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)化運行實踐

吳貴德，殷 威，郭建東，王 鑫，馬 健

（華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300）

針對澄清池運行達不到額定出力的問題，找出了進水存有不飽和氣體、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；并進行加藥量等參數(shù)調(diào)整試驗，確定了澄清池的最佳運行參數(shù)，達到了預(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、整套引進的2×350 MW燃煤機組，鍋爐補給水系統(tǒng)由U.S.FILTER公司設(shè)計、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個澄清池為機械攪拌泥渣再循環(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臺澄清池2010年大修后，每次運行時間6～8 h，泥渣層就上浮，需靜置5～6 h等待泥層下降；補給水供水設(shè)有2條管線，在補給水管線處理漏點進行切換的過程中，澄清池運行時間更短；特別是在冷冬，來水處于低溫低濁狀態(tài)，每臺澄清池的出力只能達到50 t／h，相當(dāng)于額定出力的40%，勉強能夠滿足冬季每天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)實現(xiàn)節(jié)能減排的社會責(zé)任，電廠準備全部承擔(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)實生產(chǎn)中此問題依然經(jīng)常出現(xiàn)。

華能丹東電廠2臺機組投產(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。但是通過驗證，設(shè)備達不到額定出力，說明設(shè)備、運行參數(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，對澄清池運行參數(shù)都進行了精確的調(diào)整［3］，雖然出水一直能夠達標，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，運行中造成澄清池偏流，影響澄清池出力；對集水管進行了找平處理。

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

3.1.2 進行加藥量調(diào)整的小型試驗

聚合鋁是目前補給水預(yù)處理工藝中使用最廣泛的一種混凝劑，其作用機理是：天然水中濁度的主要成分——微小懸浮物和膠體物質(zhì)表面一般都帶有負電荷，水中加入聚合鋁，經(jīng)水解后會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，同時膠體硅去除率降低；加藥量過高，首先會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，加重濾池負擔(dān)，同時會增加水中陰離子含量（氯離子），增大陰床負擔(dān)。

聚丙烯酰胺是助凝劑，但實際上首先是一種絮凝劑，加入水中后能強烈吸附雜質(zhì)微粒而產(chǎn)生絮凝，由于其沒有除鐵和除有機物的能力，在補給水預(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，會隨澄清池出水進入濾池、活性碳等后續(xù)設(shè)備，造成濾料板結(jié)等后果［4］。

通過化驗室小型試驗，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 整治澄清池進水過飽和氣體問題

3.2.1 過飽和氣體的來源

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

補給水管線長達23 km，管徑為500 mm；因局部泄漏檢修時進入空氣，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，管線中的空氣會溶解在水中，進入澄清池后由于壓力降低，其中的過飽和空氣就會析出。

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)流釋壓后而在進入澄清池前來不及析出，就進入澄清池。

水中含有過飽和空氣，則其進入澄清池后會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，澄清池運行中因為泥渣懸浮層下降速度降低而上浮，澄清池清水區(qū)變淺、出水水質(zhì)惡化，嚴重時澄清池?zé)o法運行［5］。

3.2.3 改進措施

a.增加生水處于低壓狀態(tài)的管道長度。將澄清池進水流量調(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行的影響，這是臨時措施。條件成熟應(yīng)進行如下改造：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.分段在補給水管線的高點設(shè)置自動排氣閥。

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、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，評價此功能的參數(shù)是澄清池泥渣回流量與澄清池進水流量之比，稱為回流倍率，其設(shè)計一般為3～5倍；是澄清池在額定負荷下、兼顧攪拌強度、泥渣濃度、水在反應(yīng)室中的反應(yīng)時間等因素后，選定的回流量與進水量的關(guān)系。

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

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。

在澄清池運行時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——澄清池進水流量；

C進——進水懸浮物濃度；

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)計出力是125 t／h，可以確定最佳葉輪轉(zhuǎn)速實現(xiàn)的回流量應(yīng)該在375～625 t／h范圍內(nèi)；測定時，澄清池負荷穩(wěn)定在129 t／h，進水懸浮物為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，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)對進水量、水質(zhì)及溫度發(fā)生波動時的緩沖能力”。

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，由于反應(yīng)室流速過快，生水在反應(yīng)室停留時間太短，混凝反應(yīng)進行不徹底，使部分混凝反應(yīng)滯后到清水區(qū)進行，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，進入泥渣分離區(qū)時不能沉淀，而是進入懸浮泥渣層，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的抗波動能力的原則，在回流量設(shè)計值的上限600 t／h附近，確定以38%的葉輪轉(zhuǎn)速運行，此時的泥渣回流量為595 t／h，回流倍率為4.76倍。

4 取得的效果

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

采用表1的運行參數(shù)，進行澄清池額定負荷的出水水質(zhì)核定，從6月7日開始，經(jīng)過60 h連續(xù)運行，澄清池達到額定負荷。加藥劑量等運行參數(shù)見表2，澄清池運行流量平均值為126 t／h，達到額定出力，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)在控制指標內(nèi)。

5 經(jīng)濟效益分析

5.1 直接效益

澄清池出力不能達到額定值，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，成了推動此項工作的瓶頸，如果新建澄清池，包括土建、設(shè)備、施工等費用需800萬元。

表1 澄清池最佳運行參數(shù)

表2 澄清池考核試驗數(shù)據(jù)

5.2 間接效益

5.2.1 降低澄清池藥劑費用

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

5.2.2 降低陰床再生用燒堿費用

由于澄清池混凝劑加藥量的降低，進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計算，對調(diào)試前后使用的燒堿量、費用等進行統(tǒng)計，見表4。

表3 降低澄清池藥劑費用一覽表

表4 年節(jié)約燒堿費用一覽表

調(diào)試后，澄清池出力達到額定值，澄清池藥劑、陰床再生燒堿費用都大幅下降：澄清池藥劑、陰床再生用燒堿費用由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..補給水處理系統(tǒng)運行維護手冊［Z］.

［2］武 哲，郭文志.補給水處理系統(tǒng)機械攪拌澄清池的特點及調(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給水運行調(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）