火電廠預處理系統排泥程序優化及節水策略

王小龍

(廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 揭陽 515223)

1 系統概況

某大型火電廠1，2 號反應沉淀池接收來自某水庫的原水。原水首先與混凝劑、助凝劑、次氯酸鈉在管式混合器中進行混合，并在絮凝池和沉淀池中完成反應、混凝及分離過程。經過混凝沉淀后的水進入空氣擦洗重力濾池后進行下一步處理，而分離沉淀下來的泥土及雜物則在預設的排泥程序下通過兩個沉淀池的各8 個排泥閥依次排放。泥水混合物進入污泥濃縮池后通過污泥泵輸送至離心脫水機進行脫水，脫水后的泥再裝車運至廠外進行處理。

沉淀池正常運行過程當中進水流量控制在350 ～500 t/h，根據兩個進水管線的流量變頻控制混凝劑加藥泵進行加藥，同時通過監控攝像頭來觀察各個混合反應區水中礬花形成情況和沉淀區水的澄清程度，相應調整混凝劑的加藥量，最終控制沉淀池出水濁度小于等于10 NTU。沉淀池排泥程序在順控自動投入后，按照設定的排泥總時間(每一輪排泥中排泥閥開啟的總時間)和輪次時間(單個排泥閥開啟的時間)，各閥門每次開設定時間(輪次時間)后關閉，下一個閥門開啟，依次循環，直至到達設定的每次小排泥總時間(時間設定)，間隔4 h 后(此時間間隔程序中已設定)，程序再次自動啟動小排泥。

2 原程序存在的問題

在排泥管道的工藝設計上，由于1 號沉淀池較2 號沉淀池相比離污泥濃縮池更遠，管道設計更長，中間彎頭更多，所以1 號沉淀池單次排泥量會低一些，所需排泥時間會比2 號沉淀池更長；在沉淀池的工藝分區上，原水是先經過絮凝池后經過沉淀池，所以絮凝池的排泥量會高一些，所需排泥時間會比沉淀池更長。原有的兩個反應沉淀池排泥順控程序是兩個互為獨立的程序，每個程序通過設定排泥總時間和輪次時間循環運行，在運行當中由于工藝以及程序的問題導致了以下情況。

(1) 當兩個沉淀池同時排泥時，由于兩個沉淀池共用同一個排泥管道，且距離不同，同時排泥則容易造成其中一個沉淀池排泥不暢，從而又引起下一組排泥閥排泥不暢，產生疊加效應，最終導致排泥管道阻塞，需要通過大量工業水沖洗或人為疏通。

(2) 原程序中人工可設的輪次時間同時作用于8 個閥門，但在運行過程中每個閥門所需的排泥時間根據實際位置和管道長度是不同的，所以出現了部分閥門排水過多或排泥不完全等問題。

(3) 原程序中當單個閥門出現開關故障時，排泥順控程序會卡在當前程序，如果運行人員監盤時未能及時發現，則程序會一直鎖住，導致單個排泥閥長期開啟，而別的排泥閥無法正常排泥。

(4) 排泥總時間達到后程序會自動結束，需要監盤人員重新點擊才能開始。由于程序原因，排泥時間上限為99 min，所以監盤人員每12 個周期大概2 天就需要重新啟動一次。

沉淀池整體排泥效果不好會導致沉淀池底部污泥沉淀，整個沉淀池容量減小，原水的出力能力下降，最終掩埋排泥口，此時就需要隔離清理。清理工期達半月之久，嚴重制約產水量，同時加重了原水淡化系統的負擔，降低了設備的使用壽命。預處理系統沉淀池原排泥程控流程如圖1 所示。

圖1 預處理沉淀池原排泥程控流程

3 排泥程序的優化

為了在不改變現有工藝的條件下提高沉淀池的排泥效果，在對運行中已出現的問題進行分析后，對整個排泥程序及畫面進行了重建和優化，具體方案如下。

(1) 將兩個沉淀池的排泥程序合并為一個，兩個沉淀池共16 個閥門按照1—16 的序號編號進行，保證同一時間最多只會有一個閥門在進行排泥；在程序中添加自動跳過故障閥門功能，在單個閥門故障時，程序能自動關閉故障閥門并自動進行下一步。

(2) 在每個閥門排泥完成后進入下個排泥閥的中間過程設置等待時間，保證管道通暢；將沉淀池的絮凝池和反應池區域的排泥閥進行分組，根據不同區域的排泥量，按組設定排泥時間。

(3) 取消排泥總時間，運行人員根據運行的需要啟停或者暫停程序。系統增加總排泥程序，根據檢修和運行需要可以對所有排泥閥進行同時放水或者排泥。

優化后的預處理系統沉淀池新排泥程控流程如圖2 所示。根據優化后的預處理沉淀池排泥順控流程圖，對預處理系統PLC 中的沉淀池排泥程序以及相關畫面進行重建。在新排泥程序控制下，運行可以通過設定等待時間Td、1 號絮凝池排放時間T1、1 號反應池排放時間T2、2 號絮凝池排放時間T3、2 號反應池排放時間T4以及循環時間Tw6 個時間參數來調整沉淀池的排泥效果，運行人員根據過往經驗以及具體試驗可以實現所要求的效果。同時可以提前對故障的閥門掛上檢修位進行切除，保證其在排泥自動程序中不會開關動作，當運行出現意外或需要檢修時，可以通過暫停或者停止按鈕終止程序的運行。只要點擊開始按鈕，程序就能在無需人為干擾的情況下持續運行，直到按下停止或者暫停按鈕，同時可以在操作畫面中觀察到當前正在進行的排泥閥序號。此外，當某個閥門故障時，畫面中對應的閥門會變成黃色故障顯示，用于提醒運行操作人員，直到閥門正確動作后黃色故障顯示才會消失。

圖2 預處理沉淀池新排泥程控流程

4 新程序的節水策略分析

按照優化后的新排泥程序，結合預處理系統的正常運行工況，總結出三種最具代表性的控制策略對新程序控制下的排泥模式的節水經濟性進行分析對比，并加上舊程序控制下的排泥模式進行參考。

(1) 控制策略為經濟性策略，即在保證最基本排泥效果的情況下，盡量縮短排泥閥開啟時間。

(2) 控制策略為效果性策略，即為了保證排泥效果，適當延長排泥閥開啟時間，縮短循環周期。

(3) 控制策略為實用性策略，即設置適當的排泥閥開啟時間和循環周期，既能達到較好的排泥效果，又能減少排水量，在一定程度上節約原水。

(4) 舊有模式，即按舊有程序的參數來對運行模式進行經濟性分析。

4 種模式對應的關鍵參數如表1 所示。

表1 四種控制策略下的參數設置

對于4 種控制策略，為了衡量其排水量，提出一個概念定義為“排水周期比”，即在一個排水周期內其排水時間占總運行時間的比值，符號為K，單位為無量綱。其計算公式如下：

式 中，T1，T2，T3，T4，Td，Tw為 表1 中 各排泥組對應的排泥時間，其計算結果如表2 所示。

表2 控制策略K 值計算結果

由于排泥管道上無流量計，只能根據水頭的高度并將排泥管近似看作直管來進行計算。排泥管為鑄鐵管，其直徑d=0．5 m，根據舍維列夫公式：

其管道比阻為：

排泥程序基本上全年運行無中斷，以一整年為周期來看，4 種控制策略下，全年排泥過程中的排水量計算公式為下式(4)：

式中，m為排水量；t為全年時間；k為排水周期比；Q為排水瞬時流量；其計算結果如下表3所示，以原水單價為3 元/t 計，所造成的排放浪費原水費用同見表3。

表3 4 種控制策略下的全年排水量及原水費用

由表3 可見，新程序控制下的三種排泥模式控制策略都比舊程序的經濟性要高，并且觀察現場沉淀池的出口濁度和積泥排泥情況，發現沉淀池各個混合反應區水中礬花形成情況和沉淀區出水的澄清程度良好，沉淀池清洗次數大大減少，各排泥閥排泥順暢，沉淀池出水水質濁度合格。由此證明優化后的新排泥程序符合現場實際需要，其排泥和節能效果達到了優化的要求。

5 結束語

通過對全廠整個預處理系統排泥程序的優化，實現了排泥全自動及故障旁路功能，同時通過可變參數的添加設置滿足了多種運行工況的需求。通過對實際運行過程中三種代表性的排泥模式的節水效果進行數據計算和分析對比，發現了在新的排泥程序控制下，排泥效果良好，水質大幅改善，結合新的排泥控制策略，廢水排放量顯著下降，原水補水率大大降低，經濟性和安全性得到了提高，節水降耗效果顯著。其應用成果及優化控制方案可以推廣到大型火力發電廠及其他行業擁有預處理水系統的單位，并為其他有排放程序的水處理系統(例如海水淡化)提供參考。