利用新的過濾技術節能降耗增效益
1．概述
生(sheng)水(shui)(shui)(shui)系統是動力廠化學(xue)水(shui)(shui)(shui)處理的(de)(de)重要環節，生(sheng)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)的(de)(de)好壞直接影響著后續(xu)水(shui)(shui)(shui)處理的(de)(de)設備運行狀(zhuang)況及(ji)除鹽水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)，從而(er)關系到動力熱力設備安全運行。我(wo)廠原生(sheng)水(shui)(shui)(shui)系統設計(ji)負荷為480t/h，由(you)于十五擴建改造需(xu)要，生(sheng)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)量的(de)(de)增加及(ji)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)要求的(de)(de)提高，原有兩臺處理能力為240t/h的(de)(de)重力無(wu)閥(fa)濾池無(wu)法滿足生(sheng)產需(xu)求，且系統存在(zai)問題，改造已(yi)是當務(wu)之(zhi)急(ji)；經(jing)過調(diao)研和充分(fen)論證決定采用(yong)一種新(xin)型的(de)(de)束(shu)狀(zhuang)軟(ruan)填(tian)料—纖維作為濾元(yuan)的(de)(de)壓(ya)力式高效纖維過濾器。
2．生(sheng)水(shui)系統工藝(yi)現狀及問題(ti)
原生水(shui)(shui)(shui)(shui)過濾(lv)(lv)設備無(wu)閥濾(lv)(lv)池(chi)是采用顆(ke)粒狀石英砂為濾(lv)(lv)料(liao)利用水(shui)(shui)(shui)(shui)力學原理設計的一種等流速快濾(lv)(lv)池(chi)，流速為6~10m/h；其生水(shui)(shui)(shui)(shui)系統(tong)(tong)工藝(yi)流程(cheng)為原水(shui)(shui)(shui)(shui)自系統(tong)(tong)至低溫(wen)電站換熱器與(yu)低溫(wen)熱水(shui)(shui)(shui)(shui)換熱溫(wen)升(sheng)至40℃左右后，經(jing)無(wu)閥濾(lv)(lv)池(chi)過濾(lv)(lv)到(dao)清水(shui)(shui)(shui)(shui)池(chi)由清水(shui)(shui)(shui)(shui)泵引至后續設備進行水(shui)(shui)(shui)(shui)處理；該系統(tong)(tong)存在以下三個問(wen)題：
（1） 無閥(fa)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)占地面(mian)積太大，處理能力240t/h的無閥(fa)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)外型尺寸(cun)(cun)為(wei)8×4m2，處理能力400t/h的無閥(fa)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)外型尺寸(cun)(cun)為(wei)10×5m2，由于(yu)受(shou)場地及(ji)(ji)生產情(qing)況限制無法增建一套無閥(fa)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)；且用顆粒(li)狀(zhuang)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)進行過濾(lv)(lv)(lv)其(qi)過濾(lv)(lv)(lv)精度受(shou)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)粒(li)徑(jing)限制，其(qi)出(chu)水(shui)濁(zhuo)度高達5mg/L，濾(lv)(lv)(lv)料(liao)的清(qing)洗操作過于(yu)繁重；另(ling)外無閥(fa)濾(lv)(lv)(lv)池(chi)面(mian)積大，顆粒(li)狀(zhuang)石英砂易造成亂層及(ji)(ji)分布不(bu)均，嚴重時(shi)出(chu)現(xian)偏流(liu)而影響(xiang)了出(chu)水(shui)水(shui)質。
（2） 無閥(fa)濾池(chi)反洗(xi)自用水消耗量(liang)(liang)大(da)，且(qie)帶走大(da)量(liang)(liang)熱量(liang)(liang)，造成熱量(liang)(liang)的(de)極(ji)大(da)浪費。
（3） 由于系(xi)統來原水(shui)(shui)水(shui)(shui)質差，兩臺(tai)換熱(re)器堵塞及積泥垢十分嚴重，常需停運一(yi)臺(tai)進行檢(jian)修，而(er)單臺(tai)換熱(re)器的(de)容(rong)量小(xiao)，生(sheng)水(shui)(shui)溫度達不到要(yao)求(qiu)增加制(zhi)水(shui)(shui)成本。
3．可行性分析
3．1 以石(shi)英砂為濾(lv)料(liao)的無(wu)閥濾(lv)池局限(xian)性
過(guo)(guo)濾單元的整個操(cao)作過(guo)(guo)程分(fen)為(wei)兩步，第一步為(wei)水中懸浮物(wu)在濾料中的被(bei)吸附、被(bei)濾除過(guo)(guo)程，第二步為(wei)濾料的清(qing)洗過(guo)(guo)程．
顆粒狀濾(lv)(lv)料如石英砂的過濾(lv)(lv)效果，可(ke)用以下(xia)公(gong)式表示(shi)
C=Co·e-3/2·(1-ε) ·η·ηc·L/dc
式中：Co， C－分(fen)別(bie)為過濾前(qian)后懸浮物的(de)濃度；
L－濾料層(ceng)厚度；
ε－濾料層空隙(xi)率；
dc－濾料顆粒粒徑；
η－有效(xiao)碰撞次數與總(zong)碰撞次數之比(bi)，與水的(de)混凝效(xiao)果有關；
ηc－水中(zhong)懸浮物(wu)撞(zhuang)擊某單元濾(lv)料的(de)速率(lv)與流向(xiang)該單元濾(lv)料速率(lv)之比；
從(cong)公式中可知(zhi)，就(jiu)濾池(chi)而言(yan)，提高過濾效果的(de)主要(yao)途徑(jing)是減少濾料顆粒的(de)粒徑(jing)，但由于受運行阻力和反沖洗操作等因素(su)限制，顆粒狀(zhuang)濾料的(de)粒徑(jing)減少將受到限制。
另外顆(ke)(ke)粒(li)狀濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)在(zai)清洗時，由(you)于(yu)反洗水(shui)流的(de)(de)水(shui)力(li)篩分作用(yong)，在(zai)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)層中形成了沿(yan)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)水(shui)流方(fang)向濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)的(de)(de)粒(li)徑按由(you)小而(er)(er)大(da)遞增的(de)(de)分布，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)效(xiao)(xiao)果呈由(you)高到低遞減的(de)(de)不合(he)理現(xian)象，濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)層中處于(yu)上部(bu)的(de)(de)細小濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)，因其過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)效(xiao)(xiao)果較高，細小的(de)(de)孔隙很容易就(jiu)被雜質(zhi)(zhi)顆(ke)(ke)粒(li)填滿，運(yun)行阻力(li)增加(jia)并導致(zhi)水(shui)中雜質(zhi)(zhi)的(de)(de)下移，而(er)(er)處于(yu)中下部(bu)的(de)(de)粗大(da)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)，因過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)效(xiao)(xiao)果較低而(er)(er)不能對顆(ke)(ke)粒(li)實(shi)施更有效(xiao)(xiao)的(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)除(chu)，濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)池失(shi)效(xiao)(xiao)從而(er)(er)使得(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)池的(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)速、效(xiao)(xiao)率和濾(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)料(liao)的(de)(de)截(jie)污容量等指標都難(nan)以(yi)得(de)到進一(yi)部(bu)提高．
3．2纖(xian)維(wei)過(guo)濾器的特點
高效(xiao)纖(xian)(xian)維(wei)過(guo)濾器是一種(zhong)將下(xia)端掛有重墜的(de)膨化(hua)纖(xian)(xian)維(wei)長絲（直徑20~50um）束(shu)叢(cong)，懸吊(diao)于設(she)在過(guo)濾器上(shang)部的(de)多(duo)孔板上(shang)充當過(guo)濾介質(zhi)的(de)過(guo)濾設(she)備。在纖(xian)(xian)維(wei)束(shu)叢(cong)中設(she)置有若干(gan)個(ge)膠囊，過(guo)濾時先向囊內充水(shui)加壓(ya)強行擠壓(ya)周圍的(de)纖(xian)(xian)維(wei)束(shu)使之密實，然后水(shui)流(liu)自下(xia)而(er)上(shang)穿過(guo)纖(xian)(xian)維(wei)孔隙進行上(shang)向流(liu)過(guo)濾工作。清洗(xi)(xi)時先排盡囊中的(de)水(shui)，撤(che)消對纖(xian)(xian)維(wei)束(shu)的(de)擠壓(ya)，使纖(xian)(xian)維(wei)束(shu)叢(cong)在重墜的(de)重力(li)(li)和膨化(hua)纖(xian)(xian)維(wei)的(de)彈力(li)(li)聯合作用下(xia)恢復其膨松狀態，然后進行氣、水(shui)聯合抖動擦(ca)洗(xi)(xi)將其清潔干(gan)凈，恢復到初始性能(neng)。
由(you)于用(yong)作(zuo)濾(lv)(lv)(lv)元的纖維是一(yi)種(zhong)彎曲而(er)柔軟(ruan)的材料(liao)(liao)，其濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)直(zhi)徑可(ke)小(xiao)達(da)幾十微(wei)米，并且在(zai)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)層中(zhong)(zhong)存在(zai)著大量的縫隙(xi)空間(jian)，在(zai)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)工作(zuo)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，通過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)對纖維束的擠壓條件(jian)就可(ke)以得(de)到不同的纖維孔隙(xi)率，過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器的效率和(he)阻力就可(ke)以控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)在(zai)設(she)(she)定的范圍內，解(jie)決(jue)了傳統的過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)設(she)(she)備無閥(fa)濾(lv)(lv)(lv)池、虹吸(xi)濾(lv)(lv)(lv)池、機械式過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器等均采(cai)用(yong)顆粒(li)(li)(li)狀(zhuang)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)如石(shi)英砂進行(xing)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)其過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)精度受濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)粒(li)(li)(li)徑較大限制(zhi)(zhi)的問題；微(wei)小(xiao)的濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)直(zhi)徑，極大地增加了濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)的比表(biao)面(mian)(mian)積和(he)表(biao)面(mian)(mian)自由(you)能(neng)，增加了水中(zhong)(zhong)雜質顆粒(li)(li)(li)與(yu)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)的接觸機會和(he)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)的吸(xi)附能(neng)力，從而(er)提高(gao)了過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)效率和(he)截(jie)污(wu)容量。兩種(zhong)過(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器主要性能(neng)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(cong)表中可(ke)以(yi)得知(zhi)纖維過(guo)濾器(qi)(qi)的(de)生水(shui)水(shui)質(zhi)、截(jie)污容量遠高于無閥濾池；且生水(shui)經過(guo)纖維過(guo)濾器(qi)(qi)后進(jin)換(huan)熱(re)器(qi)(qi)可(ke)以(yi)解決原工藝流程中存在的(de)缺(que)陷。
經過(guo)(guo)調研分析，我們本著工藝技術領先(xian)且自動化程度高的原(yuan)則，采(cai)用PLC（Programmable Logic Controller）控制對生水(shui)(shui)系(xi)統(tong)工藝流程進行(xing)改造(zao)為：系(xi)統(tong)來生水(shui)(shui)先(xian)經4臺(tai)3000高效纖(xian)維過(guo)(guo)濾器過(guo)(guo)濾后(hou)至低溫電站通(tong)過(guo)(guo)換(huan)4低溫熱水(shui)(shui)換(huan)熱，然后(hou)進清水(shui)(shui)池。單臺(tai)3000高效纖(xian)維過(guo)(guo)濾器設(she)計出力(li)210t/h。
4．經濟效益及社(she)會效益
該生水(shui)系統改造(zao)運行一年來(lai)，解決(jue)了(le)(le)(le)原工藝中存(cun)在的問題，提高(gao)了(le)(le)(le)出水(shui)水(shui)質及水(shui)量(liang)，降(jiang)低了(le)(le)(le)生產(chan)成本。
4．1高(gao)效纖維過濾(lv)器(qi)的出水(shui)水(shui)質有了提高(gao)，使出水(shui)濁度(du)穩定(ding)并小(xiao)于2度(du)，減(jian)小(xiao)了陽床(chuang)的負擔，可有效地提高(gao)離子交換(huan)器(qi)的周期制(zhi)水(shui)量，降低酸堿耗(hao)，減(jian)輕對樹酯的污染。
4．2由(you)于采用新工藝(yi)，過濾設備(bei)用反洗水(shui)未經過加熱(re)，減小了熱(re)量損失。
無閥濾池全年(nian)反(fan)洗水量=全年(nian)制(zhi)水量×(1-制(zhi)水率)
; =2500000×(1-0.974)=42500噸(dun)
反洗水(shui)(shui)熱(re)量(liang)損失=生水(shui)(shui)溫升×反洗水(shui)(shui)量(liang)
=15×42500×4.18
=2.66×106(MJ)
折(zhe)標準油=2.66×106/41.87=63.53(t)
其中(zhong)：41.87為1kg標準油熱值；
4．3高效纖維過濾器周(zhou)期制水量(liang)大，反洗水耗(hao)量(liang)小，減少了(le)水耗(hao)；降低了(le)排污量(liang)。
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
全年節約排污費(fei)=22241.603×4.5=10萬元
4．4解決了(le)換(huan)熱器堵塞問題，提高了(le)換(huan)4換(huan)熱效(xiao)果，節約了(le)檢修費用。
改造前(qian)兩(liang)臺換(huan)(huan)熱器由(you)于原水(shui)(shui)水(shui)(shui)質差(cha)經(jing)常堵(du)塞，每(mei)年每(mei)臺需檢(jian)修2~3次，生水(shui)(shui)由(you)換(huan)(huan)熱器旁(pang)路直接(jie)進無閥濾池，低(di)(di)溫熱水(shui)(shui)由(you)循(xun)環水(shui)(shui)冷卻增(zeng)(zeng)加(jia)了(le)循(xun)環水(shui)(shui)場的用(yong)電負(fu)荷，同時由(you)于生水(shui)(shui)溫度低(di)(di)，后(hou)續設備(bei)離子(zi)交(jiao)換(huan)(huan)器的周期制水(shui)(shui)量下降(jiang)(jiang)，酸堿(jian)耗量增(zeng)(zeng)加(jia)。改造后(hou)運行半年來未發生堵(du)塞現(xian)象(xiang)，節約(yue)了(le)檢(jian)修費(fei)用(yong)，降(jiang)(jiang)低(di)(di)了(le)工人的勞動(dong)強度。
5．結論：
以纖(xian)(xian)維為(wei)濾料的(de)(de)高效(xiao)(xiao)纖(xian)(xian)維過(guo)濾器(qi)與以石(shi)英砂為(wei)濾料的(de)(de)無閥濾池相比，具有(you)過(guo)濾效(xiao)(xiao)率高、濾速快、截污容量(liang)大(da)(da)、周(zhou)期制水(shui)量(liang)大(da)(da)、自耗水(shui)低、占地面(mian)積(ji)小(xiao)的(de)(de)特點，同時解決(jue)了原(yuan)工(gong)藝流程中存在的(de)(de)問題，有(you)較高的(de)(de)經(jing)濟效(xiao)(xiao)益和社(she)會效(xiao)(xiao)益；它在電(dian)廠的(de)(de)生水(shui)處理(li)(li)工(gong)藝中正逐步得到應(ying)用，如能改(gai)進(jin)(jin)纖(xian)(xian)維濾料的(de)(de)清洗技術，簡(jian)化過(guo)濾設備的(de)(de)內(nei)部(bu)結構，使(shi)之具備直接處理(li)(li)高濁度進(jin)(jin)水(shui)的(de)(de)能力和纖(xian)(xian)維過(guo)濾設備大(da)(da)型化發展，可在污水(shui)處理(li)(li)利(li)用方面(mian)得以應(ying)用推(tui)廣。
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