澄清池優化運行實踐

吳貴德，殷 威，郭建東，王 鑫，馬 健

（華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300）

澄清池優化運行實踐

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、泥渣回流量調整不當導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調整試驗，確定了澄清池的最佳運行參數，達到了預期效果。

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設計、整套引進的2×350 MW燃煤機組，鍋爐補給水系統由U.S.FILTER公司設計、制造；水源來自鐵甲水庫，制水流程為預處理＋碳濾器＋一級復床＋混床，預處理為澄清池＋重力式濾池［1］。2個澄清池為機械攪拌泥渣再循環型，規格10 973 mm×4 572 mm，出力125 t／h；主體結構為混凝土＋環氧涂層；內筒為碳鋼＋環氧涂層；攪拌器功率0.25 kW，轉速20～103 r／min；刮泥板功率5.5 kW，轉速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，每臺澄清池的出力只能達到50 t／h，相當于額定出力的40%，勉強能夠滿足冬季每天1 200 t的清水制備需求。

為謀求電廠的發展，履職電廠對工業企業實現節能減排的社會責任，電廠準備全部承擔東港市80 t／h工業用汽的需求。因此，提高補給水處理制水能力、解決澄清池出力不足，成為了電廠的當務之急。如果澄清池能夠達到額定出力，就能基本滿足本地企業80 t／h工業用汽的需求。

2 原因分析

混凝技術在我國應用初期，“預處理、澄清池”運行遇到很多問題，特別是“低溫低濁”水的處理，曾經引發了電廠化學界廣泛、深入的探討，現在隨著各種水處理技術的出現和發展，“預處理、澄清池”問題已經較少提及，但是現實生產中此問題依然經常出現。

華能丹東電廠2臺機組投產后，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，設備達不到額定出力，說明設備、運行參數存在問題。

針對影響澄清池混凝效果的因素，在1999、2003年2次專業調試中，對澄清池運行參數都進行了精確的調整［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研、討論、查閱資料，找到了癥結所在：澄清池進水存在過飽和氣體，導致澄清池出力降低；回流倍率必須進行精確調整，才能提高澄清池出力。

3 采取的措施

3.1 調試前的準備

3.1.1 設備整治

a.澄清池出水收集管找平。澄清池出水收集裝置為環形集水槽，布置輻射形的8根集水管；檢查發現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 進行加藥量調整的小型試驗

聚合鋁是目前補給水預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表面一般都帶有負電荷，水中加入聚合鋁，經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”物質通過中和、吸附、架橋、網捕等途徑，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的最低加藥量附近。加藥量過低，混凝反應不完全，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，同時會增加水中陰離子含量（氯離子），增大陰床負擔。

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微粒而產生絮凝，由于其沒有除鐵和除有機物的能力，在補給水預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構的特性，在澄清池中將混凝過程中產生的較小礬花，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微粒供其吸附，就不能產生絮凝，會隨澄清池出水進入濾池、活性碳等后續設備，造成濾料板結等后果［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 確定刮泥板最佳轉速

刮泥板在泥渣循環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；其轉速設置是根據泥渣沉降速度。

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，經測定刮泥板不同轉速時的泥渣沉降比，確定刮泥板轉速由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

澄清池進水流量調節門離澄清池空氣非常近，由于壓力溶解在水中的空氣經過流量調節門節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，被礬花的網狀結構捕捉或吸附后，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，澄清池清水區變淺、出水水質惡化，嚴重時澄清池無法運行［5］。

3.2.3 改進措施

a.增加生水處于低壓狀態的管道長度。將澄清池進水流量調節門保持全開、改用生水泵出口門調節生水流量，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。條件成熟應進行如下改造：將生水加熱器和澄清池流量調節門移到生水泵房，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置自動排氣閥。

3.3 應用回流倍率概念確定最佳泥渣回流量

“回流倍率”在諸多“預處理”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”、“如何調整”的說明。

3.3.1 重新定義澄清池的型式

國內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型”，經比照澄清池內部結構和工藝流程，應該重新定義為“葉輪循環澄清池”；葉輪作用是將池底部泥渣提升至反應室中，實現泥渣循環參與混凝反應，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

調節葉輪轉速，可改變循環泥渣的流量，即回流量，評價此功能的參數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、水在反應室中的反應時間等因素后，選定的回流量與進水量的關系。

在實際應用時，澄清池最佳葉輪轉速是在回流倍率3～5倍范圍內的某個轉速；澄清池在運行時，葉輪轉速一般不隨負荷變化進行調整，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

假定最佳回流量應該在設計值范圍內或附近，在可調范圍內設置不同葉輪轉速，測定回流倍率，然后在設計回流倍率范圍內選定葉輪轉速，最后以設備出力、出水質量做出判定。

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——反應室流量；

C反——反應室懸浮物濃度。

3.3.4 回流倍率的測量

澄清池設計出力是125 t／h，可以確定最佳葉輪轉速實現的回流量應該在375～625 t／h范圍內；測定時，澄清池負荷穩定在129 t／h，進水懸浮物為50 mg／L；設定葉輪轉速指示值5種工況，分別為34%、40%、48%、60%、70%，每種工況穩定2 h后，取“泥渣回流”、“反應室”水樣，測定懸浮物濃度，做出回流倍率、回流量—葉輪轉速關系圖，見圖1。

圖1 回流倍率、回流量－葉輪轉速關系

3.3.5 回流倍率的控制原則

在確定最佳回流倍率時，應遵循“在保持出水質量最佳前提下，盡量保持較大的回流量，使澄清池充分發揮應對進水量、水質及溫度發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，因反應室中泥渣濃度過低，不利于混凝反應；反之回流量越大，反應室中泥渣濃度就越大，就有利于混凝反應；但回流量過大時，由于反應室流速過快，生水在反應室停留時間太短，混凝反應進行不徹底，使部分混凝反應滯后到清水區進行，造成清水區中礬花增多；或者由于流速過快，在反應中打碎的礬花無法在導流室中重新長大，進入泥渣分離區時不能沉淀，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、回流量與葉輪轉速基本上是線性關系，葉輪轉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，在回流量設計值的上限600 t／h附近，確定以38%的葉輪轉速運行，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

根據以上試驗結果得到了澄清池運行包括加藥劑量在內的最佳運行參數，見表1。

采用表1的運行參數，進行澄清池額定負荷的出水水質核定，從6月7日開始，經過60 h連續運行，澄清池達到額定負荷。加藥劑量等運行參數見表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，出水水質在控制指標內。

5 經濟效益分析

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，向東港市工業企業提供工業用汽，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、設備、施工等費用需800萬元。

表1 澄清池最佳運行參數

表2 澄清池考核試驗數據

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，對調試前后使用的藥劑量、費用等進行統計，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，對調試前后使用的燒堿量、費用等進行統計，見表4。

表3 降低澄清池藥劑費用一覽表

表4 年節約燒堿費用一覽表

調試后，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，每年節約8.28萬元，下降幅度為49.23%；如果考慮工業用汽80 t／h，費用將由77.07萬元下降到49.35萬元，每年節約27.7萬元，下降幅度為35.97%。

［1］美國U.S.FILTER.CO..補給水處理系統運行維護手冊［Z］.

［2］武 哲，郭文志.補給水處理系統機械攪拌澄清池的特點及調試［J］.東北電力技術，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試［J］.東北電力技術，2008，29（8）：37－41.

［4］肖作善，施燮鈞，王蒙聚.熱力發電廠水處理［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，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，學士，高級工程師，從事火力發電廠化學專業技術管理工作。

2016－06－24）