利用新的過濾技術(shù)節(jié)能降耗增效益
1．概述
生水系統(tǒng)是動力廠化學(xué)水處理的重要環(huán)節(jié)，生水水質(zhì)的好壞直接影響著后續(xù)水處理的設(shè)備運(yùn)行狀況及除鹽水的水質(zhì)，從而關(guān)系到動力熱力設(shè)備安全運(yùn)行。我廠原生水系統(tǒng)設(shè)計負(fù)荷為480t/h，由于十五擴(kuò)建改造需要，生水水量的增加及水質(zhì)要求的提高，原有兩臺處理能力為240t/h的重力無閥濾池?zé)o法滿足生產(chǎn)需求，且系統(tǒng)存在問題，改造已是當(dāng)務(wù)之急；經(jīng)過調(diào)研和充分論證決定采用一種新型的束狀軟填料—纖維作為濾元的壓力式高效纖維過濾器。
2．生水系統(tǒng)工藝現(xiàn)狀及問題
原生水過濾設(shè)備無閥濾池是采用顆粒狀石英砂為濾料利用水力學(xué)原理設(shè)計的一種等流速快濾池，流速為6~10m/h；其生水系統(tǒng)工藝流程為原水自系統(tǒng)至低溫電站換熱器與低溫?zé)崴畵Q熱溫升至40℃左右后，經(jīng)無閥濾池過濾到清水池由清水泵引至后續(xù)設(shè)備進(jìn)行水處理；該系統(tǒng)存在以下三個問題：
（1） 無閥濾池占地面積太大，處理能力240t/h的無閥濾池外型尺寸為8×4m2，處理能力400t/h的無閥濾池外型尺寸為10×5m2，由于受場地及生產(chǎn)情況限制無法增建一套無閥濾池；且用顆粒狀濾料進(jìn)行過濾其過濾精度受濾料粒徑限制，其出水濁度高達(dá)5mg/L，濾料的清洗操作過于繁重；另外無閥濾池面積大，顆粒狀石英砂易造成亂層及分布不均，嚴(yán)重時出現(xiàn)偏流而影響了出水水質(zhì)。
（2） 無閥濾池反洗自用水消耗量大，且?guī)ё叽罅繜崃，造成熱量的極大浪費(fèi)。
（3） 由于系統(tǒng)來原水水質(zhì)差，兩臺換熱器堵塞及積泥垢十分嚴(yán)重，常需停運(yùn)一臺進(jìn)行檢修，而單臺換熱器的容量小，生水溫度達(dá)不到要求增加制水成本。
3．可行性分析
3．1 以石英砂為濾料的無閥濾池局限性
過濾單元的整個操作過程分為兩步，第一步為水中懸浮物在濾料中的被吸附、被濾除過程，第二步為濾料的清洗過程．
顆粒狀濾料如石英砂的過濾效果，可用以下公式表示
C=Co·e-3/2·(1-ε) ·η·ηc·L/dc
式中：Co， C－分別為過濾前后懸浮物的濃度；
L－濾料層厚度；
ε－濾料層空隙率；
dc－濾料顆粒粒徑；
η－有效碰撞次數(shù)與總碰撞次數(shù)之比，與水的混凝效果有關(guān)；
ηc－水中懸浮物撞擊某單元濾料的速率與流向該單元濾料速率之比；
從公式中可知，就濾池而言，提高過濾效果的主要途徑是減少濾料顆粒的粒徑，但由于受運(yùn)行阻力和反沖洗操作等因素限制，顆粒狀濾料的粒徑減少將受到限制。
另外顆粒狀濾料在清洗時，由于反洗水流的水力篩分作用，在濾料層中形成了沿過濾水流方向?yàn)V料的粒徑按由小而大遞增的分布，過濾效果呈由高到低遞減的不合理現(xiàn)象，濾層中處于上部的細(xì)小濾料，因其過濾效果較高，細(xì)小的孔隙很容易就被雜質(zhì)顆粒填滿，運(yùn)行阻力增加并導(dǎo)致水中雜質(zhì)的下移，而處于中下部的粗大濾料，因過濾效果較低而不能對顆粒實(shí)施更有效的濾除，濾池失效從而使得濾池的濾速、效率和濾料的截污容量等指標(biāo)都難以得到進(jìn)一部提高．
3．2纖維過濾器的特點(diǎn)
高效纖維過濾器是一種將下端掛有重墜的膨化纖維長絲（直徑20~50um）束叢，懸吊于設(shè)在過濾器上部的多孔板上充當(dāng)過濾介質(zhì)的過濾設(shè)備。在纖維束叢中設(shè)置有若干個膠囊，過濾時先向囊內(nèi)充水加壓強(qiáng)行擠壓周圍的纖維束使之密實(shí)，然后水流自下而上穿過纖維孔隙進(jìn)行上向流過濾工作。清洗時先排盡囊中的水，撤消對纖維束的擠壓，使纖維束叢在重墜的重力和膨化纖維的彈力聯(lián)合作用下恢復(fù)其膨松狀態(tài)，然后進(jìn)行氣、水聯(lián)合抖動擦洗將其清潔干凈，恢復(fù)到初始性能。
由于用作濾元的纖維是一種彎曲而柔軟的材料，其濾料直徑可小達(dá)幾十微米，并且在濾料層中存在著大量的縫隙空間，在過濾工作過程中，通過控制對纖維束的擠壓條件就可以得到不同的纖維孔隙率，過濾器的效率和阻力就可以控制在設(shè)定的范圍內(nèi)，解決了傳統(tǒng)的過濾設(shè)備無閥濾池、虹吸濾池、機(jī)械式過濾器等均采用顆粒狀濾料如石英砂進(jìn)行過濾其過濾精度受濾料粒徑較大限制的問題；微小的濾料直徑，極大地增加了濾料的比表面積和表面自由能，增加了水中雜質(zhì)顆粒與濾料的接觸機(jī)會和濾料的吸附能力，從而提高了過濾效率和截污容量。兩種過濾器主要性能對比如下：
無閥濾池
高效纖維過濾器
濾料名稱
石英砂顆粒
纖維
濾料直徑(mm)
0.5~1.0
0.02~0.05
流速(m3/h)
5~10
30
出水濁度(mg/L)
≤5
≤2
截污容量(kg/m3)
1~1.2
5~10
從表中可以得知纖維過濾器的生水水質(zhì)、截污容量遠(yuǎn)高于無閥濾池；且生水經(jīng)過纖維過濾器后進(jìn)換熱器可以解決原工藝流程中存在的缺陷。
經(jīng)過調(diào)研分析，我們本著工藝技術(shù)領(lǐng)先且自動化程度高的原則，采用PLC（Programmable Logic Controller）控制對生水系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行改造為：系統(tǒng)來生水先經(jīng)4臺3000高效纖維過濾器過濾后至低溫電站通過換4低溫?zé)崴畵Q熱，然后進(jìn)清水池。單臺3000高效纖維過濾器設(shè)計出力210t/h。
4．經(jīng)濟(jì)效益及社會效益
該生水系統(tǒng)改造運(yùn)行一年來，解決了原工藝中存在的問題，提高了出水水質(zhì)及水量，降低了生產(chǎn)成本。
4．1高效纖維過濾器的出水水質(zhì)有了提高，使出水濁度穩(wěn)定并小于2度，減小了陽床的負(fù)擔(dān)，可有效地提高離子交換器的周期制水量，降低酸堿耗，減輕對樹酯的污染。
4．2由于采用新工藝，過濾設(shè)備用反洗水未經(jīng)過加熱，減小了熱量損失。
無閥濾池全年反洗水量=全年制水量×(1-制水率)
=2500000×(1-0.974)=42500噸
反洗水熱量損失=生水溫升×反洗水量
=15×42500×4.18
=2.66×106(MJ)
折標(biāo)準(zhǔn)油=2.66×106/41.87=63.53(t)
其中：41.87為1kg標(biāo)準(zhǔn)油熱值；
4．3高效纖維過濾器周期制水量大，反洗水耗量小，減少了水耗；降低了排污量。
周期制水量（t）
反洗水量（t）
制水率
高效纖維過濾器
10000
170
0.983
無閥濾池
3500
92
0.974
過濾器全年節(jié)約水量=（過濾器制水率-濾池制水率）×全年生水量
=（0.983-0.974）×2500000
=22241.603噸
全年節(jié)約排污費(fèi)=22241.603×4.5=10萬元
4．4解決了換熱器堵塞問題，提高了換4換熱效果，節(jié)約了檢修費(fèi)用。
改造前兩臺換熱器由于原水水質(zhì)差經(jīng)常堵塞，每年每臺需檢修2~3次，生水由換熱器旁路直接進(jìn)無閥濾池，低溫?zé)崴裳h(huán)水冷卻增加了循環(huán)水場的用電負(fù)荷，同時由于生水溫度低，后續(xù)設(shè)備離子交換器的周期制水量下降，酸堿耗量增加。改造后運(yùn)行半年來未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，節(jié)約了檢修費(fèi)用，降低了工人的勞動強(qiáng)度。
5．結(jié)論：
以纖維為濾料的高效纖維過濾器與以石英砂為濾料的無閥濾池相比，具有過濾效率高、濾速快、截污容量大、周期制水量大、自耗水低、占地面積小的特點(diǎn)，同時解決了原工藝流程中存在的問題，有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；它在電廠的生水處理工藝中正逐步得到應(yīng)用，如能改進(jìn)纖維濾料的清洗技術(shù)，簡化過濾設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之具備直接處理高濁度進(jìn)水的能力和纖維過濾設(shè)備大型化發(fā)展，可在污水處理利用方面得以應(yīng)用推廣。
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