排泥閥的中間過(guò)程設(shè)置等待時(shí)間，保證管道通暢；將沉淀池的絮凝池和反應(yīng)池區(qū)域的排泥閥進(jìn)行分組，根據(jù)不同區(qū)域的排泥量，按組設(shè)定排泥時(shí)間。

(3) 取消排泥總時(shí)間，運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行的需要啟?；蛘邥和３绦颉Ｏ到y(tǒng)增加總排泥程序，根據(jù)檢修和運(yùn)行需要可以對(duì)所有排泥閥進(jìn)行同時(shí)放水或者排泥。

優(yōu)化后的預(yù)處理系統(tǒng)沉淀池新排泥程控流程如圖2 所示。根據(jù)優(yōu)化后的預(yù)處理沉淀池排泥順控流程圖，對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)PLC 中的沉淀池排泥程序以及相關(guān)畫(huà)面進(jìn)行重建。在新排泥程序控制下，運(yùn)行可以通過(guò)設(shè)定等待時(shí)間Td、1 號(hào)絮凝池排放時(shí)間T1、1 號(hào)反應(yīng)池排放時(shí)間T2、2 號(hào)絮凝池排放時(shí)間T3、2 號(hào)反應(yīng)池排放時(shí)間T4以及循環(huán)時(shí)間Tw6 個(gè)時(shí)間參數(shù)來(lái)調(diào)整沉淀池的排泥效果，運(yùn)行人員根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)以及具體試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)所要求的效果。同時(shí)可以提前對(duì)故障的閥門(mén)掛上檢修位進(jìn)行切除，保證其在排泥自動(dòng)程序中不會(huì)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)意外或需要檢修時(shí)，可以通過(guò)暫停或者停止按鈕終止程序的運(yùn)行。只要點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，程序就能在無(wú)需人為干擾的情況下持續(xù)運(yùn)行，直到按下停止或者暫停按鈕，同時(shí)可以在操作畫(huà)面中觀察到當(dāng)前正在進(jìn)行的排泥閥序號(hào)。此外，當(dāng)某個(gè)閥門(mén)故障時(shí)，畫(huà)面中對(duì)應(yīng)的閥門(mén)會(huì)變成黃色故障顯示，用于提醒運(yùn)行操作人員，直到閥門(mén)正確動(dòng)作后黃色故障顯示才會(huì)消失。

圖2 預(yù)處理沉淀池新排泥程控流程

4 新程序的節(jié)水策略分析

按照優(yōu)化后的新排泥程序，結(jié)合預(yù)處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行工況，總結(jié)出三種最具代表性的控制策略對(duì)新程序控制下的排泥模式的節(jié)水經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析對(duì)比，并加上舊程序控制下的排泥模式進(jìn)行參考。

(1) 控制策略為經(jīng)濟(jì)性策略，即在保證最基本排泥效果的情況下，盡量縮短排泥閥開(kāi)啟時(shí)間。

(2) 控制策略為效果性策略，即為了保證排泥效果，適當(dāng)延長(zhǎng)排泥閥開(kāi)啟時(shí)間，縮短循環(huán)周期。

(3) 控制策略為實(shí)用性策略，即設(shè)置適當(dāng)?shù)呐拍嚅y開(kāi)啟時(shí)間和循環(huán)周期，既能達(dá)到較好的排泥效果，又能減少排水量，在一定程度上節(jié)約原水。

(4) 舊有模式，即按舊有程序的參數(shù)來(lái)對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

4 種模式對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

表1 四種控制策略下的參數(shù)設(shè)置

對(duì)于4 種控制策略，為了衡量其排水量，提出一個(gè)概念定義為“排水周期比”，即在一個(gè)排水周期內(nèi)其排水時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的比值，符號(hào)為K，單位為無(wú)量綱。其計(jì)算公式如下：

式 中，T1，T2，T3，T4，Td，Tw為 表1 中 各排泥組對(duì)應(yīng)的排泥時(shí)間，其計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

表2 控制策略K 值計(jì)算結(jié)果

由于排泥管道上無(wú)流量計(jì)，只能根據(jù)水頭的高度并將排泥管近似看作直管來(lái)進(jìn)行計(jì)算。排泥管為鑄鐵管，其直徑d=0．5 m，根據(jù)舍維列夫公式：

其管道比阻為：

排泥程序基本上全年運(yùn)行無(wú)中斷，以一整年為周期來(lái)看，4 種控制策略下，全年排泥過(guò)程中的排水量計(jì)算公式為下式(4)：

式中，m為排水量；t為全年時(shí)間；k為排水周期比；Q為排水瞬時(shí)流量；其計(jì)算結(jié)果如下表3所示，以原水單價(jià)為3 元/t 計(jì)，所造成的排放浪費(fèi)原水費(fèi)用同見(jiàn)表3。

表3 4 種控制策略下的全年排水量及原水費(fèi)用

由表3 可見(jiàn)，新程序控制下的三種排泥模式控制策略都比舊程序的經(jīng)濟(jì)性要高，并且觀察現(xiàn)場(chǎng)沉淀池的出口濁度和積泥排泥情況，發(fā)現(xiàn)沉淀池各個(gè)混合反應(yīng)區(qū)水中礬花形成情況和沉淀區(qū)出水的澄清程度良好，沉淀池清洗次數(shù)大大減少，各排泥閥排泥順暢，沉淀池出水水質(zhì)濁度合格。由此證明優(yōu)化后的新排泥程序符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，其排泥和節(jié)能效果達(dá)到了優(yōu)化的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)全廠整個(gè)預(yù)處理系統(tǒng)排泥程序的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了排泥全自動(dòng)及故障旁路功能，同時(shí)通過(guò)可變參數(shù)的添加設(shè)置滿足了多種運(yùn)行工況的需求。通過(guò)對(duì)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中三種代表性的排泥模式的節(jié)水效果進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了在新的排泥程序控制下，排泥效果良好，水質(zhì)大幅改善，結(jié)合新的排泥控制策略，廢水排放量顯著下降，原水補(bǔ)水率大大降低，經(jīng)濟(jì)性和安全性得到了提高，節(jié)水降耗效果顯著。其應(yīng)用成果及優(yōu)化控制方案可以推廣到大型火力發(fā)電廠及其他行業(yè)擁有預(yù)處理水系統(tǒng)的單位，并為其他有排放程序的水處理系統(tǒng)(例如海水淡化)提供參考。