1000 MW燃煤機(jī)組工業(yè)廢水零排放改造中脫水機(jī)的調(diào)試優(yōu)化運(yùn)行研究
摘要：以華能某2×1000 MW燃煤機(jī)組為例，對(duì)全廠原有工業(yè)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。改造的重點(diǎn)在于脫水機(jī)的調(diào)試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)脫水機(jī)在滿足工業(yè)廢水系統(tǒng)出力要求的基礎(chǔ)上，連續(xù)穩(wěn)定地產(chǎn)出合格的回用水和污泥。
關(guān)鍵詞：廢水;零排放;改造;脫水機(jī);
目前長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，多年監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，只占全國(guó)面積21%的長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶，其廢水排放總量卻占到了全國(guó)的40%以上，單位面積二氧化硫、氮氧化物等有機(jī)物排放強(qiáng)度為全國(guó)平均水平的1.5～2倍。長(zhǎng)江沿岸的燃煤電廠廢水排放是其中的重要影響因素，因此燃煤電廠進(jìn)行廢水零排放改造迫在眉睫，零排放不僅僅能提高用水效率，減少水資源浪費(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時(shí)也積極響應(yīng)了國(guó)家“長(zhǎng)江大保護(hù)”的號(hào)召，可為長(zhǎng)江流域的污染整治起到重要推動(dòng)作用。
1 燃煤機(jī)組工業(yè)廢水處理系統(tǒng)介紹
1.1 原有工業(yè)廢水系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題
某廠原有工業(yè)廢水系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為100 t/h，處理廢水來(lái)源主要有化學(xué)車間來(lái)廢水、主廠房機(jī)組排廢水和灰系統(tǒng)臨時(shí)排水。廢水的處理過(guò)程為曝氣、pH初調(diào)、凝聚、澄清和最終中和處理后回用。原有工業(yè)廢水處理系統(tǒng)如圖1所示。
原有工業(yè)廢水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的主要問(wèn)題:脫水機(jī)持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中脫水效果不佳，出水清液渾濁，出泥含水量較高不能達(dá)到污泥摻燒的工藝要求。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是進(jìn)水濁度偏大且濃度不穩(wěn)定，同時(shí)系統(tǒng)缺乏進(jìn)水濁度的調(diào)節(jié)功能，無(wú)法保障持續(xù)供給濁度適合且穩(wěn)定的污水。因此開(kāi)展調(diào)試運(yùn)行工作前的首要任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以解決該問(wèn)題。
1.2 脫水系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)方案
原脫水系統(tǒng)對(duì)泥水的預(yù)處理僅依靠濃縮池進(jìn)行，而原系統(tǒng)濃縮池為漏斗狀且池面半徑較大，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中污泥自然沉降速度較快，隨著脫水系統(tǒng)運(yùn)行，濃縮池底部污泥沉積層會(huì)逐漸增厚，濃縮池出水濁度不斷上升，同時(shí)刮泥機(jī)運(yùn)行阻力逐漸增大并最終造成電機(jī)燒毀。針對(duì)這一問(wèn)題，在原有濃縮池后增設(shè)平衡池，平衡池體積較小且配置兩臺(tái)工業(yè)水沖洗水泵，當(dāng)濃縮池出水濁度過(guò)大時(shí)可以在平衡池內(nèi)進(jìn)行注水稀釋調(diào)節(jié)，從而解決了脫水機(jī)進(jìn)水濁度的波動(dòng)問(wèn)題。改造后的工業(yè)廢水系統(tǒng)如圖2所示。
2 脫水機(jī)相關(guān)影響因素假設(shè)
該廠采用的脫水離心機(jī)為臥式螺旋離心機(jī)，其結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)鼓和帶污泥輸送的空心螺旋組成，轉(zhuǎn)鼓和螺旋在運(yùn)行中均處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，利用轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間的差速實(shí)現(xiàn)污泥和水的分離。對(duì)于影響脫水機(jī)脫水效果的因素，本文提出相關(guān)假設(shè)(見(jiàn)表1)。
如表1所示，本文提出影響脫水機(jī)脫水效果的主要因素有兩個(gè)，分別是進(jìn)水水質(zhì)和脫水機(jī)自身運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置，對(duì)這兩個(gè)相關(guān)因素進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分可以得出5個(gè)具體的影響變量，分別是助凝劑加藥量、進(jìn)水污泥質(zhì)量濃度、脫水機(jī)運(yùn)行差速、脫水機(jī)堰板高度(進(jìn)水量)和脫水機(jī)扭矩。本文將采用實(shí)驗(yàn)方式對(duì)這5個(gè)變量分別進(jìn)行分析研究，確定每個(gè)變量對(duì)脫水機(jī)實(shí)際運(yùn)行影響的大小，并最終得出該脫水機(jī)的最優(yōu)運(yùn)行方案。
3 影響因素實(shí)驗(yàn)分析
3.1 影響因素之間的相關(guān)性分析
對(duì)實(shí)驗(yàn)假設(shè)的影響因素進(jìn)行相關(guān)性分析的目的在于探究各個(gè)影響因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的強(qiáng)弱關(guān)系，分析結(jié)果對(duì)于排除干擾因子、簡(jiǎn)化調(diào)試實(shí)驗(yàn)流程和確定最終調(diào)試方案具有重要意義。實(shí)驗(yàn)選擇在出水含固量達(dá)標(biāo)的前提下，監(jiān)測(cè)改變加藥量、進(jìn)水量時(shí)的出泥含水率等數(shù)據(jù)，并分析各個(gè)參數(shù)之間的相關(guān)性。此次實(shí)驗(yàn)一共獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)30組，具體調(diào)試參數(shù)見(jiàn)表2。
測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理，計(jì)算各參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，見(jiàn)表3。
3.1.1 各參數(shù)對(duì)于出泥含水率影響的定性說(shuō)明
出水含固量達(dá)標(biāo)意味著脫水機(jī)的處理出水符合廢水系統(tǒng)的回用要求，這是脫水機(jī)運(yùn)行的基本前提。在此前提下，出泥含水率越低則說(shuō)明脫水機(jī)的工作效率越高，脫水效果越好。從表3所示的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，出泥含水率與加藥量、差速、進(jìn)水量和進(jìn)水質(zhì)量濃度均有一定的相關(guān)性，相關(guān)性從強(qiáng)到弱分別是:加藥量>差速>進(jìn)水量>進(jìn)水質(zhì)量濃度，只有扭矩對(duì)于出泥含水率的相關(guān)性較弱。
1)增加加藥量，出泥含水率降低
由絮凝劑理論可知，隨著加藥量的增加，原泥的絮凝速度會(huì)增加，絮體也會(huì)更加密實(shí)一些，有利于降低最終出泥含水率。因此適當(dāng)增加加藥量有利于脫水機(jī)運(yùn)行效果。
2)降低脫水機(jī)差速，出泥含水率降低
脫水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)差速越低，污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留的時(shí)間也就越長(zhǎng)，這就意味著污泥在離心力作用下的時(shí)間增加，脫水效果也就相應(yīng)得到了提高。因此差速降低有利于脫水效果。
3)增加進(jìn)水量，出泥含水率增加
當(dāng)進(jìn)水量增加時(shí)，要保證出水澄清則相同時(shí)間內(nèi)脫水機(jī)要產(chǎn)出更多的污泥，此時(shí)需要更高的差速來(lái)將污泥從廢水中分離，否則污泥就會(huì)被水帶走，等量進(jìn)水在轉(zhuǎn)鼓中的停留時(shí)間也就降低了，出泥的含水率必然增加。因此適當(dāng)降低進(jìn)水量可以獲得更好質(zhì)量的出泥，但是實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)水量是需要根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出力來(lái)進(jìn)行確定。
4)提高進(jìn)水質(zhì)量濃度，出泥含水率增加
同增加進(jìn)水量類似，當(dāng)進(jìn)水質(zhì)量濃度升高時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)如果要保持出水同樣澄清則勢(shì)必需要脫出更多的污泥，也需要更高的差速來(lái)運(yùn)行脫水機(jī)，所以如果差速保持不變，出泥的含水率勢(shì)必增加。
3.1.2 差速與各參數(shù)之間關(guān)系的定性說(shuō)明
通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)所得相關(guān)性數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，差速和進(jìn)水量、加藥量以及進(jìn)水質(zhì)量濃度之間也存在著一定的相關(guān)性，具體關(guān)系如下。
1)進(jìn)水量增加，差速升高
由于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是保證出水含固率在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，因此當(dāng)進(jìn)水量加大時(shí)，為了保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)就需要通過(guò)提高差速來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2)加藥量降低，差速增大
減少加藥量，泥水內(nèi)部的絮凝反應(yīng)速度下降，密實(shí)性變差，為了保證出水質(zhì)量此時(shí)只能通過(guò)增大差速來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3)進(jìn)水質(zhì)量濃度增加，差速升高
由于相同時(shí)間內(nèi)需要處理的污泥量增多，為了保證出水則勢(shì)必需要提高差速。
通過(guò)上述分析可以得出，無(wú)論是對(duì)出泥含水率還是差速的相關(guān)性分析來(lái)說(shuō)，進(jìn)水質(zhì)量濃度和進(jìn)水量對(duì)兩個(gè)因素的影響都是同向且影響機(jī)理類似，因此這里本著簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，縮減實(shí)驗(yàn)變量的原則，引入固體負(fù)荷(流量*質(zhì)量濃度)這個(gè)概念來(lái)代替流量和質(zhì)量濃度這兩個(gè)指標(biāo)。為了驗(yàn)證該替換指標(biāo)的可行性，本文進(jìn)行了固體負(fù)荷、進(jìn)水量和進(jìn)水質(zhì)量濃度分別與差速和出泥含水率的相關(guān)性比較，結(jié)果如表4所示。
從表4中數(shù)據(jù)可以看出，固體負(fù)荷同差速或出泥含水率的相關(guān)性均比原單獨(dú)的進(jìn)水量和進(jìn)水質(zhì)量濃度更高。所以在考慮進(jìn)料對(duì)脫水效果影響時(shí)采用固體負(fù)荷概念更容易反映出本質(zhì)。
綜合上述分析，在保證出水水質(zhì)合格的前提下，對(duì)影響出泥含水率的因素進(jìn)行相關(guān)性強(qiáng)弱排序得到:加藥量>差速>固體負(fù)荷(>進(jìn)水質(zhì)量濃度>進(jìn)水量)。
3.2 脫水機(jī)調(diào)試實(shí)驗(yàn)
3.2.1 脫水機(jī)調(diào)試流程方案確定
基于本文3.1項(xiàng)對(duì)影響因素的相關(guān)性分析，現(xiàn)提出如圖3所示的脫水機(jī)調(diào)試流程，通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，從而最大限度降低出泥的含水率。
3.2.2 脫水機(jī)堰板高度設(shè)定
脫水機(jī)堰板高度設(shè)置直接決定了脫水機(jī)的進(jìn)水量大小，脫水機(jī)的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)水量需要滿足整個(gè)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的處理要求。同時(shí)，為了保證設(shè)備的穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行設(shè)備無(wú)法在滿負(fù)荷狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行，因此控制設(shè)備出力為其額定出力的85%～95%，脫水機(jī)的額定出力為10 t/h，則對(duì)應(yīng)的控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)水量為8.5～9.5 m3/h。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得到保證，此進(jìn)水量區(qū)間范圍的脫水機(jī)堰板設(shè)置高度為245 mm。
3.2.3 加藥量控制
從絮凝理論可知，加藥量與絮凝效果成正態(tài)分布關(guān)系，其中存在一個(gè)最優(yōu)加藥量值，一旦超過(guò)該最優(yōu)值則泥水絮凝效果開(kāi)始逐漸下降，因此加藥量要控制在一定的合理范圍之內(nèi)，并不是越多越好。由于加藥量控制直接影響到污泥沉降比(sv)，而理論上一般污水處理進(jìn)水的正常30 min污泥沉降比在20%～30%。同時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得進(jìn)水污泥質(zhì)量濃度為1.463 g/L，現(xiàn)場(chǎng)配置混凝劑濃度為0.3%，加藥量450 L/h，脫水機(jī)堰板高度設(shè)置為245 mm，進(jìn)行進(jìn)水取樣污泥沉降比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)如圖4所示，結(jié)果如表5所示。
通過(guò)多次取樣實(shí)驗(yàn)可以得知，當(dāng)加藥濃度控制在0.3%，加藥量為450 L/h時(shí)，進(jìn)水的30 min污泥沉降比在20%～30%，符合處理標(biāo)準(zhǔn)。
3.2.4 脫水機(jī)差速的設(shè)定
用實(shí)驗(yàn)分析脫水機(jī)的差速設(shè)定與脫水機(jī)實(shí)際效果的關(guān)系。具體實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表6和7所示。
由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脫水機(jī)差速控制在2.3～3.8時(shí)，出水含固率達(dá)標(biāo)且出泥含水率較低。反復(fù)實(shí)驗(yàn)觀察后，最終設(shè)定脫水機(jī)差速為3.0，脫水機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定產(chǎn)出合格的清澈出水和泥餅。
注:2020-08-18，進(jìn)料8.8 m3/h。
4 結(jié)論和展望
本文通過(guò)控制出水含固率合格的情況下，探究加藥量、差速、扭矩、進(jìn)水流量和進(jìn)水質(zhì)量濃度5個(gè)變量因素對(duì)出泥含水率的影響，利用實(shí)驗(yàn)所得的30組數(shù)據(jù)分析求出了各個(gè)變量之間的相關(guān)性，再分別對(duì)各個(gè)變量進(jìn)行定性分析，排除了低相關(guān)性的扭矩因素影響，引入固體負(fù)荷的概念將進(jìn)水量和進(jìn)水濃度兩個(gè)因素合二為一，從而減少了實(shí)驗(yàn)變量個(gè)數(shù)，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)流程。最終基于實(shí)驗(yàn)確定的影響因素權(quán)重順序提出了脫水機(jī)的調(diào)試實(shí)驗(yàn)流程。最后結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中工業(yè)廢水的設(shè)計(jì)出力要求進(jìn)行變量控制實(shí)驗(yàn)，確定了最優(yōu)的日常運(yùn)行工況:助凝劑濃度選擇為0.3%，加藥量控制為450 L/h，脫水機(jī)堰板高度設(shè)置為245 mm以保證脫水機(jī)處理進(jìn)水量在8.5～9.5 m3/h，脫水機(jī)差速設(shè)置為3.0，在該參數(shù)設(shè)置下脫水機(jī)可以滿足工業(yè)廢水系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用效率和經(jīng)濟(jì)性效益的雙重最優(yōu)。本次脫水機(jī)成功調(diào)試運(yùn)行，保障了電廠廢水系統(tǒng)的整體運(yùn)行，同時(shí)處理所得回用水滿足工業(yè)水使用要求，可作為全廠工業(yè)水用水的補(bǔ)充來(lái)源，節(jié)約了水資源，處理所得污泥目前僅做摻燒處理，后期可考慮對(duì)污泥進(jìn)行干燥處理后燃燒，使其從熱量消耗者轉(zhuǎn)化為熱量產(chǎn)出者。
作者簡(jiǎn)介：呂沁文(1992-)，助理工程師，主要從事電廠化學(xué)運(yùn)行工作。
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