水循环特点范文
时间：2024-02-19 18:02:22
导语：如何才能写好一篇水循环特点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：燃气联合循环；汽包水位；余热锅炉；控制系统
中图分类号：TK316 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）07-0024-03
0 引 言
某电厂燃气蒸汽联合循环机组的配置型式为：1台燃机+l台汽机+1台发电机+1台余热锅炉。余热锅炉为三压、再热、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉。凝结水在经过低压省煤器之后进入低压汽包，一部分炉水直接加热为低压过热蒸汽进入低压缸，另一部分炉水经过中压给水泵和高压给水泵分别进入中压和高压加热系统，加热为中压过热蒸汽和高压过热蒸汽。
1 汽包水位控制
图1为本文所研究机组的汽水流程图。汽包水位是机组运行参数中重要的一个监控对象。汽包水位过高，会影响汽水分离效果，使蒸汽带水；汽包水位过低，会影响汽水循环，甚至干锅。汽包水位控制系统的任务就是维持锅炉汽包水位为设定值，实现全程水位自动控制。某电厂给水系统有三个压力等级：高压给水泵采用液力耦合泵，并配置有旁路调节阀门，所以高压给水系统在机组启动过程中采用主路电动门关闭、旁路调节阀门开启的方法来控制高压汽包水位。当高压蒸汽流量超过40 t/h时，旁路调节门全开，主路电动门全开，高压汽包水位通过勺管开度来实现调节。中压和低压给水泵都采用定速泵，直接用节流阀门来控制汽包水位。三个压力等级的水位控制都采用单/三冲量控制方法，利用各压力等级的蒸汽流量的大小作为单/三冲量控制的切换条件[2-5]。
图1 机组汽水流程图
2 燃气联合循环机组的汽包水位控制
燃气联合循环机组的热力系统特点决定了该类型机组汽包水位的控制也有其自身的独特之处。
2.1 汽包启动水位的确定
汽包水位作为电厂自动化控制的一个重要控制目标，汽包水位控制的效果也是实现整个电厂的自启停功能能否实现的一个关键。既然要实现电厂的自启停，汽包水位就要实现从启机前的准备到满负荷的全程自动控制，而汽包启动水位的确定便成为一项重要工作。联合循环机组的升负荷比较快，导致余热锅炉的压力、温度提升速度很快。由于压力和温度的变化，会引起汽包虚假水位，因此在机组启动阶段，汽包的虚假水位非常严重。如果按照正常运行值调节水位，水位会无法控制，经常的结果会引起机组跳闸。所以在启动阶段，水位的定值应比正常运行值低50～100 mm。在膨胀结束之后，锅炉受热面继续受热就会产生蒸汽，如果这时不给锅炉补水，就会使得汽包水位降低，也就是说汽包膨胀后的水位才是汽包水位控制的一个基本起始点。如果启动水位确定不当，就会使汽包水位波动加大，水位控制难度增加，从而影响汽包水位控制的效果，影响整个机组的平稳启动。为了能确定汽包的膨胀程度，我们专门为三个汽包做了汽包膨胀试验。过程如下：启机之前，先将汽包水位控制在一定数值，然后将汽包水位调节阀门关闭，将所有影响汽包水位的放水阀关闭。在机组点火之后，汽包水位会不断升高直到一个最高点，观察汽包水位变化实时曲线，记录汽包水位最高点，然后根据汽包水位最高值及汽包水位起始数值计算出汽包水位的膨胀数值。在得到汽包水位膨胀数值之后，就可以用零水位减去汽包水位膨胀数值得到汽包的启动水位，将汽包启动水位作为汽包水位控制的初始设定值，在机组点火之后再将汽包水位设定值按照一定速率慢慢增加至零水位。这就会使整个过程汽包水位的控制变得更加平稳，不会因为汽包水位的膨胀而使水位波动加剧，从而有利于整个电厂的全自动启动。其汽包水位设定曲线如图2所示。
图2 余热锅炉汽包水位设定值曲线
2.2 热态启机时的高压汽包水位控制
本类型机组具有启动速度快的优点，所以，在整个电网中，担任调峰任务的机组基本上每天都要进行启停操作。当天的启停通常会使机组在热态或者极热态状况下启动，机组在热态或极热态情况下启机，高压系统压力很高，汽包压力大于6 MPa，高压主蒸汽压力大于6 MPa，高压旁路阀很早就进入最小压力控制模式，高压旁路阀快速地打开和关闭，使得高压汽包水位波动很大。另外，高压旁路阀的开关引起高压蒸汽流量的变化，使得高压给水主旁路来回切换，高压水位的调节在单冲量和三冲量之间来回切换。这种情况下，由于汽包水位的急剧变化，忽高忽低，已经失控，只能通过运行人员手动干预，如果措施不急时，很容易造成跳机。综合分析热态启动时的情况，其原因主要有以下两点：一是高压汽包压力高，高压旁路阀的快速动作对高压汽包的水位影响很大。在热态启动时，由于机组停机时间短，汽机和锅炉仍然保持着很高的温度，高压汽包压力依然保持得很高，高压主蒸汽如此高的压力使得高压旁路阀很快进入最小压力控制模式。为维持高压主汽门前压力稳定，高压旁路阀很快打开，在高压旁路阀打开后高压主蒸汽的压力下降很快，高压旁路阀为维持压力稳定随后迅速关小。在整个过程中，高压旁路阀的动作速率是很快的，高压旁路阀的快速动作使高压汽包的压力变化也很大，最终导致高压汽包的水位大幅度的波动。二是高压旁路阀的快速开关引起高压汽包蒸汽流量的变化，使得高压给水主、旁路来回切换，高压水位的调节模式在单冲量和三冲量之间来回切换。当高压汽包蒸汽流量超过60 t/h时，高压水位切至主路，高压水位调节切换至三冲量调节，这时候高压汽包的水位还处在高位，并且还在上升中，液力耦合泵转速降低。在高压旁路阀关闭之后，水位急剧下降，高压汽包蒸汽流量也随之减小。当流量减小至40 t/h时，给水主路和旁路又进行了一次切换，这样的反复切换会使得水位不断地大幅波动。
解决这一问题的方法就是给水主旁路切换条件中添加机组并网信号，因为正常情况下机组在未并网之前蒸汽流量不会达到切换值，除非由于高旁的快开导致蒸汽流量会突然跃升至切换值，添加这一条件后高旁的开启就不会引起水位控制方式的频繁切换。另一个补充的方法就是对汽包水位采取变参数控制方法，针对汽包水位在不同启机状态下所表现出的不同的变化过程，对基本的PID控制参数采取变参数方法来完善控制过程，在热态情况下可以放缓PID调节过程，防止控制过程出现振荡。
2.3 中压汽包水位的控制
中压汽包由于其在整个热力系统中所处的位置，其水位变化的情况最为复杂。中压汽包所产生的蒸汽通过中压过热器与冷再段来的蒸汽汇集后进入中压再热器，然后到达中压缸和中压旁路。这一过程中任何一点的压力变化都会对中压汽包的水位造成影响，而且中压汽包容量非常小，其直径仅为1 600 mm，水位可波动范围小，如果控制不当，很容易造成水位超限跳机。尤其是在机组启动过程中，高压旁路和中压并汽调节门的动作都会引起中压过热器出口压力的变化，中压汽包水位很容易造成波动。从机组汽水流程图可看出，中压汽包水位控制因为影响因素较多，已经不能通过简单的三冲量水位控制方法来达到控制效果，必须从多方面考虑，充分认识各个影响因素，从源头抓起，把这些影响降低到最低，从而稳定住中压汽包水位。
高压旁路在启机过程中为了维持机前压力，会在高压过热蒸汽压力上升过程中开启，并且随着压力的继续上升会逐渐关闭。在这一过程中，中压过热器出口压力会受到其影响出现异常波动，它的后果就是引起中压汽包的虚假水位，造成中压汽包水位的波动剧烈，而且不易控制。对于这一现象与高压汽包出现的问题类似，其解决方法也类似，此处不再赘述。
中压并汽门的作用是在中压蒸汽达到一定压力后控制中压过热蒸汽与冷再的蒸汽进行合并，随之进入再热器进行加热。由于并汽过程比较复杂，既要保证并汽的平稳性，保持压力的稳定，保持水位的稳定，而且还要提高并汽的效率，避免过热蒸汽的浪费，所以并汽阀的控制在整个机组启动过程中是一个难点。水位的波动应该反映整个热力系统对于给水量的要求，但是并汽门突然的开启和关闭所引起的中压汽包的压力剧烈波动会导致中压汽包出现严重的虚假水位。这种现象一旦出现，中压的水位就很难控制住，因为此时的水位已经不能真实反映系统对于给水量的需求。解决这一问题的方法就是优化并汽门的控制，减少中压蒸汽的压力波动。于是在并汽门控制改进过程中，着重对并汽门前后的压力差进行幅度限制，防止并汽门的突然开启和关闭。
经过这两方面的优化，中压汽包水位的控制效果已经达到了正常机组运行的要求。
3 机组汽包水位的变化结果
图3所示是该机组在一键启动过程中机组汽包水位的变化曲线。
图3 机组在一键启动过程中机组汽包水位的变化曲线
从图3中可看出，转速和负荷曲线均较为平滑，而汽包水位波动则比较剧烈，但均在可控范围之内。其中，高压汽包水位最高-112 mm，最低-352 mm，正常水位-250 mm；中压汽包水位最高-86 mm，最低-213 mm，正常水位-150 mm。
4 结 语
通过对机组实际运行经验的总结，我们对于燃气联合循环机组的汽包水位控制基本上采取了常规火电机组单/三冲量控制方法，但是由于此类型机组热力系统自身的特点，也加入了一些特殊的方法，有针对性地改进了其在机组运行过程中出现的问题，达到了满意的效果。
篇2
关键词：流域 水循环 水文 分布式 模型 WEP
一、分布式流域水循环模拟的意义与作用
地球环境变化和人类活动的影响改变了水的自然循环规律， 加剧了我国水资源的供需矛盾，许多地区出现了水环境与水生态恶化的严重局势。地表水、地下水及人工侧支循环水等各类水资源转化频繁，狭义的水资源概念与传统的水资源评价方法已显不适。
20世纪80年代中期以来，随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的发展，从水循环过程的物理机制入手并考虑水文变量的空间变异性问题，即分布式流域水文（水循环）模型或称“白箱”模型的研究在国内外受到广泛重视，涌现出许多分布式或半分布式模型，如SHE模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等（参见文献1）。另外，全球大循环（GCM）研究对陆地地表过程模拟提出了越来越高的要求，土壤-植物-大气连续体（SPAC）研究受到重视，出现了各类SVATS（土壤-植物-大气通量交换方案）模型，从另一方面加强了水循环的研究。本文使用“流域水循环模拟”而不是“流域水文模拟”，意在强调需要将流域水循环系统的所有要素过程联系起来研究而不仅仅是产汇流模拟。
分布式流域水循环模拟能够回答水在时空间上如何移动和转化、什么样的工程与管理措施才能减少无效耗水以及人与生态如何分水等问题，而且其模型参数具有物理意义、可根据测量和下垫面条件进行推算。因此，基于物理机制的分布式流域水循环模型的研究与开发具有重要意义，在以下几个方面具有不可替代的作用：（1）预测未来环境变化下的流域水资源演变趋势，（2）分析人类活动的影响与各类对策的效果，（3）借助各类遥测技术在缺乏地面观测资料流域进行水文分析与预测，（4）为流域水资源评价与配置、洪水预报调度、水环境评价、水土流失监督治理及水生态环境分析等各专业应用提供强力支持。
二、WEP模型的开发与验证
本文作者从1995年起从事分布式流域水循环模拟研究，开发了网格分布式流域水循环模型WEP (Water and Energy transfer Process) 模型（参见文献2至4）。该模型以长方形或正方形网格为计算单元，便于使用GIS和卫星遥感数据，并具有物理概念强、计算精度高和速度快等特点，已在日本谷田川等多个流域得到验证，正在日本战略性创造研究推进事业项目(CREST)“都市生态圈、大气圈和水圈中的水量能量交换”课题中使用，并正在我国的几个流域进行验证中。WEP模型2002年10月获日本国著作权登录，并可从互联网上下载，详见pwri.go.jp/team/suiri/yata-r/index_e.html。虽然WEP模型还包括水质模拟模块，受篇幅所限，这里仅就WEP模型的水循环模拟部分的开发与验证情况做简要介绍。
1．1 WEP模型的开发 为提高计算效率，WEP模型对非饱和土壤水运动的模拟采取了比SHE模型简化的算法，但强化了对植物生态耗水与热输送过程的模拟，对水热输送各过程的描述大都是基于物理概念。
（1）模型结构。各网格单元的铅直方向结构如图-1（a）所示。从上到下包括植被或建筑物截留层、地表洼地储留层、土壤表层、过渡带层、浅层地下水层和深层地下水层等。状态变量包括植被截留量、洼地储留量、土壤含水率、地表温度、过渡带层储水量、地下水位及河道水位等。主要参数包括植被最大截留深、土壤渗透系数、土壤水分吸力特征曲线参数、地下水透水系数和产水系数、河床的透水系数及坡面和河道的糙率等。为考虑网格内土地利用的不均匀性，采用了“马赛克”法即把网格内的土地归成数类，分别计算各类土地类型的地表面水热通量，取其面积平均值为网格单元的地表面水热通量。土地利用首先分为水域、裸地－植被域、不透水域三大类。裸地－植被域又分为裸地、草地与耕地、树木3类、不透水域分为都市地表面与都市建筑物。另外，为反映表层土壤的含水率随深度的变化和便于描述土壤蒸发、草或作物根系吸水和树木根系吸水，将裸地－植被域的表层土壤分割成3层。
（a）
（b）
图-1 WEP模型的结构：（a）网格单元内的铅直方向结构，（b）平面结构
WEP模型的平面结构如图-1(b)所示。首先，为追迹计算坡面径流，根据流域数字高程（DEM）及数字化实际河道等，设定网格单元的汇流方向（落水线）。然后，将坡面径流沿着落水线用1维运动波法由流域的最上游端追迹计算至最下游端。关于各支流及干流的河道汇流计算，视有无下游边界条件采用1维运动波法或动力波法由上游端至下游端追迹计算。地下水流动采用多层模型进行数值解析，并考虑其与地表水、土壤水及河道水的水量交换。
(2) 水循环过程的模拟。蒸发蒸腾包括植被截留蒸发、土壤蒸发、水面蒸发和植被蒸腾等。WEP模型按照土壤-植被-大气通量交换方法(SVATS)、采用Penman-Monteith公式详细计算了蒸发蒸腾。由于蒸发蒸腾过程和能量交换过程客观上融为一体，地表附近的辐射、潜热、显热、热传导及地表温度的计算不可缺少。为减轻计算负担，热传导及地表温度的计算采用了强制复原法(FRM)。GREEN-AMPT入渗模型物理概念明确，所用参数可由土壤物理特性推出，并已得到大量应用验证，因此，WEP模型采用GREEN-AMPT铅直一维入渗模型模拟降雨入渗及超渗坡面径流。GREEN-AMPT模型仅适用于降雨入渗过程。而非降雨期的表层土壤(通常是非饱和状态)水分量的再分配将影响到降雨入渗时的初期水分量、土壤和植被的蒸发蒸腾和对浅层地下水的补给等，为减轻计算负担，WEP模型将表层土壤分成数层，按照非饱和状态的达西定律和连续方程进行计算。 在山地丘陵等地形起伏地区，同时考虑坡向壤中径流及土壤渗透系数的各向变异性。地下水流动采用多层模型进行数值解析。浅层地下水运动按照BOUSINESSQ方程进行二维数值计算，源项包括表层土壤的降雨补给、地下水取水、深层渗漏及地下水溢出(或来自河流的补给)等。在河流下部及周围，河流水和地下水的相互补给量根据其水位差与河床材料的特性等按达西定律计算。为考虑包气带层过厚可能造成的地下水补给滞后问题，在表层土壤与浅层地下水之间设一过渡层，用储流函数法处理。另外，WEP还考虑了雨水人工储留渗透设施的模拟、防灾调节池的计算及水田的模型化等。
2．2 WEP模型的验证
WEP模型先后在日本东京的多摩川中部流域（578 km2）、千叶县海老川流域（27 km2）及茨城县谷田川流域（166 km2）得到验证和应用。其中，海老川流域是高度都市化的流域，谷田川流域是农地与人工林地为主的自然流域，多摩川中部流域是半都市化半自然的流域。WEP模型的模拟结果示例见图－2至4。可以看出，WEP模型不仅对流量，而且对地下水位及土壤水分等均有良好的模拟结果。验证后的WEP模型曾用来分析都市化对东京都水热收支及水热通量的空间分布的影响，评价雨水人工储留渗透设施和防灾调节池对流域水循环的改善作用，研究水田的维持河川枯水流量及滞洪效果等（参见文献2至4）。
WEP模型具有较高的计算效率。以谷田川流域的计算为例，共有16661个计算网格单元，计算时段步长采用1小时，在CPU为1.4GHZ的微机上，一年的计算时间约为3小时。
图－2 WEP模型的流量模拟结果示例（谷田川流域）
图－3 WEP模型的地下水位模拟结果示例（海老川流域）
图－4 WEP模型的土壤水分模拟结果示例（海老川流域）
转贴于 三、分布式流域水循环模拟面临的难题与对策 分布式流域水循环模拟在我国推广应用所面临的主要难题有：（1）水文变量及参数的空间变异性与尺度问题。我国流域尺度大、人类活动影响深。可根据流域不同地区的地形地貌特点，分区选取不同的计算网格步长，然后根据网格内土壤等参数的概率分布规律考虑其空间变异性对产汇流的影响。（2）水循环的动力学机制的描述和计算量大之间的矛盾。水循环的许多过程如降雨时的入渗和地表径流过程变化快，描述这些过程常需要日以下的时间步长。如果所有过程所有时期均采用很短的时间步长，计算量将很大。因此，采用变时间步长，即针对不同过程及同一过程的不同时期采用不同的时间步长，将是缓解矛盾的对策之一。（3）下包气带过厚滞后了降雨对浅层地下水的补给问题。我国许多地区特别是干旱半干旱地区的浅层地下水位往往很深，和地表之间存在很厚的包气带，滞后了降雨对浅层地下水的补给。可通过典型调查和观测，采取滞后曲线法、储留函数法等方法来解决。（4）资料收集难与数据不足问题。分布式水循环模拟需要大量的基础数据。虽然我国的水文气象观测、地质调查与资料整编等基础工作开展较早、质量较高，但目前仍存在资料收集难与数据不足问题。
四、结束语 分布式流域水循环模拟和GIS、DEM和各类遥测技术相结合，解决水资源评价、洪水预报调度、水土流失、水污染以及水生态等各种生产实际问题，近年来已成为跨学科的国际研究前沿。国际水文学会（IAHS）2002年将“观测资料缺乏流域的预测（PUBs）”提议为下一个国际水文十年研究计划。欧美国家已开发出分布式流域水循环模拟与流域水资源管理、污染物运移或土壤侵蚀流失计算等耦合的应用系统，如美国USGS 的MMS 系统、欧洲的SHETRAN模型等。因此，加快开发适应我国自然地理特征与气候特点的各类基于GIS的耦合式应用系统显得十分重要。此外，考虑到我国流域尺度大、人类活动影响深、环境复杂多变的实际情况，虽然传统的以率定参数为本的集总式水文模型无法客观地描述产汇流机制和预测人类活动带来的影响，但完全按数学物理方程模拟又受计算量的限制和尺度问题的困扰，因此基于物理概念和变时空步长的分布式流域水循环模型将是未来的发展方向。
参考文献 [1] Singh V.P. and D.A Woolhiser， Mathematical modeling of watershed hydrology，Journal of Hydrologic Engineering， ASCE， Aug.，2002，Vol.7， No.4， 270-292
[2] Jia Yangwen， Guangheng Ni， Yoshihisa Kawahara and Tadashi Suetsugi， Development of WEP Model and Its Application to an Urban Watershed， Hydrological Processes， May， 2001， Vol.15， 2175-2194
篇3
关键词：灰水沉清；中和；循环使用；零排放
中图分类号：TB495文献标识码：A文章编号：1672-3198（2007）12-0294-02
1 锅炉水膜除尘用水循环使用中存在的问题探究
我司于2003年7月建成拥有一条6000kg/h打叶复烤生产线，设置了一台10吨的燃煤链条组装锅炉，配套安装了一台离心式水膜除尘器。它由雾化室内胆文丘里、麻石捕集器（主桶）和气水分离器（副桶）三个部分组成。水喷淋在除尘器圆筒内壁形成水膜，并沿内壁向下流动。含尘烟气通过文丘里管从下部切向进入除尘器主桶，呈螺旋式旋转上升，被引风机从主桶顶部抽出。烟气中的灰尘和细小的煤颗粒被离心力分离出来，遇到水膜，就被吸附，向下流动至灰斗从水封处溢出最后通过排水沟进入沉灰池。主桶内径1.5M的除尘器，其每小时的耗水量约在2-3吨。为了节能，水膜除尘器的用水在筹建设计时就考虑采取循环使用，建造了两个互为备用的五级灰水沉清池，设置了污水泵站，安装了两台一用一备的污水泵。水膜除尘器出来的灰水经过前四级池沉清后进入第五级清水池进行中和最后通过化工泵再输送到水膜除尘器，达到循环利用不外排的目的。但在实际生产过程中由于锅炉烟气中含有二氧化硫等有害腐蚀性成分，除尘废水经过多次的循环使用后，废水里的酸性物不断浓缩聚积，腐蚀性加大，造成了污水循环系统管路和部件的损坏，甚至连不锈钢化工泵的壳体、叶轮和轴都会产生腐蚀损坏。虽有进行酸碱中和，但由于池体容积较小和中和反应的时间太短，而无法较大地改善废水PH值。经检测该废水经过循环使用5天后， PH值可以达到2.8。同时因为场地限制，灰水沉清池整体较短，废水通过时间偏短造成其中夹带的颗粒物无法完全沉淀，还导致污水循环管路、设备、设施的冲刷磨损和喷嘴堵塞。以上原因致使我司的水膜除尘废水处理循环设备经常处于瘫痪状态，最后导致废水不得不外排。
2 探索解决办法
要想实现水膜除尘用水循环使用，就要解决几点难题：①要解决水泵腐蚀、寿命短的问题，必须寻找到一种耐腐蚀、耐磨损，使用寿命长的水泵；②要解决灰水分离问题，减少水泵、管路的磨损以及减少水膜除尘喷头堵塞的机率，从而提高水膜除尘效果；③要解决循环水酸度太高，腐蚀水泵、管路及部件设施的问题；④要解决沉灰池清理灰渣时废水存放的问题；⑤要解决水膜除尘用水反复循环使用，吸附饱和浓度增高，除尘效果下降等问题。
（1）为此我们从2005年开始进行多方市场调研，对不同材质的水泵都进行了试用，结论如下：
通过试用比较，我们最终确定采用HTB65-50-160型塑料化工泵，该泵的材料主要采用具有高耐磨损性、自性、耐冲击性的超高分子量聚乙烯等新一代工程塑料，具有耐腐蚀、耐磨损，使用寿命长等特点，而且价格低廉，能够很好符合公司的生产工况。
（2）要降低循环水的酸性，可以采取的方式是加水稀释或加碱中和。
从以上数据可以得知，使用纯碱中和，效果较好，但费用高，不利于降低生产成本；而采用生石灰，效果可以满足要求，但有残留物，容易堵塞水泵、管路及喷嘴，影响使用。因此采用生石灰处理就必须解决残留物问题。
（3）要解决沉灰池清理灰渣时除尘废水存放的问题，就必须另外设置一个蓄水池。同时要实现除尘废水循环使用，使用成本低的中和剂，就还要解决除尘废水灰水分离和去除中和残留物的问题。根据生产特点及试验测算，沉灰池一般每10天清理一次灰渣，每次需要排出除尘废水25吨，而废水必须经过5天以上中和、自然沉淀和滤网过滤，所含的煤灰量、残留物才能减少到符合循环使用的要求。为此我们设置了一个50 m3废水沉清中和池，用于灰水分离和中和、去除残留物使用。为了彻底沉清水质并起到预防除尘废水突然产生量过大无法容纳问题，我们根据地形特点，设置了一个150 m3清水池。主要工作原理如下：
关闭沉清中和池与清水池之间的隔断门，该隔断门背后增设过滤网。每5天将一个沉灰池中的水抽调25吨到沉清中和池（每10天安排沉灰池清灰一次），并立即往沉清中和池中加入50kg生石灰进行中和，采用人工方式搅拌中和，然后让其静置3天，第四天开始打开沉清中和池与清水池之间的隔断门，保留过滤网不动，让水通过过滤网缓慢地流入清水池。然后让水在清水池静置1天后即可用水泵（抽水泵周围2个平方区域设置过滤网）抽回沉灰池继续使用。沉清中和池中的灰渣每两个月在设备停机周保时间打捞清理一次。
（4）补充新鲜水、抽走部分废水。通过分析燃煤链条炉排锅炉的特点，将分层给煤冷却水及锅炉排污水引入沉灰池，用以稀释除尘废水，这部分新鲜水每天约有2.5吨，可以起到稀释降低废水浓度10%的作用。另一方面，我们为了保证原煤燃烧的效果，必须提高原煤的含水量，一般应达到15%左右，以实际每天消耗原煤20吨，原煤原含水率10%测算，每天需要给原煤补水1吨（原来给原煤补水是采用城市直供水，通过改造现使用除尘废水），因此通过每天抽取1吨除尘废水给原煤加湿，可以进一步实现降低除尘废水浓度的目的。
（5）除尘废水在循环使用过程中，由于水膜除尘器脱水效果不可能达到100%，而且存在水分的自然蒸发，经过测算，该部分水每天损失达到1-2吨。通过水平衡计算，每个沉灰池容水25吨+每天补充新鲜水2.5吨-每天水损失1-2吨-每天原煤补水1吨=25吨，可以得知在除尘废水循环使用过程中，水量总体保持平衡。具体技改工艺图如下：
3 设施设备运行效果评价
从2005年我们开始探索出解决除尘用水循环使用的技改工艺后，实施两年来，污水泵运行正常，员工操作简单，水膜除尘器喷嘴工作正常，没有发生堵塞现象，废水在循环过程中，PH值始终保持在5.5左右，设施总体运行顺畅，使用效果良好，达到节能减排的技改目的。
4 经济效益
经济分析详见下表：
由上表可以看出，技改后投资当年即可收回，次年开始每年运行成本约1.5万元，每年可以节约用水1万吨，节约总费用11万元。
5 社会效益
通过技改，我司实现了锅炉除尘废水循环综合利用零排放的目的，企业为环保事业的发展做出了应有的努力，取得了良好的社会效益。
6 结论
整个技改工艺实施后，每年可以节约用水1万吨，节约费用11万元，同时实现除尘废水零排放，取得了良好的经济效益和社会效益，也是公司节能减排工作的重大举措。该项技改工艺，可以结合其它生产企业生产实际情况推广应用。
参考文献
［1］古利坚.湿式脱硫除尘技术应用［J］.中山大学学报，2005，（3）.
［2］庞雪华.二氧化硫的控制技术及其研究发展［J］.天中学刊，2004，（5）.
篇4
关键词：水循环，安全，运行因素
随着我国经济的飞速发展，电力需求越来越大，近几年来新建的火力发电厂越来越多。启动锅炉为电厂整套机组提供辅助蒸汽，作为新建电厂的主要辅助设备之一，必须强调其运行安全的必要性。启动锅炉蒸发量从10T至100T不等，锅炉的蒸发系统大都采用自然循环。自然循环的安全可靠是锅炉安全的基本条件之一。要实现水循环的安全可靠，除了精心进行完善的锅炉结构及系统设计外，还必须依靠科学的运行操作及管理。
1.自然循环的特点
蒸汽锅炉蒸发系统的自然循环，与强制循环比较，有以下几个特点：
1.1 在界限循环倍率以上及相应传热负荷以下，自然循环具有自补偿能力。受热越强的管内介质流速越高，一般不用担心受热强的管子被烧坏。论文格式。
1.2 省去蒸发系统内输送带压热水的循环泵，初期投资及运行消耗均较低。
1.3 其流动动力――因介质密度差形成的运动压头较小。论文格式。若循环回路高度为H，锅筒工作压力P，相应的饱和水的密度为ρL，饱和蒸汽的密度为ρs，上升管内汽水混合物的密度为ρh，下降管内水的密度近似为ρL，则自然循环的运动压头Py 为：
Py =Hg(ρL―ρh)
――式中g为重力加速度。
Py不但小于同高度的水 柱静压HgρL，也小于同高度下水柱与汽柱的压差。
P =Hg(ρL―ρs)。对工业锅炉，尽管水汽密度差较大，但回路高度较小，P一般不大于0.1 MPa，相应于通常的循环倍率，运动压头P甚至达不到0.05 MPa。
运动压头用于克服上升管及下降管内的流动阻力，推动介质在回路内循环流动。为使有限的运动压头更多用于克服受热上升管的阻力以便上升管中形成较大的流速，就必须尽量减小不受热的下降管及汽水引出管中的阻力，因而自然循环系统需要精心设计，尽量减小系统各处的阻力系数，并使下降管及汽水引出管有较大的流通截面积。
1.4 由于流动动力是系统内并联连通管上下两端的压差而不是系统内介质承受静压，静压可能很大而压差始终很小，与系统相关的内部或外部条件的变化都可能造成流动动力及阻力的变化，造成对自然循环干扰，影响自然循环稳定。在结构已定的条件下，自然循环受到的主要干扰是受热变动及压力变动。
1.5 在并联上升管系中，由于受热差异及结构差异，每根上升管与共用下降管分别形成自己的循环回路及自己的运动压头，维持自己特有的循环流速及循环倍率，使自然循环系统内呈现出各自的独立性和多样性。
2．运行因素对自然循环的影响
2.1 水位降低
水位低于一定程度时，可能造成下降管抽空进汽，影响正常的循环。水位过低甚至造成干烧。
2.2 排污不当
排污对控制锅炉水质、保证锅炉安全有重要意义，但排污对自然循环有不利影响。论文格式。在自然循环流动中，压力P仅影响水汽密度，而不是循环流动动力，但当锅筒、集箱排污时，压力P成为排污泄流的动力，原来相对密闭的系统变成了局部开口系统，介质在压力P与出口压力之差作用下进行排污强迫流动，其流速比自然循环的速度高得多，尽管排污泄流是在锅筒、集箱局部进行的，但它对自然循环是个干扰，排污时间过长、排污量过大时可能导致水循环故障，必须精心组织排污。
2.3 积灰、结渣及结垢
局部的积灰结渣会增大并联上升管间的吸热不均。结垢不但减少了上升管的吸热量，还减小了上升管的流通截面积，增大了上升管内介质流动阻力，即结垢使上升管内流动动力减小，阻力增大，加上结垢导致金属壁温升高及强度下降积灰、结渣及结垢又直接影响锅炉经济性，因而必须防止积灰、结渣、结垢并及时清除。
2.4 下降管绝热层开裂或脱落
水管锅炉的下降管一般置于炉墙外，水火管 锅炉的下降管则包覆在炉墙中。无论置于何处，下降管都必须妥善包覆绝热材料，以达到可靠绝热。否则会对水循环安全造成不利影响。置于炉墙外的下降管，绝热层开裂或脱落，甚至下降管包覆的绝热材料性能不好或包扎不当，均会使下降管向四周散热增多，使上升管省煤段加长，含汽段缩短，运动压头减小。置于炉墙中的下降管绝热材料开裂或脱落，则会使下降管直接受火焰或烟气加热，严重时会在下降管内产汽，使上升管与下降管内的介质密度差减小，运动压头降低，下降管内流动阻力加大，对水循环造成双重不利影响。折烟墙或烟气档板损坏造成烟气短路设置于对流管束中的折烟墙，起着导流烟气、使烟气充分冲刷到对流管束的作用，对烟气正常 流动降温及对流管束正常吸热有重要影响。由于折烟墙的存在，烟气流道加长，烟气流过对流管束的阻力和时间相应增加。折烟墙损坏或边缘间隙过大时，即部分或大部分失去折烟导流作用，使部分或大部烟气短路流动。因短路流动，剩余折烟墙下游的受热面得不到烟气冲刷，吸热量明显减少，正常的水循环受到影响或破坏，锅炉的经济性也相应降低。旁通烟道烟气挡板关闭不严或受热变形时，也会造成烟气短路，影响对流管束的自然循环及锅炉尾部受热面的工作状况。上述运行因素对自然循环的影响，由于实际 结构和运行条件的复杂而难于准确定量分析，不 一定都造成循环故障和破坏，但却是实际存在的 并在无形中损害锅炉的因素。
3．结语
管理锅炉人员应注意减少对水循环的热干扰，防止上升管的受热减弱、受热不均及下降管受热产汽。在检验、检修锅炉时，应注意炉墙、炉拱、保温层、折烟墙、挡板等的损坏对水循环的影响， 不使锅炉燃烧、传热严重偏离设计要求。在分析炉 管爆破等事故时，应考虑水循环减弱或故障导致 事故的可能性，从而减少运行管理对锅炉自然循环的影响，确保锅炉安全运行。
【参考文献】
[1] 李之光,范柏樟.工业锅炉手册[M].天津:天津科学技术出版社,1989,3.
[2] 司炉读本(第二版)[M].北京:劳动人事出版社,1984.
篇5
关键词：竖炉（球团）；单独软水半密闭循环；软水密闭循环
中图分类号：TFO4 文献标识码：A
1 概述
钢铁行业是用水大户，采用技术先进、经济实用的水处理工艺，不仅可以节能减排，降低吨钢耗水量，而且节约投资和降低运行费用，具有重要的经济效益和社会效益。黑龙江建龙钢铁竖炉设备冷却水由炼铁综合泵站高炉供水泵组供给，属开路净循环水冷却，自投运以来，先后出现齿辊冷却水汽化和管道堵塞、小水梁经常结垢变形更换等，近期又发生火道口水冷壁回水管道堵塞引起蒸汽爆炸。以上说明，常规净循环水水质满足不了竖炉生产需求。
2 工艺技术比较和经济分析
我们以黑龙江建龙钢铁10m2竖炉为例来比较几种不同工艺流程的特点及其经济分析。
2.1 在竖炉设计中，烘干床小水梁、火道口水冷壁和齿辊等全部设备冷却水均采用净环水开路冷却工艺（其工艺流程如图所示）。此种方式自投运以来，小水梁经常弯曲变形，造成炉蓖子脱落损坏而被破停产检修更换小水梁。通过多方面查找原因，小水梁由原φ159×10的锅炉无缝管改为φ159×20锅炉无缝管，平均每年停产10次以上是由于水质原因造成而停产更换小水梁。
以往更换小水梁费用估算（此部分由设备处和烧结厂提供）：
一年更换次数：10次
平均每次更换数量：小水梁2根/次，炉蓖子5块/次
主材费用（包括φ159×20无缝管和炉蓖子）：
炉蓖子费用：炉蓖子270元/块×5块/次×10次=13500元/年
φ159×20无缝管费用：80kg/m×7×2根×3.6元/kg×10次数=40320元/年。
主材费用合计：53820元/年
停产更换期间影响产量损失费用：60吨/台时×8小时/次×630（财务提供成本价）元/吨=302400元/次。
每年更换小水梁费用总计：358220元
2.2 烘干床小水梁采用板式换热器软水密闭循环；其工艺流程分别如图所示：
净环水开路循环工艺流程图（见图1）；采用板式换热器软水循环工艺流程图2：采用板式换热器软水循环工艺流程图3。
采用软水循环优点：一是循环水质好。采用软化水，水的硬度小于1mg/L，硬度很低，系统的腐蚀、结垢少，传热效率高，可大大提高竖炉的冷却效果，延长小水梁寿命。二是补水量少。工业净环水开路循环系统，循环过程中水的蒸发、泄漏、排污等补水量一般为循环水量的5%左右，而软水闭路循环系统，循环水与大气隔离，仅有少量的渗漏和排污，而且避免循环过程中二次污染，补水量为循环水量的1‰。三是节能效果好。
竖炉小水梁采用软水冷却，冷却后水利用余压回到板式换热器进行降温，然后再用水泵加压送至竖炉小水梁使用。而板式换热器则采用二次冷却净环水对竖炉小水梁冷却回水进行降温。
2.3 分析
根据工艺提供，小水梁软化水循环水量为50m3/h，经小水梁后温升10-20℃，升温后的循环软化水经板式换热器后需降温10-20℃来保持循环系统稳定运行。换热器的冷媒水采用现有炼铁泵站送来的工业循环水，此工业循环水夏季供水温度为≤30℃。由此推算软化水循环供水温度为35～40℃，回水温度55～60℃（温差为20℃时），或回水温度为45～50℃（温差为10℃时）。采用软水闭路循环和半闭路循环两种方案：
（1）优缺点：采用软水闭路循环方案优点是可充分利用强制循环泵的能量。缺点是循环系统需设排气和稳压装置；向系统内补水需用泵强制补给；不直观，看不到水流情况。采用软水半闭路循环方案优点是循环系统不需设排气和稳压装置，直观，能看见水流情况；向系统内补水不需用泵强制补给，外网可直接补到水箱（防止污染，水箱顶人孔加盖板）即可。缺点是不能充分利用强制循环泵的能量。
（2）投资费用：软水半闭路循环方案投资费用：一台换热器费用为2万以下，循环泵费用为1.5万元（两台，一用一备），阀门及水箱（2×2×1.5）制作等其它费用约为1.5万元，共计约为5万元。软水闭路循环方案投资费用比半闭路多投入约3万元左右（排气和稳压装置，强制补水泵）
（3）运行费用：电费：15KWH/小时×24小时/天×330天×0.52元/KWH=61776元/年。
软化水费用：1m3/d×330天×1.5元/ m3=495元/年。
共计运行费用约为62000元/年左右。
经济效益：未改造前年检修和停产损失费用358220元/年，可供改造后系统费用3年。年节约24万元，而且减轻检修人员检修强度，且避免意外事故发生。
结论：经以上分析比较，采用软水半闭路循环方式进行改造。
结语
通过以上两种冷却方式改造前后的技术比较和经济分析，竖炉小水梁部分采用单独软水半密闭循环冷却工艺和板式换热设备，节水节电，运行费用低，经济效益明显；建议对竖炉其它部分采用单独软水半密闭循环方式进一步总结研究，推广采用，以提高我国竖炉冷却技术水平，降低吨钢耗水量，节能降耗，以便取得更大的经济效益和社会效益。
参考文献
篇6
关键词：南方 水循环异常应对措施
中图分类号：TV21文献标识码： A 文章编号：
1南方三年旱灾和水灾回顾及水循环异常
1.1南方三年旱灾回顾
2010年中国西南大旱是2010年发生于中国西南五省市云南、贵州、广西、四川及重庆的百年一遇的特大旱灾。云南、贵州、广西、重庆、四川等西南受旱五省（区、市）累计投入抗旱资金41.1亿元，投入劳力2526万人，投入抗旱机动设备114万台套、运水车38万辆次。
2011年4月份以来，我国长江中下游地区遭遇严重旱情。据资料显示年初以来，长江中下游地区降水与多年同期相比偏少4-6成，为1961年以来同期最少年份。其中安徽、江苏、湖北、湖南、江西、浙江、上海平均降水量为1954年以来同期最少，此次旱灾主要呈现以下特点：一是持续时间长；二是农作物、养殖业损失严重；三是人畜饮水受到严重影响。
2012年4月有“千湖之省”美誉的湖北省由于降雨严重偏少，大江大河来水持续偏枯，湖泊面积急剧缩小，用水短缺的矛盾日益突出。4月长江中游水库、湖泊水体大幅减少。洞庭湖水体面积为456.18平方公里，为10年来最少。丹江口水库为320.03平方公里，逼近历史最少。洪湖、梁子湖、斧头湖等比历史同期少20%。
1.2南方三年水灾回顾
2010年7月开始，受持续强降雨影响，中国第一大河流——长江流域多处发生超警戒洪水，中下游干流不同地点水位上涨。流域面积180万平方公里、占中国陆地面积18.8%的长江全面进入汛期，沿江各地区进入全力备战洪水状态，长江流域面临着20年来的最高水位。
2011年6月3日到6月20日，大约两周的持续强降雨造成了不少地区的严重内涝，典型的代表是武汉市。据统计：自6月3日到20日，两星期时间，全国有江苏、江西、湖南、湖北、云南等十三个省区、86个市（州）、510个县（市、区）、3657万人受灾，直接损失350.2亿元人民币。
2012年7月进入强降雨集中期、雨势强劲，长江中下游水位持续上涨，江西、湖南、湖北、广东、广西等地相继受到水灾影响。
1.3南方水循环异常
在水文学中认为，水资源时刻处于降水、径流、蒸发、水汽输送四个环节中并不断循环，整个过程称为水循环，在水循环中，对于任一地区（或任一水体），在给定的时段内，输入的水量与输出的水量之差额等于蓄水量的变化量，这定义为水量平衡。
根据水文统计原理，多年的某一区域蓄水量一般不会变化很大，但是当某时段输入水量增大或输出水量减少，都会引起蓄水量的变化，对于某一区域来说，年输入水量、年输出水量，蓄水变化量总是接近正常值，如果三者与正常值偏差过大，我们称之为水循环异常，水循环异常表现为时段降水量增大和时段蒸发量减小，二者在水循环具体过程中又间接表现为洪灾和旱灾。
水循环异常引发的洪灾和旱灾，给人类的生产生活带来了巨大的危害，洪灾往往冲毁公路、铁路等交通设施，毁坏农田，造成农业减产甚至绝收，毁坏水利工程设施、淹没城镇，厂矿、破坏地表形态，造成严重的水土流失；而旱灾则直接威胁到人类的生产生活用水，农业缺水，作物欠收，直接威胁粮食安全，工业缺水不得不减产停产，影响经济发展，总之，近三年来南方频发的洪灾旱灾给我们的生产和生活带来了严重的损失。
2.南方水循环异常成因分析
2.1气候因素引起的水循环异常
降水是水汽以液态或固态形式从空中降落到地面的现象，是水循环过程中最基本的环节和水量平衡最基本的要素，也是陆地上各种水体直接或间接的补给水源和人类用水的根本来源，由于大区域范围内的水汽输送发生异常，导致降水时空分布的不均匀性和不稳定性，直接导致水循环异常。
通常情况下，年降水量分布较均匀，不会出现过大的暴雨，均匀的降水量保证了降水区域内各个流域的水量补给，使得各个流域能够保证年平均流量，也能够保证沿岸工农业和生活用水，不会出现过大的旱情，相反，如果气候出现异常，降水量偏少，流域内流量低于平均流量则不能保障沿岸取水的需求，造成缺水，超过一定限度就造成严重大的旱灾。虽然目前有人工影响天气措施，但是对于大区域、大面积，人工影响天气无法改变气候异常造成的水循环异常。
2.2水污染引起的水循环异常
随着经济、技术和城市化的发展、排放到环境中的污水量日益增多。据统计，目前全世界每年约有420km3污水排入江河湖海，污染了5500 km3的淡水，就我国当前的环境形势来看，水污染形势更严重，特别是中小企业分散在各个小流域内，一方面对环境保护的认识不足引起环保投入与设施缺乏，工业、生活废水直接排放，另一方面环境保护执法力度不够造成的无序排放更加严重，使得我国的许多中小流域遭受严重的污染。
这些污废水不经处理排入地表水体，造成全世界的水质恶化，水污染造成的“水质性缺水”，加剧了水资源短缺的矛盾和居民生活用水的紧张和不安全性。特别是遇到干旱的时候，这些污染的水体不能用于生活和农业取水，使得本来就紧缺的水资源更加珍贵。
2.3水利工程引起的水循环异常
在自然界中，水体处于自然状态，在通常情况下，水循环是处于平衡状态的，随着人类活动对水资源的利用，直接或间接地破坏了水循环平衡。
其一是围湖造田，湖泊在当地起着调节气候，为蒸发提供足够的水域面积，补充降水需要的水汽，还有调节地下水水位的功能，在地下水水位较高的地方还要地下水与地表水相互转化的功能，围湖造田，缩小了水域面积，减小了蒸发量，蒸发量的减小直接导致降水量减少，引起水循环异常。
还有在河流的上中游的山区地段，有的河段为了开发水电资源修建的引水式电站，将主河道改道，河水经引水、输水隧洞从山体或两岸穿过，这直接影响了水体的有效蒸发面积，减小了蒸发量，同样破坏了水汽循环的平衡，造成降水量少，直接引发旱灾。
篇7
关键词:水资源循环经济;工业用水;循环利用
现代工业园区的用水问题,我国已经有相关政策,政策鼓励工业园区的企业进行水的分类利用和循环使用。工业园区可以采取“减量化、水再使用、水再生利用、水再循环、水资源管理”的水循环经济模式,让工业园区搭建一个水资源循环系统的共有平台,延长水资源在社会循环中的使用时间,要把水资源利用到最大限度,削减工业企业的用水量、提高用水的效率和减少废水、污水的排放量等问题是解决工业园区的用水问题的有效途径。
1. 国内工业用水循环利用现状
我国的水资源不仅不足而且不均,平均每人只有2200立方米水资源,不到世界平均水平的1/3。我国有一半以上的重要城市中都面临这不同程度的缺水问题,有110座工业城市严重缺水,水资源的供应不足已是制约现代城市经济发展和改善人民生活的主要因素之一。从总的来看,中国的工业用水循环利用率较低,在60%左右,比发达国家工业用水循环利用率低了近20%左右。就国内水资源严重不足的情况,我国已制定了很多有效措施来促进工业用水循环使用的发展。现在很多的工业园区都已经采取了重复利用污水、废水措施:塑料厂、钢铁厂采用冷却池或冷却塔技术重复利用冷却废水;电站、造纸厂采用封闭循环系统使水资源达到最充分利用。
2. 水的循环利用
一般我们把水的循环分成自然循环与社会循环。水的社会循环依赖于自然循环,但是他对自然循环有这不可小视的负面影响.所以,水在进行的其社会循环的过程中要重视遵循水的自然循环的规律,处理好污水清洁和排放工作,尽量的循环使用污水,对污水进行再生利用,充分利用自然界的有限淡水资源,人类要多次、重复、持续地高效利用。有很多方法是可以把废水、污水再次利用,企业自身内部水的循环利用和反复利用是再次利用最常见的一种方法。水系统的健康循环是指在水社会循环过程中加强管理,减少对天然水体的取水量,提高水资源的再生循环利用,减少对水污染的负荷,加强对废水、污水的治理,确保生态环境用水,其基本实施策略如图1所示。水资源的利用将由过去的“取水――输水――用户――排放”的恶性循环流动模式,转变为“节制的取水――输水――用户――再生水”的反馈式循环流程。水资源循环利用的加强,使水的社会循环能够融入到水的自然循环过程中,实现社会用水的健康循环。
循环利用工业园区用水是实现水社会循环的关键环节。解决水资源及水环境矛盾、经济发展的双赢途径是针对工业发展和工业系统的特点,遵照经济及生态规律,全面推进产业结构的生态重组,在尽量减少生态环境不被工业废弃水破坏的基础上,大力提高工业系统水资源生产效率。通过现代技术和政府管理手段,有效的降低人类活动对水资源自然循环的破坏程度,维护生态系统自身净化能力的稳定性,使其保持长久的良性循环。
3.处理工业冷却水
提高用水效率、改善用水设备、调整用水结构刻不容缓。因为,我国的工业用水存在着很大的漏洞,还有很大的改进空间,主要表现在复用率和直流供水和复用率低、严重的浪费等方面。为了实现保护环境和节约用水的目的,我们采用深度及简单处理来提高循环水浓缩倍率,直流冷却水系统及循环冷却水系统是化工企业、钢铁厂及电厂等一般采用的水冷却系统的两种组成形式,而密闭式、敞开式、直接接触式又是循环冷却水系统的几种形式。冷却塔,如玻璃钢、抽风式、及风筒式冷却塔等在冷却水过程中会被用到。循环冷却水系统被国内一些火力发电厂及钢铁公司所采用,这使用水量大大减少,提高了经济及环境效益。采用提高循环冷却水浓缩倍数的方式减少补充水量被一些石化企业所采用,历经不断的努力浓缩倍数从以前的1.5―2倍提高到2.5―4倍,补水量也相应的减少了30%―40%左右。
4. 中水回用
城市污水或生活污水经过处理后达到一定的水质标准,可以在一定范围内重复使用的非饮用水称为中水。中水回用是污水处理的开发和延伸,可以为缺水比较严重的城市提供新的水源,发展空间广阔。中水用途相当广泛。
5. 水循环系统建设的途径与措施
5.1 水循环经济运行模式的建立。对所有进去工业园区的企业,根据各企业的用水规模的大小和效益好坏,对其进行用水定额管理,以一万元为基本单位,创造万元产值规定用水量的多少,尽量的把水资源平均分配。工业园区要建立健全水价市场和水权市场,明确规定饮用水和循环水成本和价格,把源生水与再生水的价格差距拉大,有效的利于市场机制,鼓励并刺激工业园区的所有企业多多使用再生水,这样不仅能够促进园区内企业的用水成本的减低,而且还提高了园区内的水资源更好的得到循环利用。
5.2 水循环技术保障体系的建立。工业园区要加强管网建设、水重复利用、污水处理、水质监测和用水信息等一系列的建设与各方面技术服务的完善,给入园企业一个好的用水环境。
参考文献:
[1]黄贤金.循环经济发展:产业模式与政策体系[M].南京:南京大学出版社,2004:117-123.
[2]陈琨.我国实施水资源循环经济模式的途径[J].中国人口资源与环境,2003,13 (5):120-121.
篇8
【关键词】 PLC 高炉生产 系统泵站
目前作为高炉的冷却水循环系统的控制一般采用的都是人工控制，这给整个系统的联网和统一管理带来了很大不便。影响整个高炉系统的效率，并且造成一定的能源和资源的浪费。
1 PLC在泵站系统中的应用
总装机容量100kW以下的小型泵站在高炉水循环占有相当大的比例。为了降低小型泵站运行费用，提高小型泵站的自动化程度，根据小型泵站的运行工艺特点，采用可编程序控制器（PLC）进行控制，通过设定运行程序对整座泵站进行运行和监控，实现半无人值守或无人值守。通过传输设备联网，可以实现无人值守泵站运行，大大降低小型泵站运行人工费用，让有限的运行费用更多的用于泵站设备改造、维修和维护，更有效提高泵站设备完好率和可用保证率。
目前国内对小型泵站自动化的研究还处于起步阶段，尤其对高炉炉冷却水循环系统的研究设计还刚刚开始。
2 系统工作原理
2.1 控制系统要求
本次设计应实现：高炉的实时性和可靠性要求；无人值守系统能正常运行，满足系统的温度、压力、流量等工艺参数要求；系统可靠性高，故障自动排除；泵站内的各泵采用互备技术，任何一个泵出故障都不影响系统正常工作；泵站系统的过载检测、故障实时报警，并实现故障紧急处理避免危险情况的发生；系统的可维护性强，发生故障能迅速定位，出现故障能快速修复；整个设计合理切合工程实际，便于施工且性价比合理。
整个系统可以与钢厂的网络系统联网，能进行通信，上位机可以监控所有设备的运行情况，能对所有设备进行管理。系统的通信总线采用RS485总线。所设计的的系统采用的硬件设备与原有的设备和系统其他设备有很好的兼容性，能在不改变其他任何硬件的情况下完成控制系统设计。本地设备通过报警检测，系统应具有一定的自诊断能力，能实现部分故障的自我修复，对于不能修复的故障，应能迅速指示出故障所在处，以便检修人员能迅速的对故障做出处理。
2.2 设计技术指标
根据高炉的实际情况，整个工厂水循环系统应满足以下指标：（1）满足1#高炉的生产用水，循环水量为60～100m3/h，自流回水；循环利用率大于90%。（2）冷却炉壁的压力不低于0.3MPa；冷却出水温度≤40℃。（3）改善供水水质，使水中悬浮物含量低于20mg/L，并采用水质稳定措施基本消除高炉冷却壁及循环水设施的结垢、腐蚀现象。（4）设置事故泵站及事故水泵，确保安全供水。
2.3 设计原则
高炉冷却水循环系统的的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。水资源循环利用，电能节约利用，降低能耗提高效率，不给环境造成不良影响。整个系统的性价比高，所选控制器及其稳定可靠，出现故障易修复。高炉冷却水循环系统的设计，必须从全局出发，工艺参数、工程特点和高炉的实际条件，结合国情合理地确定设计方案；必须坚持节约用地的原则；同时还应符合现行的国家有关标准和规范的规定。
根据系统兼容性要求冷却水循环系统采用与整个锅炉其他控制系统的PLC采用同品牌同系列的产品。通讯和组态也采用统一的标准，确保整个系统兼容性强，扩充改造方便。
3 系统的保护设计框架
由于被控对象的特性，系统需要对水池中液位的高度进行检测，防止出现由于液位下降导致水泵抽不到水。对流过空气开关的电流进行检测，防止出现大电流。对流量进行检测确定每个水泵都有水流过。当系统发生大电流时，系统发生报警，比对上位机发出信号，请求关闭当前泵站，启动其他泵站，待上位机回复确认信息后系统关闭。当水池的液位下降到比设定的液位低的时侯，有检测部分向PLC发信号系统报警，PLC请求上位机关闭该泵站，待系统回复确定信息后，系统执行相应的操作。利用流量检测来去定水泵中是否有水流过，如有流量则该泵启动正常，如果没有则该泵启动异常，需要启动备用泵。上位机能随时通过通信监测到每个泵的运行情况。整个工厂的控制层能获得系统的所有信息，有利于工厂的统一管理和资源的统一分配利用。真个系统的各个设备都支持本地控制，当系统通信系统出现问题的是可以选择本地控制。可以设定系统的各个参数，保证系统的安全可靠运行，实现冷却系统的不间断供水循环。
4 系统控制方案的确定
根据工厂的规划拟采用三个泵站对工厂冷却系统供水，本设计只是对其中的一个进行设计。系统的水压和温度要求在进行软件设计时可以实现。故障水泵的要求，设计本身采用的是各个泵之间的互备技术，任何情况下每个泵都有一个或两个泵作为其他泵的备份，个泵循环作为备用泵，确保不会因为长时间不用损坏而不能起到备用的可靠性，互备技术不用一对一的给各个泵做备份，节约了成本，也减轻了控制系统的负担。
该方案采用开关量进行逻辑控制，通过PLC对四个泵的启停进行控制实现对高炉冷却水系统实现恒压控制。通过对检测压力对泵的开启进行控制，达到稳定冷却炉输入部分压力的稳定。通过检测启动20s后每个泵有无流量信号来判断各个泵是否启动正常，通过检测电流是否过大来判断真个系统是否正常，如果有泵启动异常则通过互被技术启动备用泵。
篇9
海水循环水处理工艺
根据海水养殖过程中产生的废物及其特点，常见的RAS工艺集沉淀、过滤、消毒、增氧、温控、脱氮等为一体，并通过优化组合充分发挥各净化单元的作用，以满足不同养殖对象对水质的要求。如图1所示，养殖单元出水经沉淀池去除悬浮物、紫外线杀菌、生物滤池去除氨氮后，再进入养殖池循环使用。在处理过程中，氨态氮的去除是应该考虑的首要问题，RAS工艺大多都有生物硝化处理，但有关反硝化工艺有待进一步研究。
海水循环水养殖系统脱氮工艺
1常用海水循环水生物脱氮工艺由于海水的高盐度与养殖废水的贫营养，增加了养殖废水脱氮处理的难度。国外对于海水RAS脱氮处理的工艺选择、运行条件、工艺参数及处理效果等研究较多，而国内相关报道较少。其中部分国内外对海水循环水生物脱氮的主要研究概况见表1。对于贫营养的海水养殖废水多采用生物膜法进行处理，如生物滤池、生物转盘、流化床，尤以生物滤池最为常见，而A/O、SBR等活性污泥法应用较少。表1中的海水循环水生物脱氮速率为1．4～100．0mg/(h•L)，这很可能与不同的操作参数有关，如反应器结构、填料类型、电子供体的种类、反应器中的氧化还原电位、水中硝酸盐浓度等。通过反应器的优化、填料与碳源类型的选择，可以减少反应器的有效容积、控制生物膜厚度、保证填料均匀分布、提高脱氮效率。研究表明，乙醇是RAS生物脱氮的有效外加碳源，但近年来，利用内源性碳源的方法也日益受到关注，即利用RAS本身含碳物质如残饵、粪便、水解产物作为反硝化电子供体。Klas等建立了关于RAS利用内源碳源反硝化过程的化学计量方程：虽然内源性碳源不如乙醇等外源性碳源易吸收利用，但可降低运行成本，并可达到净水与综合利用废弃物的目的。
2复合菌─藻系统生物脱氮工艺近年来，复合菌─藻系统已广泛应用于污水处理中，好氧细菌通过分解作用为藻类提供光合作用所需的碳源与营养物质，藻类通过光合作用将水中的CO2与N、P等营养盐合成为自身有机物质，从而达到净化水质的目的。利用复合菌─藻生物脱氮是海水循环水脱氮工艺的一大发展方向，但可用于海水养殖废水处理的水生植物种类相对较少，目前常用的海藻主要有石花菜、石莼、江蓠等。该工艺在海水RAS实际应用中，需注意以下几方面的问题:首先，藻类夜间基本停止光合作用而不产氧，阴天的DO也较低，必须采取合理的增氧措施以避免养殖过程中间代谢产物NO2－－N的积累;其次，藻类的大量繁殖易造成出水中的悬浮物浓度增高，应采用微滤除藻等工艺严格控制出水中的藻类;此外，如何选择培育适合的藻菌品种，如何控制养殖环境的藻菌种类组成与比例等技术问题也有待解决。
3固定化脱氮系统从20世纪80年代起，也有研究者将固定化包埋技术应用于养殖废水处理中，如Park等曾利用PVA为载体进行海水RAS固定化脱氮研究，但由于养殖废水成分复杂，再加上环境因素的影响，目前水产养殖的固定化脱氮系统还仅限于实验室规模的研究。
海水RAS常见的问题及解决方案
总的来说，目前对于海水RAS主要还是采用传统工艺脱氮，即需经历好氧硝化与缺氧反硝化2个不同的过程。而水产养殖废水高DO与低C/N比的特点，使得厌氧反硝化菌在水产中的应用一直受到很大限制，存在一些亟待解决的问题。
1外加碳源解决低C/N比的问题C/N比为脱氮处理的关键参数之一，根据传统脱氮理论，实现完全反硝化的理论C/N比为2．86。考虑到微生物生长所需的碳素营养(约占碳源总值的15%)，以及有机碳源的性质与反硝化菌种的不同，对于易利用碳源，反硝化所需的实际C/N比为3～6。在C/N比充足的条件下，N2O、NO2－等中间产物的浓度迅速降低;碳源不足将导致NO2－的积累;碳源过量又会使NO3－还原为氨，甚至产生有毒硫化物。而海水养殖水体中的C/N比较低，在1～2之间，因此需外加碳源或自养反硝化。国内外研究者采用了不同的方法试图解决碳源不足的问题，并取得了一定的效果，但也存在着各自的不足。如前所述，乙醇是RAS有效的外加碳源，但会增加运行成本。虽然利用养殖固体废弃物作碳源可变废为宝，降低成本，但反硝化速率较低。此外，一种新型的固体碳源———非水溶性可生物降解多聚物(BDPs)材料因其易控制、低残留等优点而被投入于实验室规模的研究，但其生物利用性较低，且价格较高，从而阻碍了其在实际生产中的应用。若以混合物质为碳源或许可使工艺系统在处理效果、成本、管理等方面得到优化，但目前尚无此方面的具体报道。
2反硝化环境的脱氧DO是脱氮处理中的另一个重要参数。一般认为，反硝化反应在缺氧条件下才能正常进行，当氧含量超过3%时，将导致NO的反硝化去除率明显下降。而海水养殖水DO含量高，一般在4～8mg/L之间，对于反硝化而言应脱氧预处理。Menasveta等所研究的斑节对虾亲虾循环封闭养殖系统脱氮工艺，就在反硝化处理中增加了脱氧工艺，其反硝化工艺由1个脱氧柱、1个反硝化柱与再曝气箱组成。
通过向脱氧柱通入氮气的方式脱氧，使反硝化柱的进水DO低于0．5mg/L，进而保证了比较高的反硝化效率。Labelle等对封闭循环养殖系统进行海水脱氮实验，海水盐度为28g/L，在反硝化之前，往反硝化生物滤器中投加甲醇以及定期反冲洗进行循环脱氧预处理，将水中DO调整为1mg/L以下，结果表明:脱氧处理对水pH值以及可溶性有机物浓度的影响不大。
人为投加碳源和脱氧处理可提供适合缺氧反硝化的环境，但是该环境中硫酸盐还原菌对反硝化菌的竞争抑制却较少被提及。在海水生物脱氮过程中，若存在高浓度硫酸盐的干扰，那么生物膜内部的硫酸盐还原菌会发生硫酸盐还原，期间会竞争反硝化所必需的碳源，并产生H2S。而H2S对生物具有毒性，会抑制N2O还原为氮气。在利用生物膜法处理海洋污水的过程中，对于缺氧环境中硫酸盐高降解速率的关注，更甚于对于混合死角与填料污染问题的关注，因此，在海水RAS中，不论是采用何种方法进行脱氧，其脱氧阶段均须保持海水的特性，尤其是海水中有机物、硝酸盐与亚硝酸盐的浓度，但反硝化过程脱氧预处理又意味着成本的增加。
3生物脱氮新工艺近年来，许多研究发现:硝化反应既可由自养菌完成，也可由某些异养菌完成;许多反硝化菌在好氧条件下也能进行反硝化，这使同时硝化反硝化成为可能。目前，基于这些新发现开发出了一些脱氮新工艺，如同步硝化反硝化、短程反硝化工艺、一体化完全自养脱氮系统等，这些新工艺解决了传统脱氮工艺存在的不足，并在水处理领域得到了广泛的应用，为RAS系统脱氮提供了解决问题的新途径。
3．1同步硝化反硝化脱氮工艺自20世纪80年代，Robertson等在除硫和反硝化处理系统中，首次分离出好氧反硝化菌后，国内外不少实验证实了同步硝化和反硝化现象，尤其在有氧条件下，流化床反应器、生物转盘、SBR、氧化沟、CAST等不同的生物处理系统中，均有同步硝化与反硝化现象的存在。同步硝化反硝化脱氮工艺(SimultaneousNitrificationandDenitrification，SND)是在一个反应器内同时进行硝化与反硝化反应，具有降低曝气量、节省能耗、无需酸碱中和、简化系统操作、缩短反应时间等优点，可较好地解决传统脱氮工艺中出现的一些问题，是一种具有广泛应用前景与开发价值的生物脱氮新工艺。目前，国内外已报道的好氧反硝化菌包括产碱杆菌属(Alcaligenes)、芽孢杆菌属(Bacillus)、异养球硫菌属(Thiosphaerapantotropha)、丛毛单胞菌属(Comamonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、草螺菌属(Herbaspirillum)、副球菌属(Paracoccus)和代尔夫特菌属(Delftia)等，以假单胞菌属(Pseudomonas)最为常见［30－40］。但来源于养殖水体的好氧反硝化菌的相关报道较少，且多由淡水环境中分离而得，能用于海水养殖水处理且针对亚硝酸盐还原能力的报道极少。如高喜燕等在处理海水循环水生物滤器的生物膜中，分离出了1株耐盐好氧反硝化假单胞菌属(Pseudomonas)，该菌株以柠檬酸钠为唯一碳源，在硝酸盐初始浓度为140g/L、C/N比为15、pH为7．5、NaCl浓度为30g/L、30℃摇床培养的条件下，48h内的脱氮率可达92%，且无NO2－－N的积累。由此可知，选育具有耐盐特性的好氧反硝化菌株用于SND工艺为寻求海水养殖水净化提供了新思路。
3．2短程硝化─厌氧氨氧化工艺近年来，已有一些短程硝化─厌氧氨氧化工艺(Sharon－Anammox)成功用于污水处理厂的报道。Tal曾利用16S－rRNA基因序列分子生物学分析方法，分别对淡水与海水养殖循环系统生物滤池的厌氧与好氧菌群的特性进行了研究。Sharon－Anammox联合工艺先通过Sharon反应器将废水中50%NH4+氧化为NO2－，然后进入Anammox反应器使NH4+与NO2－混合发生反应产生N2。该工艺既减少了供氧量与能耗，又节省了碳源与碱量，其化学计量方程为:Sharon(短程硝化)工艺操作的关键是抑制硝化菌活性而使NO2－得到累积，从而阻止NO2－进一步氧化。根据国内外对于短程硝化影响因素的研究而得出的选择抑制理论，通过选择合适游离氨(FA)质量浓度范围(1～10mg/L)，同时结合特定的反应条件，如较高的反应温度(30～36℃)、较高的pH值(通常大于7．5)或者较低的溶解氧质量浓度等来抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长，实现NO2－的积累。宋宏宾等设计了水产养殖用水的三级生物膜短程硝化─反硝化处理工艺［48］，在设定进水pH值7．5～8．5、温度28～32℃、溶解氧0．5～1．0mg/L、游离氨浓度5～10mg/L的条件下，连续进出水，废水的COD、NH4+－N平均去除率分别达94．4%、91．6%，NO2－－N平均浓度控制在5．2mg/L以下，低于鱼类的耐受浓度，基本达到养殖回用标准。由此可见，短程硝化工艺用于低C/N比、低FA水产养殖废水脱氮处理具有可行性。Anammox(厌氧氨氧化)工艺作为反硝化的替代技术，与Sharon要求低FA的条件刚好相反，大多数的Ana-mmox是在高氨氮浓度条件下研发的，因此在低C/N比、低氨氮浓度的水产养殖废水条件下，厌氧氨氧化仍有待进一步研究。此外，厌氧氨氧化菌普遍具有生长缓慢、对光和氧气敏感的特点［50］，如何高效富集培养厌氧氨氧化菌、缩短厌氧氨氧化的启动时间是该工艺最大的限制因素。
3．3生物膜内自养脱氮工艺生物膜内自养脱氮工艺(CompletelyAutotrophicNitrogenRemovalOverNitrite，CANON)即在同一个反应内创造缺氧、好氧条件并存的环境，完成好氧菌亚硝化反应与厌氧氨氧化菌反硝化反应的一体化完全自养脱氮系统。CANON工艺与Sharon－Anammox工艺类似，不同之处在于其整个脱氮过程是在同一个反应内完成。FA与DO也是CANON工艺的关键因素，尤其对于水产养殖废水而言，FA浓度较低是该工艺的限制因子。由于菌种共存于同一个反应器，亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌势必竞争氨氮，而厌氧氨氧化菌的竞争能力较弱，削弱了厌氧反应，从而抑制反应进行，且出水中可能含有较高的NO2－，仍然需要对反应器出水进一步处理，以消除NO2－对水产养殖的潜在威胁。上述生物脱氮新工艺都有一个共同的特点，即要求达到低浓度DO或厌氧的环境才有利于反应的进行，而这与养殖系统富氧环境相矛盾，故均应进行脱氧处理。
篇10
关键词:虹吸现象 虹吸流发电 水循环发电
中图分类号:P339 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0002-01
社会的进步和经济的发展,对电能的需求越来越大,为解决全社会生产生活对电能的需求问题,就必须想方设法去研究开发一种既安全环保、成本又低的新能源。研究虹吸的目的就是要探索怎样将丰富的地表水变为虹吸流用于发电,使它成为我们所需的安全、环保、低价的电能。
1 中国古人是怎样解释虹吸和利用虹吸的
虹吸管是人类的一种古老发明,早在公元前1世纪,就有人造出了一种奇特的虹吸管。中国人很早就懂得应用虹吸原理制造了虹吸管。在中国古代称“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”。东汉末年出现了灌溉用的渴乌。西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒,也是应用了虹吸的物理现象。宋朝曾公亮《武经总要》中,有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载。
2 当代人们又是怎样解释虹吸和利用虹吸的
现代汉语词典对虹吸管的解释是:虹吸管是使液体产生虹吸现象所用的管子,通称过山龙。虹吸现象是液体从比较高的地方通过一条拱起的弯管,先向上再向下流到比较低的地方去的现象。所用的弯管呈倒U字形而一端较长,使用时管内必须充满液体。
虹吸现象的产生必须具备两个条件:一是两个液面存在着高度差;二是管道必须密闭,密闭管道的高度是受限制的。在常压下虹吸的高度为10.336m,每加大一个大气压,虹管就可以做高10.336m,这个数值人们是通过大量试验得出的。
目前,虹吸原理主要应用在以下几个方面:一是用于抽水马桶的冲水排便;二是用于房屋天沟的排雨水;三是用于生产设备中的供水和排水,像这类的专利有上千例,这说明虹吸应用地比较广泛了;四是用于水库的排洪;五是用于水库坝底的清除泥沙。
3 未来我们又是怎样解释虹吸流和利用虹吸流呢
3.1 虹吸流形成的条件
在常压下形成虹吸流应具备以下几个条件:一是要有一根两头开口的弯管来构成虹管,弯管必须向下放置,弯管两端内灌满水不能有空气,确保水与水之间存在一种相互吸引力;二是虹管的进水水位要高于出水水位,两水位之间应存在压强差;三是在常压下,虹管的高度不要超过10.336m。
3.2 虹吸流所具有的六种特性
一是具有人为性。根据虹吸流形成的条件,不难看出,虹吸流是可以人为产生,条件是:只要有大气压力和有液体水的地方,我们只要给虹管灌满水,排出空气,使之处于两个不同的水位中,或者处于不同的压强下,这样就可以人为产生虹吸流了。
二是具有永动性。根据虹吸流形成的条件,如果虹吸一旦形成,我们只要始终保持虹吸流的入水口水位高于出水口的水位,虹吸流就永恒地流动了。
三是具有放大性。根据虹吸流形成的条件,只要虹管的入水口的水位高于虹管的出口水位,且虹管内已充满水时,虹吸就会形成。也就是说在正常气压下(即一个大气压的情况下),只要虹管的出入口存在一个很小的水位差,就能形成10.336m高及其以下的虹吸流的位能,这就是虹吸流的位能放大作用。
四是具有级联性。根据虹吸流形成的条件,我们可以在第一个水杯中加入水,用灌满水的虹管来形成第一级虹吸流,并使第一级虹吸流流出的水指定让它流入比第一个水杯低的第二个水杯中;再在第二个水杯中用灌满水的虹管来形成第二级虹吸流,再使第二级虹吸流流出的水指定让它流入比第二个水杯低的第三个水杯中;依次类推,可以根据需要形成更多级数的虹吸流以构成虹吸流的级联形式。用这种多级虹吸流的水流来发电,就可发更多的电。
五是具有选择性。在常用压下,虹管的粗细和虹管的高度可以在不超过10.336m的情况下可根据实际需要来选择。
在加压的情况下,虹管的粗细和虹管的高度选择的范围就更大。因为每加大一个大气压,虹管的高度就可以增加10.336m;虹管的粗细选择的范围也就更大。
六是具有调节性。在加压的情况下,除了给虹管两端同时施加压上基准气压后,我们还可以在虹吸管出入口之间附加一个的气压差来确保形成虹吸流所需的压强,并用这个气压差来调节虹吸流的流量流速及启停。
如果虹吸流已经形成,我们可以用安装在虹吸出口处的水阀来调节虹吸流的水流量的大小;如果我们要虹吸流停止,也只要将水阀关闭就行,虹吸流就会停止流动。如果要再次启动,只要将水阀打开就行。虹吸流具有的可控性为我们进一步控制虹吸流带来了很大方便。
3.3 虹吸流在发电领域中的应用
下面简要讲述一下已申请发明专利的由多级虹吸流组成的两类水循环发电系统的特点。
(1)用于水库的水力发电。有专利号为CN20092007908.x,专利名称为《虹吸发电》,该专利就是在原有水力发电的进水管前端安装一个倒U型的虹管,在虹管的下端再安装1台水轮发电机,在虹管排水管的下端再用1台液体流的水轮发电机发电,这样就用了2台发电机来发电,增加一倍的发电量;(2)用地表水的水力发电。有多级虹吸水力的发电装置组成水循环发电系统。为了克服单级虹管发电对水源的位能有一定的依赖性、浪费水资源和效力低问题。发明了在常压下的《多级虹吸水力发电装置组成水循环发电系统》。它包括了由多个单级的虹吸水力发电装置、配套的储水池和一个循环水管渠泵水系统组成。专利申请号为:201010591463.1。其特点是充分利用了多级虹管能大幅度提升水的位差,放大位能的奇特功能用于发电,使有限的水资源能发出无限的电。
如果我们将由多级虹吸水力发电装置组装成水循环发电系统应用到发电领域中,就形成一个以水为媒介的依靠大气压力来发电的水循环发电系统,用来解决人类对电能的需求。为人类开辟了一条取至不尽,用至不竭能源的新途径。
4 结语
由于本人研发的条件及所掌握知识水平有限,在这里只能起到抛砖引玉的效果,希望专家、读者对这一课题的进一步的研究给予更多的支持和帮助,使虹吸流不仅能用来发电,还是在其他领域中能得到更加广泛的应用。
参考文献
