導(dǎo)語：如何才能寫好一篇水循環(huán)特點(diǎn)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：燃?xì)饴?lián)合循環(huán)；汽包水位；余熱鍋爐；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TK316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2013）07-0024-03

0 引 言

某電廠燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的配置型式為：1臺(tái)燃機(jī)+l臺(tái)汽機(jī)+1臺(tái)發(fā)電機(jī)+1臺(tái)余熱鍋爐。余熱鍋爐為三壓、再熱、無補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐。凝結(jié)水在經(jīng)過低壓省煤器之后進(jìn)入低壓汽包，一部分爐水直接加熱為低壓過熱蒸汽進(jìn)入低壓缸，另一部分爐水經(jīng)過中壓給水泵和高壓給水泵分別進(jìn)入中壓和高壓加熱系統(tǒng)，加熱為中壓過熱蒸汽和高壓過熱蒸汽。

1 汽包水位控制

圖1為本文所研究機(jī)組的汽水流程圖。汽包水位是機(jī)組運(yùn)行參數(shù)中重要的一個(gè)監(jiān)控對(duì)象。汽包水位過高，會(huì)影響汽水分離效果，使蒸汽帶水；汽包水位過低，會(huì)影響汽水循環(huán)，甚至干鍋。汽包水位控制系統(tǒng)的任務(wù)就是維持鍋爐汽包水位為設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)全程水位自動(dòng)控制。某電廠給水系統(tǒng)有三個(gè)壓力等級(jí)：高壓給水泵采用液力耦合泵，并配置有旁路調(diào)節(jié)閥門，所以高壓給水系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)過程中采用主路電動(dòng)門關(guān)閉、旁路調(diào)節(jié)閥門開啟的方法來控制高壓汽包水位。當(dāng)高壓蒸汽流量超過40 t/h時(shí)，旁路調(diào)節(jié)門全開，主路電動(dòng)門全開，高壓汽包水位通過勺管開度來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。中壓和低壓給水泵都采用定速泵，直接用節(jié)流閥門來控制汽包水位。三個(gè)壓力等級(jí)的水位控制都采用單/三沖量控制方法，利用各壓力等級(jí)的蒸汽流量的大小作為單/三沖量控制的切換條件[2-5]。

圖1 機(jī)組汽水流程圖

2 燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組的汽包水位控制

燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組的熱力系統(tǒng)特點(diǎn)決定了該類型機(jī)組汽包水位的控制也有其自身的獨(dú)特之處。

2.1 汽包啟動(dòng)水位的確定

汽包水位作為電廠自動(dòng)化控制的一個(gè)重要控制目標(biāo)，汽包水位控制的效果也是實(shí)現(xiàn)整個(gè)電廠的自啟停功能能否實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵。既然要實(shí)現(xiàn)電廠的自啟停，汽包水位就要實(shí)現(xiàn)從啟機(jī)前的準(zhǔn)備到滿負(fù)荷的全程自動(dòng)控制，而汽包啟動(dòng)水位的確定便成為一項(xiàng)重要工作。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的升負(fù)荷比較快，導(dǎo)致余熱鍋爐的壓力、溫度提升速度很快。由于壓力和溫度的變化，會(huì)引起汽包虛假水位，因此在機(jī)組啟動(dòng)階段，汽包的虛假水位非常嚴(yán)重。如果按照正常運(yùn)行值調(diào)節(jié)水位，水位會(huì)無法控制，經(jīng)常的結(jié)果會(huì)引起機(jī)組跳閘。所以在啟動(dòng)階段，水位的定值應(yīng)比正常運(yùn)行值低50～100 mm。在膨脹結(jié)束之后，鍋爐受熱面繼續(xù)受熱就會(huì)產(chǎn)生蒸汽，如果這時(shí)不給鍋爐補(bǔ)水，就會(huì)使得汽包水位降低，也就是說汽包膨脹后的水位才是汽包水位控制的一個(gè)基本起始點(diǎn)。如果啟動(dòng)水位確定不當(dāng)，就會(huì)使汽包水位波動(dòng)加大，水位控制難度增加，從而影響汽包水位控制的效果，影響整個(gè)機(jī)組的平穩(wěn)啟動(dòng)。為了能確定汽包的膨脹程度，我們專門為三個(gè)汽包做了汽包膨脹試驗(yàn)。過程如下：啟機(jī)之前，先將汽包水位控制在一定數(shù)值，然后將汽包水位調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉，將所有影響汽包水位的放水閥關(guān)閉。在機(jī)組點(diǎn)火之后，汽包水位會(huì)不斷升高直到一個(gè)最高點(diǎn)，觀察汽包水位變化實(shí)時(shí)曲線，記錄汽包水位最高點(diǎn)，然后根據(jù)汽包水位最高值及汽包水位起始數(shù)值計(jì)算出汽包水位的膨脹數(shù)值。在得到汽包水位膨脹數(shù)值之后，就可以用零水位減去汽包水位膨脹數(shù)值得到汽包的啟動(dòng)水位，將汽包啟動(dòng)水位作為汽包水位控制的初始設(shè)定值，在機(jī)組點(diǎn)火之后再將汽包水位設(shè)定值按照一定速率慢慢增加至零水位。這就會(huì)使整個(gè)過程汽包水位的控制變得更加平穩(wěn)，不會(huì)因?yàn)槠坏呐蛎浂顾徊▌?dòng)加劇，從而有利于整個(gè)電廠的全自動(dòng)啟動(dòng)。其汽包水位設(shè)定曲線如圖2所示。

圖2 余熱鍋爐汽包水位設(shè)定值曲線

2.2 熱態(tài)啟機(jī)時(shí)的高壓汽包水位控制

本類型機(jī)組具有啟動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，所以，在整個(gè)電網(wǎng)中，擔(dān)任調(diào)峰任務(wù)的機(jī)組基本上每天都要進(jìn)行啟停操作。當(dāng)天的啟停通常會(huì)使機(jī)組在熱態(tài)或者極熱態(tài)狀況下啟動(dòng)，機(jī)組在熱態(tài)或極熱態(tài)情況下啟機(jī)，高壓系統(tǒng)壓力很高，汽包壓力大于6 MPa，高壓主蒸汽壓力大于6 MPa，高壓旁路閥很早就進(jìn)入最小壓力控制模式，高壓旁路閥快速地打開和關(guān)閉，使得高壓汽包水位波動(dòng)很大。另外，高壓旁路閥的開關(guān)引起高壓蒸汽流量的變化，使得高壓給水主旁路來回切換，高壓水位的調(diào)節(jié)在單沖量和三沖量之間來回切換。這種情況下，由于汽包水位的急劇變化，忽高忽低，已經(jīng)失控，只能通過運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)，如果措施不急時(shí)，很容易造成跳機(jī)。綜合分析熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)的情況，其原因主要有以下兩點(diǎn)：一是高壓汽包壓力高，高壓旁路閥的快速動(dòng)作對(duì)高壓汽包的水位影響很大。在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于機(jī)組停機(jī)時(shí)間短，汽機(jī)和鍋爐仍然保持著很高的溫度，高壓汽包壓力依然保持得很高，高壓主蒸汽如此高的壓力使得高壓旁路閥很快進(jìn)入最小壓力控制模式。為維持高壓主汽門前壓力穩(wěn)定，高壓旁路閥很快打開，在高壓旁路閥打開后高壓主蒸汽的壓力下降很快，高壓旁路閥為維持壓力穩(wěn)定隨后迅速關(guān)小。在整個(gè)過程中，高壓旁路閥的動(dòng)作速率是很快的，高壓旁路閥的快速動(dòng)作使高壓汽包的壓力變化也很大，最終導(dǎo)致高壓汽包的水位大幅度的波動(dòng)。二是高壓旁路閥的快速開關(guān)引起高壓汽包蒸汽流量的變化，使得高壓給水主、旁路來回切換，高壓水位的調(diào)節(jié)模式在單沖量和三沖量之間來回切換。當(dāng)高壓汽包蒸汽流量超過60 t/h時(shí)，高壓水位切至主路，高壓水位調(diào)節(jié)切換至三沖量調(diào)節(jié)，這時(shí)候高壓汽包的水位還處在高位，并且還在上升中，液力耦合泵轉(zhuǎn)速降低。在高壓旁路閥關(guān)閉之后，水位急劇下降，高壓汽包蒸汽流量也隨之減小。當(dāng)流量減小至40 t/h時(shí)，給水主路和旁路又進(jìn)行了一次切換，這樣的反復(fù)切換會(huì)使得水位不斷地大幅波動(dòng)。

解決這一問題的方法就是給水主旁路切換條件中添加機(jī)組并網(wǎng)信號(hào)，因?yàn)檎Ｇ闆r下機(jī)組在未并網(wǎng)之前蒸汽流量不會(huì)達(dá)到切換值，除非由于高旁的快開導(dǎo)致蒸汽流量會(huì)突然躍升至切換值，添加這一條件后高旁的開啟就不會(huì)引起水位控制方式的頻繁切換。另一個(gè)補(bǔ)充的方法就是對(duì)汽包水位采取變參數(shù)控制方法，針對(duì)汽包水位在不同啟機(jī)狀態(tài)下所表現(xiàn)出的不同的變化過程，對(duì)基本的PID控制參數(shù)采取變參數(shù)方法來完善控制過程，在熱態(tài)情況下可以放緩PID調(diào)節(jié)過程，防止控制過程出現(xiàn)振蕩。

2.3 中壓汽包水位的控制

中壓汽包由于其在整個(gè)熱力系統(tǒng)中所處的位置，其水位變化的情況最為復(fù)雜。中壓汽包所產(chǎn)生的蒸汽通過中壓過熱器與冷再段來的蒸汽匯集后進(jìn)入中壓再熱器，然后到達(dá)中壓缸和中壓旁路。這一過程中任何一點(diǎn)的壓力變化都會(huì)對(duì)中壓汽包的水位造成影響，而且中壓汽包容量非常小，其直徑僅為1 600 mm，水位可波動(dòng)范圍小，如果控制不當(dāng)，很容易造成水位超限跳機(jī)。尤其是在機(jī)組啟動(dòng)過程中，高壓旁路和中壓并汽調(diào)節(jié)門的動(dòng)作都會(huì)引起中壓過熱器出口壓力的變化，中壓汽包水位很容易造成波動(dòng)。從機(jī)組汽水流程圖可看出，中壓汽包水位控制因?yàn)橛绊懸蛩剌^多，已經(jīng)不能通過簡單的三沖量水位控制方法來達(dá)到控制效果，必須從多方面考慮，充分認(rèn)識(shí)各個(gè)影響因素，從源頭抓起，把這些影響降低到最低，從而穩(wěn)定住中壓汽包水位。

高壓旁路在啟機(jī)過程中為了維持機(jī)前壓力，會(huì)在高壓過熱蒸汽壓力上升過程中開啟，并且隨著壓力的繼續(xù)上升會(huì)逐漸關(guān)閉。在這一過程中，中壓過熱器出口壓力會(huì)受到其影響出現(xiàn)異常波動(dòng)，它的后果就是引起中壓汽包的虛假水位，造成中壓汽包水位的波動(dòng)劇烈，而且不易控制。對(duì)于這一現(xiàn)象與高壓汽包出現(xiàn)的問題類似，其解決方法也類似，此處不再贅述。

中壓并汽門的作用是在中壓蒸汽達(dá)到一定壓力后控制中壓過熱蒸汽與冷再的蒸汽進(jìn)行合并，隨之進(jìn)入再熱器進(jìn)行加熱。由于并汽過程比較復(fù)雜，既要保證并汽的平穩(wěn)性，保持壓力的穩(wěn)定，保持水位的穩(wěn)定，而且還要提高并汽的效率，避免過熱蒸汽的浪費(fèi)，所以并汽閥的控制在整個(gè)機(jī)組啟動(dòng)過程中是一個(gè)難點(diǎn)。水位的波動(dòng)應(yīng)該反映整個(gè)熱力系統(tǒng)對(duì)于給水量的要求，但是并汽門突然的開啟和關(guān)閉所引起的中壓汽包的壓力劇烈波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致中壓汽包出現(xiàn)嚴(yán)重的虛假水位。這種現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，中壓的水位就很難控制住，因?yàn)榇藭r(shí)的水位已經(jīng)不能真實(shí)反映系統(tǒng)對(duì)于給水量的需求。解決這一問題的方法就是優(yōu)化并汽門的控制，減少中壓蒸汽的壓力波動(dòng)。于是在并汽門控制改進(jìn)過程中，著重對(duì)并汽門前后的壓力差進(jìn)行幅度限制，防止并汽門的突然開啟和關(guān)閉。

經(jīng)過這兩方面的優(yōu)化，中壓汽包水位的控制效果已經(jīng)達(dá)到了正常機(jī)組運(yùn)行的要求。

3 機(jī)組汽包水位的變化結(jié)果

圖3所示是該機(jī)組在一鍵啟動(dòng)過程中機(jī)組汽包水位的變化曲線。

圖3 機(jī)組在一鍵啟動(dòng)過程中機(jī)組汽包水位的變化曲線

從圖3中可看出，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷曲線均較為平滑，而汽包水位波動(dòng)則比較劇烈，但均在可控范圍之內(nèi)。其中，高壓汽包水位最高-112 mm，最低-352 mm，正常水位-250 mm；中壓汽包水位最高-86 mm，最低-213 mm，正常水位-150 mm。

4 結(jié) 語

通過對(duì)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們對(duì)于燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組的汽包水位控制基本上采取了常規(guī)火電機(jī)組單/三沖量控制方法，但是由于此類型機(jī)組熱力系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，也加入了一些特殊的方法，有針對(duì)性地改進(jìn)了其在機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，達(dá)到了滿意的效果。

篇2

關(guān)鍵詞：流域 水循環(huán) 水文 分布式 模型 WEP

一、分布式流域水循環(huán)模擬的意義與作用

地球環(huán)境變化和人類活動(dòng)的影響改變了水的自然循環(huán)規(guī)律， 加劇了我國水資源的供需矛盾，許多地區(qū)出現(xiàn)了水環(huán)境與水生態(tài)惡化的嚴(yán)重局勢。地表水、地下水及人工側(cè)支循環(huán)水等各類水資源轉(zhuǎn)化頻繁，狹義的水資源概念與傳統(tǒng)的水資源評(píng)價(jià)方法已顯不適。

20世紀(jì)80年代中期以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)的發(fā)展，從水循環(huán)過程的物理機(jī)制入手并考慮水文變量的空間變異性問題，即分布式流域水文（水循環(huán)）模型或稱“白箱”模型的研究在國內(nèi)外受到廣泛重視，涌現(xiàn)出許多分布式或半分布式模型，如SHE模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等（參見文獻(xiàn)1）。另外，全球大循環(huán)（GCM）研究對(duì)陸地地表過程模擬提出了越來越高的要求，土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）研究受到重視，出現(xiàn)了各類SVATS（土壤-植物-大氣通量交換方案）模型，從另一方面加強(qiáng)了水循環(huán)的研究。本文使用“流域水循環(huán)模擬”而不是“流域水文模擬”，意在強(qiáng)調(diào)需要將流域水循環(huán)系統(tǒng)的所有要素過程聯(lián)系起來研究而不僅僅是產(chǎn)匯流模擬。

分布式流域水循環(huán)模擬能夠回答水在時(shí)空間上如何移動(dòng)和轉(zhuǎn)化、什么樣的工程與管理措施才能減少無效耗水以及人與生態(tài)如何分水等問題，而且其模型參數(shù)具有物理意義、可根據(jù)測量和下墊面條件進(jìn)行推算。因此，基于物理機(jī)制的分布式流域水循環(huán)模型的研究與開發(fā)具有重要意義，在以下幾個(gè)方面具有不可替代的作用：（1）預(yù)測未來環(huán)境變化下的流域水資源演變趨勢，（2）分析人類活動(dòng)的影響與各類對(duì)策的效果，（3）借助各類遙測技術(shù)在缺乏地面觀測資料流域進(jìn)行水文分析與預(yù)測，（4）為流域水資源評(píng)價(jià)與配置、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度、水環(huán)境評(píng)價(jià)、水土流失監(jiān)督治理及水生態(tài)環(huán)境分析等各專業(yè)應(yīng)用提供強(qiáng)力支持。

二、WEP模型的開發(fā)與驗(yàn)證

本文作者從1995年起從事分布式流域水循環(huán)模擬研究，開發(fā)了網(wǎng)格分布式流域水循環(huán)模型WEP (Water and Energy transfer Process) 模型（參見文獻(xiàn)2至4）。該模型以長方形或正方形網(wǎng)格為計(jì)算單元，便于使用GIS和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，并具有物理概念強(qiáng)、計(jì)算精度高和速度快等特點(diǎn)，已在日本谷田川等多個(gè)流域得到驗(yàn)證，正在日本戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)項(xiàng)目(CREST)“都市生態(tài)圈、大氣圈和水圈中的水量能量交換”課題中使用，并正在我國的幾個(gè)流域進(jìn)行驗(yàn)證中。WEP模型2002年10月獲日本國著作權(quán)登錄，并可從互聯(lián)網(wǎng)上下載，詳見pwri.go.jp/team/suiri/yata-r/index_e.html。雖然WEP模型還包括水質(zhì)模擬模塊，受篇幅所限，這里僅就WEP模型的水循環(huán)模擬部分的開發(fā)與驗(yàn)證情況做簡要介紹。

1．1 WEP模型的開發(fā) 為提高計(jì)算效率，WEP模型對(duì)非飽和土壤水運(yùn)動(dòng)的模擬采取了比SHE模型簡化的算法，但強(qiáng)化了對(duì)植物生態(tài)耗水與熱輸送過程的模擬，對(duì)水熱輸送各過程的描述大都是基于物理概念。

（1）模型結(jié)構(gòu)。各網(wǎng)格單元的鉛直方向結(jié)構(gòu)如圖-1（a）所示。從上到下包括植被或建筑物截留層、地表洼地儲(chǔ)留層、土壤表層、過渡帶層、淺層地下水層和深層地下水層等。狀態(tài)變量包括植被截留量、洼地儲(chǔ)留量、土壤含水率、地表溫度、過渡帶層儲(chǔ)水量、地下水位及河道水位等。主要參數(shù)包括植被最大截留深、土壤滲透系數(shù)、土壤水分吸力特征曲線參數(shù)、地下水透水系數(shù)和產(chǎn)水系數(shù)、河床的透水系數(shù)及坡面和河道的糙率等。為考慮網(wǎng)格內(nèi)土地利用的不均勻性，采用了“馬賽克”法即把網(wǎng)格內(nèi)的土地歸成數(shù)類，分別計(jì)算各類土地類型的地表面水熱通量，取其面積平均值為網(wǎng)格單元的地表面水熱通量。土地利用首先分為水域、裸地－植被域、不透水域三大類。裸地－植被域又分為裸地、草地與耕地、樹木3類、不透水域分為都市地表面與都市建筑物。另外，為反映表層土壤的含水率隨深度的變化和便于描述土壤蒸發(fā)、草或作物根系吸水和樹木根系吸水，將裸地－植被域的表層土壤分割成3層。

（a）

（b）

圖-1　WEP模型的結(jié)構(gòu)：（a）網(wǎng)格單元內(nèi)的鉛直方向結(jié)構(gòu)，（b）平面結(jié)構(gòu)

WEP模型的平面結(jié)構(gòu)如圖-1(b)所示。首先，為追跡計(jì)算坡面徑流，根據(jù)流域數(shù)字高程（DEM）及數(shù)字化實(shí)際河道等，設(shè)定網(wǎng)格單元的匯流方向（落水線）。然后，將坡面徑流沿著落水線用1維運(yùn)動(dòng)波法由流域的最上游端追跡計(jì)算至最下游端。關(guān)于各支流及干流的河道匯流計(jì)算，視有無下游邊界條件采用1維運(yùn)動(dòng)波法或動(dòng)力波法由上游端至下游端追跡計(jì)算。地下水流動(dòng)采用多層模型進(jìn)行數(shù)值解析，并考慮其與地表水、土壤水及河道水的水量交換。

(2) 水循環(huán)過程的模擬。蒸發(fā)蒸騰包括植被截留蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、水面蒸發(fā)和植被蒸騰等。WEP模型按照土壤-植被-大氣通量交換方法(SVATS)、采用Penman-Monteith公式詳細(xì)計(jì)算了蒸發(fā)蒸騰。由于蒸發(fā)蒸騰過程和能量交換過程客觀上融為一體，地表附近的輻射、潛熱、顯熱、熱傳導(dǎo)及地表溫度的計(jì)算不可缺少。為減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)，熱傳導(dǎo)及地表溫度的計(jì)算采用了強(qiáng)制復(fù)原法(FRM)。GREEN-AMPT入滲模型物理概念明確，所用參數(shù)可由土壤物理特性推出，并已得到大量應(yīng)用驗(yàn)證，因此，WEP模型采用GREEN-AMPT鉛直一維入滲模型模擬降雨入滲及超滲坡面徑流。GREEN-AMPT模型僅適用于降雨入滲過程。而非降雨期的表層土壤(通常是非飽和狀態(tài))水分量的再分配將影響到降雨入滲時(shí)的初期水分量、土壤和植被的蒸發(fā)蒸騰和對(duì)淺層地下水的補(bǔ)給等，為減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)，WEP模型將表層土壤分成數(shù)層，按照非飽和狀態(tài)的達(dá)西定律和連續(xù)方程進(jìn)行計(jì)算。 在山地丘陵等地形起伏地區(qū)，同時(shí)考慮坡向壤中徑流及土壤滲透系數(shù)的各向變異性。地下水流動(dòng)采用多層模型進(jìn)行數(shù)值解析。淺層地下水運(yùn)動(dòng)按照BOUSINESSQ方程進(jìn)行二維數(shù)值計(jì)算，源項(xiàng)包括表層土壤的降雨補(bǔ)給、地下水取水、深層滲漏及地下水溢出(或來自河流的補(bǔ)給)等。在河流下部及周圍，河流水和地下水的相互補(bǔ)給量根據(jù)其水位差與河床材料的特性等按達(dá)西定律計(jì)算。為考慮包氣帶層過厚可能造成的地下水補(bǔ)給滯后問題，在表層土壤與淺層地下水之間設(shè)一過渡層，用儲(chǔ)流函數(shù)法處理。另外，WEP還考慮了雨水人工儲(chǔ)留滲透設(shè)施的模擬、防災(zāi)調(diào)節(jié)池的計(jì)算及水田的模型化等。

2．2 WEP模型的驗(yàn)證

WEP模型先后在日本東京的多摩川中部流域（578 km2）、千葉縣海老川流域（27 km2）及茨城縣谷田川流域（166 km2）得到驗(yàn)證和應(yīng)用。其中，海老川流域是高度都市化的流域，谷田川流域是農(nóng)地與人工林地為主的自然流域，多摩川中部流域是半都市化半自然的流域。WEP模型的模擬結(jié)果示例見圖－2至4?？梢钥闯?，WEP模型不僅對(duì)流量，而且對(duì)地下水位及土壤水分等均有良好的模擬結(jié)果。驗(yàn)證后的WEP模型曾用來分析都市化對(duì)東京都水熱收支及水熱通量的空間分布的影響，評(píng)價(jià)雨水人工儲(chǔ)留滲透設(shè)施和防災(zāi)調(diào)節(jié)池對(duì)流域水循環(huán)的改善作用，研究水田的維持河川枯水流量及滯洪效果等（參見文獻(xiàn)2至4）。

WEP模型具有較高的計(jì)算效率。以谷田川流域的計(jì)算為例，共有16661個(gè)計(jì)算網(wǎng)格單元，計(jì)算時(shí)段步長采用1小時(shí)，在CPU為1.4GHZ的微機(jī)上，一年的計(jì)算時(shí)間約為3小時(shí)。

圖－2 WEP模型的流量模擬結(jié)果示例（谷田川流域）

圖－3 WEP模型的地下水位模擬結(jié)果示例（海老川流域）

圖－4 WEP模型的土壤水分模擬結(jié)果示例（海老川流域）

轉(zhuǎn)貼于 三、分布式流域水循環(huán)模擬面臨的難題與對(duì)策 分布式流域水循環(huán)模擬在我國推廣應(yīng)用所面臨的主要難題有：（1）水文變量及參數(shù)的空間變異性與尺度問題。我國流域尺度大、人類活動(dòng)影響深?？筛鶕?jù)流域不同地區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，分區(qū)選取不同的計(jì)算網(wǎng)格步長，然后根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)土壤等參數(shù)的概率分布規(guī)律考慮其空間變異性對(duì)產(chǎn)匯流的影響。（2）水循環(huán)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制的描述和計(jì)算量大之間的矛盾。水循環(huán)的許多過程如降雨時(shí)的入滲和地表徑流過程變化快，描述這些過程常需要日以下的時(shí)間步長。如果所有過程所有時(shí)期均采用很短的時(shí)間步長，計(jì)算量將很大。因此，采用變時(shí)間步長，即針對(duì)不同過程及同一過程的不同時(shí)期采用不同的時(shí)間步長，將是緩解矛盾的對(duì)策之一。（3）下包氣帶過厚滯后了降雨對(duì)淺層地下水的補(bǔ)給問題。我國許多地區(qū)特別是干旱半干旱地區(qū)的淺層地下水位往往很深，和地表之間存在很厚的包氣帶，滯后了降雨對(duì)淺層地下水的補(bǔ)給?？赏ㄟ^典型調(diào)查和觀測，采取滯后曲線法、儲(chǔ)留函數(shù)法等方法來解決。（4）資料收集難與數(shù)據(jù)不足問題。分布式水循環(huán)模擬需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。雖然我國的水文氣象觀測、地質(zhì)調(diào)查與資料整編等基礎(chǔ)工作開展較早、質(zhì)量較高，但目前仍存在資料收集難與數(shù)據(jù)不足問題。

四、結(jié)束語 分布式流域水循環(huán)模擬和GIS、DEM和各類遙測技術(shù)相結(jié)合，解決水資源評(píng)價(jià)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度、水土流失、水污染以及水生態(tài)等各種生產(chǎn)實(shí)際問題，近年來已成為跨學(xué)科的國際研究前沿。國際水文學(xué)會(huì)（IAHS）2002年將“觀測資料缺乏流域的預(yù)測（PUBs）”提議為下一個(gè)國際水文十年研究計(jì)劃。歐美國家已開發(fā)出分布式流域水循環(huán)模擬與流域水資源管理、污染物運(yùn)移或土壤侵蝕流失計(jì)算等耦合的應(yīng)用系統(tǒng)，如美國USGS 的MMS 系統(tǒng)、歐洲的SHETRAN模型等。因此，加快開發(fā)適應(yīng)我國自然地理特征與氣候特點(diǎn)的各類基于GIS的耦合式應(yīng)用系統(tǒng)顯得十分重要。此外，考慮到我國流域尺度大、人類活動(dòng)影響深、環(huán)境復(fù)雜多變的實(shí)際情況，雖然傳統(tǒng)的以率定參數(shù)為本的集總式水文模型無法客觀地描述產(chǎn)匯流機(jī)制和預(yù)測人類活動(dòng)帶來的影響，但完全按數(shù)學(xué)物理方程模擬又受計(jì)算量的限制和尺度問題的困擾，因此基于物理概念和變時(shí)空步長的分布式流域水循環(huán)模型將是未來的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn) [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

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關(guān)鍵詞：灰水沉清；中和；循環(huán)使用；零排放

中圖分類號(hào)：TB495文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2007）12-0294-02

1 鍋爐水膜除塵用水循環(huán)使用中存在的問題探究

我司于2003年7月建成擁有一條6000kg/h打葉復(fù)烤生產(chǎn)線，設(shè)置了一臺(tái)10噸的燃煤鏈條組裝鍋爐，配套安裝了一臺(tái)離心式水膜除塵器。它由霧化室內(nèi)膽文丘里、麻石捕集器（主桶）和氣水分離器（副桶）三個(gè)部分組成。水噴淋在除塵器圓筒內(nèi)壁形成水膜，并沿內(nèi)壁向下流動(dòng)。含塵煙氣通過文丘里管從下部切向進(jìn)入除塵器主桶，呈螺旋式旋轉(zhuǎn)上升，被引風(fēng)機(jī)從主桶頂部抽出。煙氣中的灰塵和細(xì)小的煤顆粒被離心力分離出來，遇到水膜，就被吸附，向下流動(dòng)至灰斗從水封處溢出最后通過排水溝進(jìn)入沉灰池。主桶內(nèi)徑1.5M的除塵器，其每小時(shí)的耗水量約在2-3噸。為了節(jié)能，水膜除塵器的用水在籌建設(shè)計(jì)時(shí)就考慮采取循環(huán)使用，建造了兩個(gè)互為備用的五級(jí)灰水沉清池，設(shè)置了污水泵站，安裝了兩臺(tái)一用一備的污水泵。水膜除塵器出來的灰水經(jīng)過前四級(jí)池沉清后進(jìn)入第五級(jí)清水池進(jìn)行中和最后通過化工泵再輸送到水膜除塵器，達(dá)到循環(huán)利用不外排的目的。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中由于鍋爐煙氣中含有二氧化硫等有害腐蝕性成分，除塵廢水經(jīng)過多次的循環(huán)使用后，廢水里的酸性物不斷濃縮聚積，腐蝕性加大，造成了污水循環(huán)系統(tǒng)管路和部件的損壞，甚至連不銹鋼化工泵的殼體、葉輪和軸都會(huì)產(chǎn)生腐蝕損壞。雖有進(jìn)行酸堿中和，但由于池體容積較小和中和反應(yīng)的時(shí)間太短，而無法較大地改善廢水PH值。經(jīng)檢測該廢水經(jīng)過循環(huán)使用5天后， PH值可以達(dá)到2.8。同時(shí)因?yàn)閳龅叵拗?，灰水沉清池整體較短，廢水通過時(shí)間偏短造成其中夾帶的顆粒物無法完全沉淀，還導(dǎo)致污水循環(huán)管路、設(shè)備、設(shè)施的沖刷磨損和噴嘴堵塞。以上原因致使我司的水膜除塵廢水處理循環(huán)設(shè)備經(jīng)常處于癱瘓狀態(tài)，最后導(dǎo)致廢水不得不外排。

2 探索解決辦法

要想實(shí)現(xiàn)水膜除塵用水循環(huán)使用，就要解決幾點(diǎn)難題：①要解決水泵腐蝕、壽命短的問題，必須尋找到一種耐腐蝕、耐磨損，使用壽命長的水泵；②要解決灰水分離問題，減少水泵、管路的磨損以及減少水膜除塵噴頭堵塞的機(jī)率，從而提高水膜除塵效果；③要解決循環(huán)水酸度太高，腐蝕水泵、管路及部件設(shè)施的問題；④要解決沉灰池清理灰渣時(shí)廢水存放的問題；⑤要解決水膜除塵用水反復(fù)循環(huán)使用，吸附飽和濃度增高，除塵效果下降等問題。

（1）為此我們從2005年開始進(jìn)行多方市場調(diào)研，對(duì)不同材質(zhì)的水泵都進(jìn)行了試用，結(jié)論如下：

通過試用比較，我們最終確定采用HTB65-50-160型塑料化工泵，該泵的材料主要采用具有高耐磨損性、自性、耐沖擊性的超高分子量聚乙烯等新一代工程塑料，具有耐腐蝕、耐磨損，使用壽命長等特點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，能夠很好符合公司的生產(chǎn)工況。

（2）要降低循環(huán)水的酸性，可以采取的方式是加水稀釋或加堿中和。

從以上數(shù)據(jù)可以得知，使用純堿中和，效果較好，但費(fèi)用高，不利于降低生產(chǎn)成本；而采用生石灰，效果可以滿足要求，但有殘留物，容易堵塞水泵、管路及噴嘴，影響使用。因此采用生石灰處理就必須解決殘留物問題。

（3）要解決沉灰池清理灰渣時(shí)除塵廢水存放的問題，就必須另外設(shè)置一個(gè)蓄水池。同時(shí)要實(shí)現(xiàn)除塵廢水循環(huán)使用，使用成本低的中和劑，就還要解決除塵廢水灰水分離和去除中和殘留物的問題。根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)及試驗(yàn)測算，沉灰池一般每10天清理一次灰渣，每次需要排出除塵廢水25噸，而廢水必須經(jīng)過5天以上中和、自然沉淀和濾網(wǎng)過濾，所含的煤灰量、殘留物才能減少到符合循環(huán)使用的要求。為此我們設(shè)置了一個(gè)50 m3廢水沉清中和池，用于灰水分離和中和、去除殘留物使用。為了徹底沉清水質(zhì)并起到預(yù)防除塵廢水突然產(chǎn)生量過大無法容納問題，我們根據(jù)地形特點(diǎn)，設(shè)置了一個(gè)150 m3清水池。主要工作原理如下：

關(guān)閉沉清中和池與清水池之間的隔斷門，該隔斷門背后增設(shè)過濾網(wǎng)。每5天將一個(gè)沉灰池中的水抽調(diào)25噸到沉清中和池（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生石灰進(jìn)行中和，采用人工方式攪拌中和，然后讓其靜置3天，第四天開始打開沉清中和池與清水池之間的隔斷門，保留過濾網(wǎng)不動(dòng)，讓水通過過濾網(wǎng)緩慢地流入清水池。然后讓水在清水池靜置1天后即可用水泵（抽水泵周圍2個(gè)平方區(qū)域設(shè)置過濾網(wǎng)）抽回沉灰池繼續(xù)使用。沉清中和池中的灰渣每兩個(gè)月在設(shè)備停機(jī)周保時(shí)間打撈清理一次。

（4）補(bǔ)充新鮮水、抽走部分廢水。通過分析燃煤鏈條爐排鍋爐的特點(diǎn)，將分層給煤冷卻水及鍋爐排污水引入沉灰池，用以稀釋除塵廢水，這部分新鮮水每天約有2.5噸，可以起到稀釋降低廢水濃度10%的作用。另一方面，我們?yōu)榱吮ＷC原煤燃燒的效果，必須提高原煤的含水量，一般應(yīng)達(dá)到15%左右，以實(shí)際每天消耗原煤20噸，原煤原含水率10%測算，每天需要給原煤補(bǔ)水1噸（原來給原煤補(bǔ)水是采用城市直供水，通過改造現(xiàn)使用除塵廢水），因此通過每天抽取1噸除塵廢水給原煤加濕，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)降低除塵廢水濃度的目的。

（5）除塵廢水在循環(huán)使用過程中，由于水膜除塵器脫水效果不可能達(dá)到100%，而且存在水分的自然蒸發(fā)，經(jīng)過測算，該部分水每天損失達(dá)到1-2噸。通過水平衡計(jì)算，每個(gè)沉灰池容水25噸+每天補(bǔ)充新鮮水2.5噸-每天水損失1-2噸-每天原煤補(bǔ)水1噸=25噸，可以得知在除塵廢水循環(huán)使用過程中，水量總體保持平衡。具體技改工藝圖如下：

3 設(shè)施設(shè)備運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

從2005年我們開始探索出解決除塵用水循環(huán)使用的技改工藝后，實(shí)施兩年來，污水泵運(yùn)行正常，員工操作簡單，水膜除塵器噴嘴工作正常，沒有發(fā)生堵塞現(xiàn)象，廢水在循環(huán)過程中，PH值始終保持在5.5左右，設(shè)施總體運(yùn)行順暢，使用效果良好，達(dá)到節(jié)能減排的技改目的。

4 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)分析詳見下表：

由上表可以看出，技改后投資當(dāng)年即可收回，次年開始每年運(yùn)行成本約1.5萬元，每年可以節(jié)約用水1萬噸，節(jié)約總費(fèi)用11萬元。

5 社會(huì)效益

通過技改，我司實(shí)現(xiàn)了鍋爐除塵廢水循環(huán)綜合利用零排放的目的，企業(yè)為環(huán)保事業(yè)的發(fā)展做出了應(yīng)有的努力，取得了良好的社會(huì)效益。

6 結(jié)論

整個(gè)技改工藝實(shí)施后，每年可以節(jié)約用水1萬噸，節(jié)約費(fèi)用11萬元，同時(shí)實(shí)現(xiàn)除塵廢水零排放，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也是公司節(jié)能減排工作的重大舉措。該項(xiàng)技改工藝，可以結(jié)合其它生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］古利堅(jiān).濕式脫硫除塵技術(shù)應(yīng)用［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（3）.

［2］龐雪華.二氧化硫的控制技術(shù)及其研究發(fā)展［J］.天中學(xué)刊，2004，（5）.

篇4

關(guān)鍵詞：水循環(huán)，安全，運(yùn)行因素

 

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力需求越來越大，近幾年來新建的火力發(fā)電廠越來越多。啟動(dòng)鍋爐為電廠整套機(jī)組提供輔助蒸汽，作為新建電廠的主要輔助設(shè)備之一，必須強(qiáng)調(diào)其運(yùn)行安全的必要性。啟動(dòng)鍋爐蒸發(fā)量從10T至100T不等，鍋爐的蒸發(fā)系統(tǒng)大都采用自然循環(huán)。自然循環(huán)的安全可靠是鍋爐安全的基本條件之一。要實(shí)現(xiàn)水循環(huán)的安全可靠，除了精心進(jìn)行完善的鍋爐結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)外，還必須依靠科學(xué)的運(yùn)行操作及管理。

1.自然循環(huán)的特點(diǎn)

蒸汽鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)的自然循環(huán)，與強(qiáng)制循環(huán)比較，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.1 在界限循環(huán)倍率以上及相應(yīng)傳熱負(fù)荷以下，自然循環(huán)具有自補(bǔ)償能力。受熱越強(qiáng)的管內(nèi)介質(zhì)流速越高，一般不用擔(dān)心受熱強(qiáng)的管子被燒壞。論文格式。

1.2 省去蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)輸送帶壓熱水的循環(huán)泵，初期投資及運(yùn)行消耗均較低。

1.3 其流動(dòng)動(dòng)力――因介質(zhì)密度差形成的運(yùn)動(dòng)壓頭較小。論文格式。若循環(huán)回路高度為H，鍋筒工作壓力P，相應(yīng)的飽和水的密度為ρL，飽和蒸汽的密度為ρs，上升管內(nèi)汽水混合物的密度為ρh，下降管內(nèi)水的密度近似為ρL，則自然循環(huán)的運(yùn)動(dòng)壓頭Py 為：

Py =Hg(ρL―ρh)

­ ――式中g(shù)為重力加速度。

Py不但小于同高度的水 柱靜壓HgρL，也小于同高度下水柱與汽柱的壓差。

P =Hg(ρL―ρs)。對(duì)工業(yè)鍋爐，盡管水汽密度差較大，但回路高度較小，P一般不大于0.1 MPa，相應(yīng)于通常的循環(huán)倍率，運(yùn)動(dòng)壓頭P甚至達(dá)不到0.05 MPa。

運(yùn)動(dòng)壓頭用于克服上升管及下降管內(nèi)的流動(dòng)阻力，推動(dòng)介質(zhì)在回路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。為使有限的運(yùn)動(dòng)壓頭更多用于克服受熱上升管的阻力以便上升管中形成較大的流速，就必須盡量減小不受熱的下降管及汽水引出管中的阻力，因而自然循環(huán)系統(tǒng)需要精心設(shè)計(jì)，盡量減小系統(tǒng)各處的阻力系數(shù)，并使下降管及汽水引出管有較大的流通截面積。

1.4 由于流動(dòng)動(dòng)力是系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)連通管上下兩端的壓差而不是系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)承受靜壓，靜壓可能很大而壓差始終很小，與系統(tǒng)相關(guān)的內(nèi)部或外部條件的變化都可能造成流動(dòng)動(dòng)力及阻力的變化，造成對(duì)自然循環(huán)干擾，影響自然循環(huán)穩(wěn)定。在結(jié)構(gòu)已定的條件下，自然循環(huán)受到的主要干擾是受熱變動(dòng)及壓力變動(dòng)。

1.5 在并聯(lián)上升管系中，由于受熱差異及結(jié)構(gòu)差異，每根上升管與共用下降管分別形成自己的循環(huán)回路及自己的運(yùn)動(dòng)壓頭，維持自己特有的循環(huán)流速及循環(huán)倍率，使自然循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)呈現(xiàn)出各自的獨(dú)立性和多樣性。

2．運(yùn)行因素對(duì)自然循環(huán)的影響

2.1 水位降低

水位低于一定程度時(shí)，可能造成下降管抽空進(jìn)汽，影響正常的循環(huán)。水位過低甚至造成干燒。

2.2 排污不當(dāng)

排污對(duì)控制鍋爐水質(zhì)、保證鍋爐安全有重要意義，但排污對(duì)自然循環(huán)有不利影響。論文格式。在自然循環(huán)流動(dòng)中，壓力P僅影響水汽密度，而不是循環(huán)流動(dòng)動(dòng)力，但當(dāng)鍋筒、集箱排污時(shí)，壓力P成為排污泄流的動(dòng)力，原來相對(duì)密閉的系統(tǒng)變成了局部開口系統(tǒng)，介質(zhì)在壓力P與出口壓力之差作用下進(jìn)行排污強(qiáng)迫流動(dòng)，其流速比自然循環(huán)的速度高得多，盡管排污泄流是在鍋筒、集箱局部進(jìn)行的，但它對(duì)自然循環(huán)是個(gè)干擾，排污時(shí)間過長、排污量過大時(shí)可能導(dǎo)致水循環(huán)故障，必須精心組織排污。

2.3 積灰、結(jié)渣及結(jié)垢

局部的積灰結(jié)渣會(huì)增大并聯(lián)上升管間的吸熱不均。結(jié)垢不但減少了上升管的吸熱量，還減小了上升管的流通截面積，增大了上升管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)阻力，即結(jié)垢使上升管內(nèi)流動(dòng)動(dòng)力減小，阻力增大，加上結(jié)垢導(dǎo)致金屬壁溫升高及強(qiáng)度下降積灰、結(jié)渣及結(jié)垢又直接影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性，因而必須防止積灰、結(jié)渣、結(jié)垢并及時(shí)清除。

2.4 下降管絕熱層開裂或脫落

水管鍋爐的下降管一般置于爐墻外，水火管 鍋爐的下降管則包覆在爐墻中。無論置于何處，下降管都必須妥善包覆絕熱材料，以達(dá)到可靠絕熱。否則會(huì)對(duì)水循環(huán)安全造成不利影響。置于爐墻外的下降管，絕熱層開裂或脫落，甚至下降管包覆的絕熱材料性能不好或包扎不當(dāng)，均會(huì)使下降管向四周散熱增多，使上升管省煤段加長，含汽段縮短，運(yùn)動(dòng)壓頭減小。置于爐墻中的下降管絕熱材料開裂或脫落，則會(huì)使下降管直接受火焰或煙氣加熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在下降管內(nèi)產(chǎn)汽，使上升管與下降管內(nèi)的介質(zhì)密度差減小，運(yùn)動(dòng)壓頭降低，下降管內(nèi)流動(dòng)阻力加大，對(duì)水循環(huán)造成雙重不利影響。折煙墻或煙氣檔板損壞造成煙氣短路設(shè)置于對(duì)流管束中的折煙墻，起著導(dǎo)流煙氣、使煙氣充分沖刷到對(duì)流管束的作用，對(duì)煙氣正常 流動(dòng)降溫及對(duì)流管束正常吸熱有重要影響。由于折煙墻的存在，煙氣流道加長，煙氣流過對(duì)流管束的阻力和時(shí)間相應(yīng)增加。折煙墻損壞或邊緣間隙過大時(shí)，即部分或大部分失去折煙導(dǎo)流作用，使部分或大部煙氣短路流動(dòng)。因短路流動(dòng)，剩余折煙墻下游的受熱面得不到煙氣沖刷，吸熱量明顯減少，正常的水循環(huán)受到影響或破壞，鍋爐的經(jīng)濟(jì)性也相應(yīng)降低。旁通煙道煙氣擋板關(guān)閉不嚴(yán)或受熱變形時(shí)，也會(huì)造成煙氣短路，影響對(duì)流管束的自然循環(huán)及鍋爐尾部受熱面的工作狀況。上述運(yùn)行因素對(duì)自然循環(huán)的影響，由于實(shí)際 結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件的復(fù)雜而難于準(zhǔn)確定量分析，不 一定都造成循環(huán)故障和破壞，但卻是實(shí)際存在的 并在無形中損害鍋爐的因素。

3．結(jié)語

管理鍋爐人員應(yīng)注意減少對(duì)水循環(huán)的熱干擾，防止上升管的受熱減弱、受熱不均及下降管受熱產(chǎn)汽。在檢驗(yàn)、檢修鍋爐時(shí)，應(yīng)注意爐墻、爐拱、保溫層、折煙墻、擋板等的損壞對(duì)水循環(huán)的影響， 不使鍋爐燃燒、傳熱嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)要求。在分析爐 管爆破等事故時(shí)，應(yīng)考慮水循環(huán)減弱或故障導(dǎo)致 事故的可能性，從而減少運(yùn)行管理對(duì)鍋爐自然循環(huán)的影響，確保鍋爐安全運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 李之光,范柏樟.工業(yè)鍋爐手冊[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1989,3.

[2] 司爐讀本(第二版)[M].北京:勞動(dòng)人事出版社,1984.

篇5

關(guān)鍵詞：豎爐（球團(tuán)）；單獨(dú)軟水半密閉循環(huán)；軟水密閉循環(huán)

中圖分類號(hào)：TFO4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

鋼鐵行業(yè)是用水大戶，采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的水處理工藝，不僅可以節(jié)能減排，降低噸鋼耗水量，而且節(jié)約投資和降低運(yùn)行費(fèi)用，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。黑龍江建龍鋼鐵豎爐設(shè)備冷卻水由煉鐵綜合泵站高爐供水泵組供給，屬開路凈循環(huán)水冷卻，自投運(yùn)以來，先后出現(xiàn)齒輥冷卻水汽化和管道堵塞、小水梁經(jīng)常結(jié)垢變形更換等，近期又發(fā)生火道口水冷壁回水管道堵塞引起蒸汽爆炸。以上說明，常規(guī)凈循環(huán)水水質(zhì)滿足不了豎爐生產(chǎn)需求。

2 工藝技術(shù)比較和經(jīng)濟(jì)分析

我們以黑龍江建龍鋼鐵10m2豎爐為例來比較幾種不同工藝流程的特點(diǎn)及其經(jīng)濟(jì)分析。

2.1 在豎爐設(shè)計(jì)中，烘干床小水梁、火道口水冷壁和齒輥等全部設(shè)備冷卻水均采用凈環(huán)水開路冷卻工藝（其工藝流程如圖所示）。此種方式自投運(yùn)以來，小水梁經(jīng)常彎曲變形，造成爐蓖子脫落損壞而被破停產(chǎn)檢修更換小水梁。通過多方面查找原因，小水梁由原φ159×10的鍋爐無縫管改為φ159×20鍋爐無縫管，平均每年停產(chǎn)10次以上是由于水質(zhì)原因造成而停產(chǎn)更換小水梁。

以往更換小水梁費(fèi)用估算（此部分由設(shè)備處和燒結(jié)廠提供）：

一年更換次數(shù)：10次

平均每次更換數(shù)量：小水梁2根/次，爐蓖子5塊/次

主材費(fèi)用（包括φ159×20無縫管和爐蓖子）：

爐蓖子費(fèi)用：爐蓖子270元/塊×5塊/次×10次=13500元/年

φ159×20無縫管費(fèi)用：80kg/m×7×2根×3.6元/kg×10次數(shù)=40320元/年。

主材費(fèi)用合計(jì)：53820元/年

停產(chǎn)更換期間影響產(chǎn)量損失費(fèi)用：60噸/臺(tái)時(shí)×8小時(shí)/次×630（財(cái)務(wù)提供成本價(jià)）元/噸=302400元/次。

每年更換小水梁費(fèi)用總計(jì)：358220元

2.2 烘干床小水梁采用板式換熱器軟水密閉循環(huán)；其工藝流程分別如圖所示：

凈環(huán)水開路循環(huán)工藝流程圖（見圖1）；采用板式換熱器軟水循環(huán)工藝流程圖2：采用板式換熱器軟水循環(huán)工藝流程圖3。

采用軟水循環(huán)優(yōu)點(diǎn)：一是循環(huán)水質(zhì)好。采用軟化水，水的硬度小于1mg/L，硬度很低，系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢少，傳熱效率高，可大大提高豎爐的冷卻效果，延長小水梁壽命。二是補(bǔ)水量少。工業(yè)凈環(huán)水開路循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)過程中水的蒸發(fā)、泄漏、排污等補(bǔ)水量一般為循環(huán)水量的5%左右，而軟水閉路循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)水與大氣隔離，僅有少量的滲漏和排污，而且避免循環(huán)過程中二次污染，補(bǔ)水量為循環(huán)水量的1‰。三是節(jié)能效果好。

豎爐小水梁采用軟水冷卻，冷卻后水利用余壓回到板式換熱器進(jìn)行降溫，然后再用水泵加壓送至豎爐小水梁使用。而板式換熱器則采用二次冷卻凈環(huán)水對(duì)豎爐小水梁冷卻回水進(jìn)行降溫。

2.3 分析

根據(jù)工藝提供，小水梁軟化水循環(huán)水量為50m3/h，經(jīng)小水梁后溫升10-20℃，升溫后的循環(huán)軟化水經(jīng)板式換熱器后需降溫10-20℃來保持循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。換熱器的冷媒水采用現(xiàn)有煉鐵泵站送來的工業(yè)循環(huán)水，此工業(yè)循環(huán)水夏季供水溫度為≤30℃。由此推算軟化水循環(huán)供水溫度為35～40℃，回水溫度55～60℃（溫差為20℃時(shí)），或回水溫度為45～50℃（溫差為10℃時(shí)）。采用軟水閉路循環(huán)和半閉路循環(huán)兩種方案：

（1）優(yōu)缺點(diǎn)：采用軟水閉路循環(huán)方案優(yōu)點(diǎn)是可充分利用強(qiáng)制循環(huán)泵的能量。缺點(diǎn)是循環(huán)系統(tǒng)需設(shè)排氣和穩(wěn)壓裝置；向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)水需用泵強(qiáng)制補(bǔ)給；不直觀，看不到水流情況。采用軟水半閉路循環(huán)方案優(yōu)點(diǎn)是循環(huán)系統(tǒng)不需設(shè)排氣和穩(wěn)壓裝置，直觀，能看見水流情況；向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)水不需用泵強(qiáng)制補(bǔ)給，外網(wǎng)可直接補(bǔ)到水箱（防止污染，水箱頂人孔加蓋板）即可。缺點(diǎn)是不能充分利用強(qiáng)制循環(huán)泵的能量。

（2）投資費(fèi)用：軟水半閉路循環(huán)方案投資費(fèi)用：一臺(tái)換熱器費(fèi)用為2萬以下，循環(huán)泵費(fèi)用為1.5萬元（兩臺(tái)，一用一備），閥門及水箱（2×2×1.5）制作等其它費(fèi)用約為1.5萬元，共計(jì)約為5萬元。軟水閉路循環(huán)方案投資費(fèi)用比半閉路多投入約3萬元左右（排氣和穩(wěn)壓裝置，強(qiáng)制補(bǔ)水泵）

（3）運(yùn)行費(fèi)用：電費(fèi)：15KWH/小時(shí)×24小時(shí)/天×330天×0.52元/KWH=61776元/年。

軟化水費(fèi)用：1m3/d×330天×1.5元/ m3=495元/年。

共計(jì)運(yùn)行費(fèi)用約為62000元/年左右。

經(jīng)濟(jì)效益：未改造前年檢修和停產(chǎn)損失費(fèi)用358220元/年，可供改造后系統(tǒng)費(fèi)用3年。年節(jié)約24萬元，而且減輕檢修人員檢修強(qiáng)度，且避免意外事故發(fā)生。

結(jié)論：經(jīng)以上分析比較，采用軟水半閉路循環(huán)方式進(jìn)行改造。

結(jié)語

通過以上兩種冷卻方式改造前后的技術(shù)比較和經(jīng)濟(jì)分析，豎爐小水梁部分采用單獨(dú)軟水半密閉循環(huán)冷卻工藝和板式換熱設(shè)備，節(jié)水節(jié)電，運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益明顯；建議對(duì)豎爐其它部分采用單獨(dú)軟水半密閉循環(huán)方式進(jìn)一步總結(jié)研究，推廣采用，以提高我國豎爐冷卻技術(shù)水平，降低噸鋼耗水量，節(jié)能降耗，以便取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：南方 水循環(huán)異常應(yīng)對(duì)措施

中圖分類號(hào)：TV21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

1南方三年旱災(zāi)和水災(zāi)回顧及水循環(huán)異常

1.1南方三年旱災(zāi)回顧

2010年中國西南大旱是2010年發(fā)生于中國西南五省市云南、貴州、廣西、四川及重慶的百年一遇的特大旱災(zāi)。云南、貴州、廣西、重慶、四川等西南受旱五?。▍^(qū)、市）累計(jì)投入抗旱資金41.1億元，投入勞力2526萬人，投入抗旱機(jī)動(dòng)設(shè)備114萬臺(tái)套、運(yùn)水車38萬輛次。

2011年4月份以來，我國長江中下游地區(qū)遭遇嚴(yán)重旱情。據(jù)資料顯示年初以來，長江中下游地區(qū)降水與多年同期相比偏少4-6成，為1961年以來同期最少年份。其中安徽、江蘇、湖北、湖南、江西、浙江、上海平均降水量為1954年以來同期最少，此次旱災(zāi)主要呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：一是持續(xù)時(shí)間長；二是農(nóng)作物、養(yǎng)殖業(yè)損失嚴(yán)重；三是人畜飲水受到嚴(yán)重影響。

2012年4月有“千湖之省”美譽(yù)的湖北省由于降雨嚴(yán)重偏少，大江大河來水持續(xù)偏枯，湖泊面積急劇縮小，用水短缺的矛盾日益突出。4月長江中游水庫、湖泊水體大幅減少。洞庭湖水體面積為456.18平方公里，為10年來最少。丹江口水庫為320.03平方公里，逼近歷史最少。洪湖、梁子湖、斧頭湖等比歷史同期少20%。

1.2南方三年水災(zāi)回顧

2010年7月開始，受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，中國第一大河流——長江流域多處發(fā)生超警戒洪水，中下游干流不同地點(diǎn)水位上漲。流域面積180萬平方公里、占中國陸地面積18.8%的長江全面進(jìn)入汛期，沿江各地區(qū)進(jìn)入全力備戰(zhàn)洪水狀態(tài)，長江流域面臨著20年來的最高水位。

2011年6月3日到6月20日，大約兩周的持續(xù)強(qiáng)降雨造成了不少地區(qū)的嚴(yán)重內(nèi)澇，典型的代表是武漢市。據(jù)統(tǒng)計(jì)：自6月3日到20日，兩星期時(shí)間，全國有江蘇、江西、湖南、湖北、云南等十三個(gè)省區(qū)、86個(gè)市（州）、510個(gè)縣（市、區(qū)）、3657萬人受災(zāi)，直接損失350.2億元人民幣。

2012年7月進(jìn)入強(qiáng)降雨集中期、雨勢強(qiáng)勁，長江中下游水位持續(xù)上漲，江西、湖南、湖北、廣東、廣西等地相繼受到水災(zāi)影響。

1.3南方水循環(huán)異常

在水文學(xué)中認(rèn)為，水資源時(shí)刻處于降水、徑流、蒸發(fā)、水汽輸送四個(gè)環(huán)節(jié)中并不斷循環(huán)，整個(gè)過程稱為水循環(huán)，在水循環(huán)中，對(duì)于任一地區(qū)（或任一水體），在給定的時(shí)段內(nèi)，輸入的水量與輸出的水量之差額等于蓄水量的變化量，這定義為水量平衡。

根據(jù)水文統(tǒng)計(jì)原理，多年的某一區(qū)域蓄水量一般不會(huì)變化很大，但是當(dāng)某時(shí)段輸入水量增大或輸出水量減少，都會(huì)引起蓄水量的變化，對(duì)于某一區(qū)域來說，年輸入水量、年輸出水量，蓄水變化量總是接近正常值，如果三者與正常值偏差過大，我們稱之為水循環(huán)異常，水循環(huán)異常表現(xiàn)為時(shí)段降水量增大和時(shí)段蒸發(fā)量減小，二者在水循環(huán)具體過程中又間接表現(xiàn)為洪災(zāi)和旱災(zāi)。

水循環(huán)異常引發(fā)的洪災(zāi)和旱災(zāi)，給人類的生產(chǎn)生活帶來了巨大的危害，洪災(zāi)往往沖毀公路、鐵路等交通設(shè)施，毀壞農(nóng)田，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)甚至絕收，毀壞水利工程設(shè)施、淹沒城鎮(zhèn)，廠礦、破壞地表形態(tài)，造成嚴(yán)重的水土流失；而旱災(zāi)則直接威脅到人類的生產(chǎn)生活用水，農(nóng)業(yè)缺水，作物欠收，直接威脅糧食安全，工業(yè)缺水不得不減產(chǎn)停產(chǎn)，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，總之，近三年來南方頻發(fā)的洪災(zāi)旱災(zāi)給我們的生產(chǎn)和生活帶來了嚴(yán)重的損失。

2.南方水循環(huán)異常成因分析

2.1氣候因素引起的水循環(huán)異常

降水是水汽以液態(tài)或固態(tài)形式從空中降落到地面的現(xiàn)象，是水循環(huán)過程中最基本的環(huán)節(jié)和水量平衡最基本的要素，也是陸地上各種水體直接或間接的補(bǔ)給水源和人類用水的根本來源，由于大區(qū)域范圍內(nèi)的水汽輸送發(fā)生異常，導(dǎo)致降水時(shí)空分布的不均勻性和不穩(wěn)定性，直接導(dǎo)致水循環(huán)異常。

通常情況下，年降水量分布較均勻，不會(huì)出現(xiàn)過大的暴雨，均勻的降水量保證了降水區(qū)域內(nèi)各個(gè)流域的水量補(bǔ)給，使得各個(gè)流域能夠保證年平均流量，也能夠保證沿岸工農(nóng)業(yè)和生活用水，不會(huì)出現(xiàn)過大的旱情，相反，如果氣候出現(xiàn)異常，降水量偏少，流域內(nèi)流量低于平均流量則不能保障沿岸取水的需求，造成缺水，超過一定限度就造成嚴(yán)重大的旱災(zāi)。雖然目前有人工影響天氣措施，但是對(duì)于大區(qū)域、大面積，人工影響天氣無法改變氣候異常造成的水循環(huán)異常。

2.2水污染引起的水循環(huán)異常

隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和城市化的發(fā)展、排放到環(huán)境中的污水量日益增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界每年約有420km3污水排入江河湖海，污染了5500 km3的淡水，就我國當(dāng)前的環(huán)境形勢來看，水污染形勢更嚴(yán)重，特別是中小企業(yè)分散在各個(gè)小流域內(nèi)，一方面對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)不足引起環(huán)保投入與設(shè)施缺乏，工業(yè)、生活廢水直接排放，另一方面環(huán)境保護(hù)執(zhí)法力度不夠造成的無序排放更加嚴(yán)重，使得我國的許多中小流域遭受嚴(yán)重的污染。

這些污廢水不經(jīng)處理排入地表水體，造成全世界的水質(zhì)惡化，水污染造成的“水質(zhì)性缺水”，加劇了水資源短缺的矛盾和居民生活用水的緊張和不安全性。特別是遇到干旱的時(shí)候，這些污染的水體不能用于生活和農(nóng)業(yè)取水，使得本來就緊缺的水資源更加珍貴。

2.3水利工程引起的水循環(huán)異常

在自然界中，水體處于自然狀態(tài)，在通常情況下，水循環(huán)是處于平衡狀態(tài)的，隨著人類活動(dòng)對(duì)水資源的利用，直接或間接地破壞了水循環(huán)平衡。

其一是圍湖造田，湖泊在當(dāng)?shù)仄鹬{(diào)節(jié)氣候，為蒸發(fā)提供足夠的水域面積，補(bǔ)充降水需要的水汽，還有調(diào)節(jié)地下水水位的功能，在地下水水位較高的地方還要地下水與地表水相互轉(zhuǎn)化的功能，圍湖造田，縮小了水域面積，減小了蒸發(fā)量，蒸發(fā)量的減小直接導(dǎo)致降水量減少，引起水循環(huán)異常。

還有在河流的上中游的山區(qū)地段，有的河段為了開發(fā)水電資源修建的引水式電站，將主河道改道，河水經(jīng)引水、輸水隧洞從山體或兩岸穿過，這直接影響了水體的有效蒸發(fā)面積，減小了蒸發(fā)量，同樣破壞了水汽循環(huán)的平衡，造成降水量少，直接引發(fā)旱災(zāi)。

篇7

關(guān)鍵詞:水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì);工業(yè)用水;循環(huán)利用

現(xiàn)代工業(yè)園區(qū)的用水問題,我國已經(jīng)有相關(guān)政策,政策鼓勵(lì)工業(yè)園區(qū)的企業(yè)進(jìn)行水的分類利用和循環(huán)使用。工業(yè)園區(qū)可以采取“減量化、水再使用、水再生利用、水再循環(huán)、水資源管理”的水循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式,讓工業(yè)園區(qū)搭建一個(gè)水資源循環(huán)系統(tǒng)的共有平臺(tái),延長水資源在社會(huì)循環(huán)中的使用時(shí)間,要把水資源利用到最大限度,削減工業(yè)企業(yè)的用水量、提高用水的效率和減少廢水、污水的排放量等問題是解決工業(yè)園區(qū)的用水問題的有效途徑。

1. 國內(nèi)工業(yè)用水循環(huán)利用現(xiàn)狀

我國的水資源不僅不足而且不均,平均每人只有2200立方米水資源,不到世界平均水平的1/3。我國有一半以上的重要城市中都面臨這不同程度的缺水問題,有110座工業(yè)城市嚴(yán)重缺水,水資源的供應(yīng)不足已是制約現(xiàn)代城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善人民生活的主要因素之一。從總的來看,中國的工業(yè)用水循環(huán)利用率較低,在60%左右,比發(fā)達(dá)國家工業(yè)用水循環(huán)利用率低了近20%左右。就國內(nèi)水資源嚴(yán)重不足的情況,我國已制定了很多有效措施來促進(jìn)工業(yè)用水循環(huán)使用的發(fā)展?，F(xiàn)在很多的工業(yè)園區(qū)都已經(jīng)采取了重復(fù)利用污水、廢水措施:塑料廠、鋼鐵廠采用冷卻池或冷卻塔技術(shù)重復(fù)利用冷卻廢水;電站、造紙廠采用封閉循環(huán)系統(tǒng)使水資源達(dá)到最充分利用。

2. 水的循環(huán)利用

一般我們把水的循環(huán)分成自然循環(huán)與社會(huì)循環(huán)。水的社會(huì)循環(huán)依賴于自然循環(huán),但是他對(duì)自然循環(huán)有這不可小視的負(fù)面影響.所以,水在進(jìn)行的其社會(huì)循環(huán)的過程中要重視遵循水的自然循環(huán)的規(guī)律,處理好污水清潔和排放工作,盡量的循環(huán)使用污水,對(duì)污水進(jìn)行再生利用,充分利用自然界的有限淡水資源,人類要多次、重復(fù)、持續(xù)地高效利用。有很多方法是可以把廢水、污水再次利用,企業(yè)自身內(nèi)部水的循環(huán)利用和反復(fù)利用是再次利用最常見的一種方法。水系統(tǒng)的健康循環(huán)是指在水社會(huì)循環(huán)過程中加強(qiáng)管理,減少對(duì)天然水體的取水量,提高水資源的再生循環(huán)利用,減少對(duì)水污染的負(fù)荷,加強(qiáng)對(duì)廢水、污水的治理,確保生態(tài)環(huán)境用水,其基本實(shí)施策略如圖1所示。水資源的利用將由過去的“取水――輸水――用戶――排放”的惡性循環(huán)流動(dòng)模式,轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮?jié)制的取水――輸水――用戶――再生水”的反饋式循環(huán)流程。水資源循環(huán)利用的加強(qiáng),使水的社會(huì)循環(huán)能夠融入到水的自然循環(huán)過程中,實(shí)現(xiàn)社會(huì)用水的健康循環(huán)。

循環(huán)利用工業(yè)園區(qū)用水是實(shí)現(xiàn)水社會(huì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。解決水資源及水環(huán)境矛盾、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙贏途徑是針對(duì)工業(yè)發(fā)展和工業(yè)系統(tǒng)的特點(diǎn),遵照經(jīng)濟(jì)及生態(tài)規(guī)律,全面推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的生態(tài)重組,在盡量減少生態(tài)環(huán)境不被工業(yè)廢棄水破壞的基礎(chǔ)上,大力提高工業(yè)系統(tǒng)水資源生產(chǎn)效率。通過現(xiàn)代技術(shù)和政府管理手段,有效的降低人類活動(dòng)對(duì)水資源自然循環(huán)的破壞程度,維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)自身凈化能力的穩(wěn)定性,使其保持長久的良性循環(huán)。

3.處理工業(yè)冷卻水

提高用水效率、改善用水設(shè)備、調(diào)整用水結(jié)構(gòu)刻不容緩。因?yàn)?我國的工業(yè)用水存在著很大的漏洞,還有很大的改進(jìn)空間,主要表現(xiàn)在復(fù)用率和直流供水和復(fù)用率低、嚴(yán)重的浪費(fèi)等方面。為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境和節(jié)約用水的目的,我們采用深度及簡單處理來提高循環(huán)水濃縮倍率,直流冷卻水系統(tǒng)及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是化工企業(yè)、鋼鐵廠及電廠等一般采用的水冷卻系統(tǒng)的兩種組成形式,而密閉式、敞開式、直接接觸式又是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的幾種形式。冷卻塔,如玻璃鋼、抽風(fēng)式、及風(fēng)筒式冷卻塔等在冷卻水過程中會(huì)被用到。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)被國內(nèi)一些火力發(fā)電廠及鋼鐵公司所采用,這使用水量大大減少,提高了經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。采用提高循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)的方式減少補(bǔ)充水量被一些石化企業(yè)所采用,歷經(jīng)不斷的努力濃縮倍數(shù)從以前的1.5―2倍提高到2.5―4倍,補(bǔ)水量也相應(yīng)的減少了30%―40%左右。

4. 中水回用

城市污水或生活污水經(jīng)過處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可以在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水稱為中水。中水回用是污水處理的開發(fā)和延伸,可以為缺水比較嚴(yán)重的城市提供新的水源,發(fā)展空間廣闊。中水用途相當(dāng)廣泛。

5. 水循環(huán)系統(tǒng)建設(shè)的途徑與措施

5.1 水循環(huán)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式的建立。對(duì)所有進(jìn)去工業(yè)園區(qū)的企業(yè),根據(jù)各企業(yè)的用水規(guī)模的大小和效益好壞,對(duì)其進(jìn)行用水定額管理,以一萬元為基本單位,創(chuàng)造萬元產(chǎn)值規(guī)定用水量的多少,盡量的把水資源平均分配。工業(yè)園區(qū)要建立健全水價(jià)市場和水權(quán)市場,明確規(guī)定飲用水和循環(huán)水成本和價(jià)格,把源生水與再生水的價(jià)格差距拉大,有效的利于市場機(jī)制,鼓勵(lì)并刺激工業(yè)園區(qū)的所有企業(yè)多多使用再生水,這樣不僅能夠促進(jìn)園區(qū)內(nèi)企業(yè)的用水成本的減低,而且還提高了園區(qū)內(nèi)的水資源更好的得到循環(huán)利用。

5.2 水循環(huán)技術(shù)保障體系的建立。工業(yè)園區(qū)要加強(qiáng)管網(wǎng)建設(shè)、水重復(fù)利用、污水處理、水質(zhì)監(jiān)測和用水信息等一系列的建設(shè)與各方面技術(shù)服務(wù)的完善,給入園企業(yè)一個(gè)好的用水環(huán)境。

參考文獻(xiàn):

[1]黃賢金.循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展:產(chǎn)業(yè)模式與政策體系[M].南京:南京大學(xué)出版社,2004:117-123.

[2]陳琨.我國實(shí)施水資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的途徑[J].中國人口資源與環(huán)境,2003,13 (5):120-121.

篇8

【關(guān)鍵詞】 PLC 高爐生產(chǎn) 系統(tǒng)泵站

目前作為高爐的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制一般采用的都是人工控制，這給整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和統(tǒng)一管理帶來了很大不便。影響整個(gè)高爐系統(tǒng)的效率，并且造成一定的能源和資源的浪費(fèi)。

1 PLC在泵站系統(tǒng)中的應(yīng)用

總裝機(jī)容量100kW以下的小型泵站在高爐水循環(huán)占有相當(dāng)大的比例。為了降低小型泵站運(yùn)行費(fèi)用，提高小型泵站的自動(dòng)化程度，根據(jù)小型泵站的運(yùn)行工藝特點(diǎn)，采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行控制，通過設(shè)定運(yùn)行程序?qū)φ谜具M(jìn)行運(yùn)行和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)半無人值守或無人值守。通過傳輸設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)無人值守泵站運(yùn)行，大大降低小型泵站運(yùn)行人工費(fèi)用，讓有限的運(yùn)行費(fèi)用更多的用于泵站設(shè)備改造、維修和維護(hù)，更有效提高泵站設(shè)備完好率和可用保證率。

目前國內(nèi)對(duì)小型泵站自動(dòng)化的研究還處于起步階段，尤其對(duì)高爐爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)還剛剛開始。

2 系統(tǒng)工作原理

2.1 控制系統(tǒng)要求

本次設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)：高爐的實(shí)時(shí)性和可靠性要求；無人值守系統(tǒng)能正常運(yùn)行，滿足系統(tǒng)的溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)要求；系統(tǒng)可靠性高，故障自動(dòng)排除；泵站內(nèi)的各泵采用互備技術(shù)，任何一個(gè)泵出故障都不影響系統(tǒng)正常工作；泵站系統(tǒng)的過載檢測、故障實(shí)時(shí)報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)故障緊急處理避免危險(xiǎn)情況的發(fā)生；系統(tǒng)的可維護(hù)性強(qiáng)，發(fā)生故障能迅速定位，出現(xiàn)故障能快速修復(fù)；整個(gè)設(shè)計(jì)合理切合工程實(shí)際，便于施工且性價(jià)比合理。

整個(gè)系統(tǒng)可以與鋼廠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，能進(jìn)行通信，上位機(jī)可以監(jiān)控所有設(shè)備的運(yùn)行情況，能對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行管理。系統(tǒng)的通信總線采用RS485總線。所設(shè)計(jì)的的系統(tǒng)采用的硬件設(shè)備與原有的設(shè)備和系統(tǒng)其他設(shè)備有很好的兼容性，能在不改變其他任何硬件的情況下完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本地設(shè)備通過報(bào)警檢測，系統(tǒng)應(yīng)具有一定的自診斷能力，能實(shí)現(xiàn)部分故障的自我修復(fù)，對(duì)于不能修復(fù)的故障，應(yīng)能迅速指示出故障所在處，以便檢修人員能迅速的對(duì)故障做出處理。

2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)高爐的實(shí)際情況，整個(gè)工廠水循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下指標(biāo)：（1）滿足1#高爐的生產(chǎn)用水，循環(huán)水量為60～100m3/h，自流回水；循環(huán)利用率大于90%。（2）冷卻爐壁的壓力不低于0.3MPa；冷卻出水溫度≤40℃。（3）改善供水水質(zhì)，使水中懸浮物含量低于20mg/L，并采用水質(zhì)穩(wěn)定措施基本消除高爐冷卻壁及循環(huán)水設(shè)施的結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象。（4）設(shè)置事故泵站及事故水泵，確保安全供水。

2.3 設(shè)計(jì)原則

高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的5～10年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行，做到遠(yuǎn)近期結(jié)合，以近期為主，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能。水資源循環(huán)利用，電能節(jié)約利用，降低能耗提高效率，不給環(huán)境造成不良影響。整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比高，所選控制器及其穩(wěn)定可靠，出現(xiàn)故障易修復(fù)。高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須從全局出發(fā)，工藝參數(shù)、工程特點(diǎn)和高爐的實(shí)際條件，結(jié)合國情合理地確定設(shè)計(jì)方案；必須堅(jiān)持節(jié)約用地的原則；同時(shí)還應(yīng)符合現(xiàn)行的國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定。

根據(jù)系統(tǒng)兼容性要求冷卻水循環(huán)系統(tǒng)采用與整個(gè)鍋爐其他控制系統(tǒng)的PLC采用同品牌同系列的產(chǎn)品。通訊和組態(tài)也采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，確保整個(gè)系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，擴(kuò)充改造方便。

3 系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計(jì)框架

由于被控對(duì)象的特性，系統(tǒng)需要對(duì)水池中液位的高度進(jìn)行檢測，防止出現(xiàn)由于液位下降導(dǎo)致水泵抽不到水。對(duì)流過空氣開關(guān)的電流進(jìn)行檢測，防止出現(xiàn)大電流。對(duì)流量進(jìn)行檢測確定每個(gè)水泵都有水流過。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大電流時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，比對(duì)上位機(jī)發(fā)出信號(hào)，請(qǐng)求關(guān)閉當(dāng)前泵站，啟動(dòng)其他泵站，待上位機(jī)回復(fù)確認(rèn)信息后系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)水池的液位下降到比設(shè)定的液位低的時(shí)侯，有檢測部分向PLC發(fā)信號(hào)系統(tǒng)報(bào)警，PLC請(qǐng)求上位機(jī)關(guān)閉該泵站，待系統(tǒng)回復(fù)確定信息后，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。利用流量檢測來去定水泵中是否有水流過，如有流量則該泵啟動(dòng)正常，如果沒有則該泵啟動(dòng)異常，需要啟動(dòng)備用泵。上位機(jī)能隨時(shí)通過通信監(jiān)測到每個(gè)泵的運(yùn)行情況。整個(gè)工廠的控制層能獲得系統(tǒng)的所有信息，有利于工廠的統(tǒng)一管理和資源的統(tǒng)一分配利用。真?zhèn)€系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備都支持本地控制，當(dāng)系統(tǒng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)問題的是可以選擇本地控制?？梢栽O(shè)定系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的不間斷供水循環(huán)。

4 系統(tǒng)控制方案的確定

根據(jù)工廠的規(guī)劃擬采用三個(gè)泵站對(duì)工廠冷卻系統(tǒng)供水，本設(shè)計(jì)只是對(duì)其中的一個(gè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的水壓和溫度要求在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)。故障水泵的要求，設(shè)計(jì)本身采用的是各個(gè)泵之間的互備技術(shù)，任何情況下每個(gè)泵都有一個(gè)或兩個(gè)泵作為其他泵的備份，個(gè)泵循環(huán)作為備用泵，確保不會(huì)因?yàn)殚L時(shí)間不用損壞而不能起到備用的可靠性，互備技術(shù)不用一對(duì)一的給各個(gè)泵做備份，節(jié)約了成本，也減輕了控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

該方案采用開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制，通過PLC對(duì)四個(gè)泵的啟停進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐冷卻水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒壓控制。通過對(duì)檢測壓力對(duì)泵的開啟進(jìn)行控制，達(dá)到穩(wěn)定冷卻爐輸入部分壓力的穩(wěn)定。通過檢測啟動(dòng)20s后每個(gè)泵有無流量信號(hào)來判斷各個(gè)泵是否啟動(dòng)正常，通過檢測電流是否過大來判斷真?zhèn)€系統(tǒng)是否正常，如果有泵啟動(dòng)異常則通過互被技術(shù)啟動(dòng)備用泵。

篇9

海水循環(huán)水處理工藝

根據(jù)海水養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的廢物及其特點(diǎn)，常見的RAS工藝集沉淀、過濾、消毒、增氧、溫控、脫氮等為一體，并通過優(yōu)化組合充分發(fā)揮各凈化單元的作用，以滿足不同養(yǎng)殖對(duì)象對(duì)水質(zhì)的要求。如圖1所示，養(yǎng)殖單元出水經(jīng)沉淀池去除懸浮物、紫外線殺菌、生物濾池去除氨氮后，再進(jìn)入養(yǎng)殖池循環(huán)使用。在處理過程中，氨態(tài)氮的去除是應(yīng)該考慮的首要問題，RAS工藝大多都有生物硝化處理，但有關(guān)反硝化工藝有待進(jìn)一步研究。

海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)脫氮工藝

1常用海水循環(huán)水生物脫氮工藝由于海水的高鹽度與養(yǎng)殖廢水的貧營養(yǎng)，增加了養(yǎng)殖廢水脫氮處理的難度。國外對(duì)于海水RAS脫氮處理的工藝選擇、運(yùn)行條件、工藝參數(shù)及處理效果等研究較多，而國內(nèi)相關(guān)報(bào)道較少。其中部分國內(nèi)外對(duì)海水循環(huán)水生物脫氮的主要研究概況見表1。對(duì)于貧營養(yǎng)的海水養(yǎng)殖廢水多采用生物膜法進(jìn)行處理，如生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、流化床，尤以生物濾池最為常見，而A/O、SBR等活性污泥法應(yīng)用較少。表1中的海水循環(huán)水生物脫氮速率為1．4～100．0mg/(h•L)，這很可能與不同的操作參數(shù)有關(guān)，如反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、填料類型、電子供體的種類、反應(yīng)器中的氧化還原電位、水中硝酸鹽濃度等。通過反應(yīng)器的優(yōu)化、填料與碳源類型的選擇，可以減少反應(yīng)器的有效容積、控制生物膜厚度、保證填料均勻分布、提高脫氮效率。研究表明，乙醇是RAS生物脫氮的有效外加碳源，但近年來，利用內(nèi)源性碳源的方法也日益受到關(guān)注，即利用RAS本身含碳物質(zhì)如殘餌、糞便、水解產(chǎn)物作為反硝化電子供體。Klas等建立了關(guān)于RAS利用內(nèi)源碳源反硝化過程的化學(xué)計(jì)量方程：雖然內(nèi)源性碳源不如乙醇等外源性碳源易吸收利用，但可降低運(yùn)行成本，并可達(dá)到凈水與綜合利用廢棄物的目的。

2復(fù)合菌─藻系統(tǒng)生物脫氮工藝近年來，復(fù)合菌─藻系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于污水處理中，好氧細(xì)菌通過分解作用為藻類提供光合作用所需的碳源與營養(yǎng)物質(zhì)，藻類通過光合作用將水中的CO2與N、P等營養(yǎng)鹽合成為自身有機(jī)物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。利用復(fù)合菌─藻生物脫氮是海水循環(huán)水脫氮工藝的一大發(fā)展方向，但可用于海水養(yǎng)殖廢水處理的水生植物種類相對(duì)較少，目前常用的海藻主要有石花菜、石莼、江蘺等。該工藝在海水RAS實(shí)際應(yīng)用中，需注意以下幾方面的問題:首先，藻類夜間基本停止光合作用而不產(chǎn)氧，陰天的DO也較低，必須采取合理的增氧措施以避免養(yǎng)殖過程中間代謝產(chǎn)物NO2－－N的積累;其次，藻類的大量繁殖易造成出水中的懸浮物濃度增高，應(yīng)采用微濾除藻等工藝嚴(yán)格控制出水中的藻類;此外，如何選擇培育適合的藻菌品種，如何控制養(yǎng)殖環(huán)境的藻菌種類組成與比例等技術(shù)問題也有待解決。

3固定化脫氮系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代起，也有研究者將固定化包埋技術(shù)應(yīng)用于養(yǎng)殖廢水處理中，如Park等曾利用PVA為載體進(jìn)行海水RAS固定化脫氮研究，但由于養(yǎng)殖廢水成分復(fù)雜，再加上環(huán)境因素的影響，目前水產(chǎn)養(yǎng)殖的固定化脫氮系統(tǒng)還僅限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究。

海水RAS常見的問題及解決方案

總的來說，目前對(duì)于海水RAS主要還是采用傳統(tǒng)工藝脫氮，即需經(jīng)歷好氧硝化與缺氧反硝化2個(gè)不同的過程。而水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水高DO與低C/N比的特點(diǎn)，使得厭氧反硝化菌在水產(chǎn)中的應(yīng)用一直受到很大限制，存在一些亟待解決的問題。

1外加碳源解決低C/N比的問題C/N比為脫氮處理的關(guān)鍵參數(shù)之一，根據(jù)傳統(tǒng)脫氮理論，實(shí)現(xiàn)完全反硝化的理論C/N比為2．86?？紤]到微生物生長所需的碳素營養(yǎng)(約占碳源總值的15%)，以及有機(jī)碳源的性質(zhì)與反硝化菌種的不同，對(duì)于易利用碳源，反硝化所需的實(shí)際C/N比為3～6。在C/N比充足的條件下，N2O、NO2－等中間產(chǎn)物的濃度迅速降低;碳源不足將導(dǎo)致NO2－的積累;碳源過量又會(huì)使NO3－還原為氨，甚至產(chǎn)生有毒硫化物。而海水養(yǎng)殖水體中的C/N比較低，在1～2之間，因此需外加碳源或自養(yǎng)反硝化。國內(nèi)外研究者采用了不同的方法試圖解決碳源不足的問題，并取得了一定的效果，但也存在著各自的不足。如前所述，乙醇是RAS有效的外加碳源，但會(huì)增加運(yùn)行成本。雖然利用養(yǎng)殖固體廢棄物作碳源可變廢為寶，降低成本，但反硝化速率較低。此外，一種新型的固體碳源———非水溶性可生物降解多聚物(BDPs)材料因其易控制、低殘留等優(yōu)點(diǎn)而被投入于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究，但其生物利用性較低，且價(jià)格較高，從而阻礙了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。若以混合物質(zhì)為碳源或許可使工藝系統(tǒng)在處理效果、成本、管理等方面得到優(yōu)化，但目前尚無此方面的具體報(bào)道。

2反硝化環(huán)境的脫氧DO是脫氮處理中的另一個(gè)重要參數(shù)。一般認(rèn)為，反硝化反應(yīng)在缺氧條件下才能正常進(jìn)行，當(dāng)氧含量超過3%時(shí)，將導(dǎo)致NO的反硝化去除率明顯下降。而海水養(yǎng)殖水DO含量高，一般在4～8mg/L之間，對(duì)于反硝化而言應(yīng)脫氧預(yù)處理。Menasveta等所研究的斑節(jié)對(duì)蝦親蝦循環(huán)封閉養(yǎng)殖系統(tǒng)脫氮工藝，就在反硝化處理中增加了脫氧工藝，其反硝化工藝由1個(gè)脫氧柱、1個(gè)反硝化柱與再曝氣箱組成。

通過向脫氧柱通入氮?dú)獾姆绞矫撗酰狗聪趸倪M(jìn)水DO低于0．5mg/L，進(jìn)而保證了比較高的反硝化效率。Labelle等對(duì)封閉循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)行海水脫氮實(shí)驗(yàn)，海水鹽度為28g/L，在反硝化之前，往反硝化生物濾器中投加甲醇以及定期反沖洗進(jìn)行循環(huán)脫氧預(yù)處理，將水中DO調(diào)整為1mg/L以下，結(jié)果表明:脫氧處理對(duì)水pH值以及可溶性有機(jī)物濃度的影響不大。

人為投加碳源和脫氧處理可提供適合缺氧反硝化的環(huán)境，但是該環(huán)境中硫酸鹽還原菌對(duì)反硝化菌的競爭抑制卻較少被提及。在海水生物脫氮過程中，若存在高濃度硫酸鹽的干擾，那么生物膜內(nèi)部的硫酸鹽還原菌會(huì)發(fā)生硫酸鹽還原，期間會(huì)競爭反硝化所必需的碳源，并產(chǎn)生H2S。而H2S對(duì)生物具有毒性，會(huì)抑制N2O還原為氮?dú)狻Ｔ诶蒙锬しㄌ幚砗Ｑ笪鬯倪^程中，對(duì)于缺氧環(huán)境中硫酸鹽高降解速率的關(guān)注，更甚于對(duì)于混合死角與填料污染問題的關(guān)注，因此，在海水RAS中，不論是采用何種方法進(jìn)行脫氧，其脫氧階段均須保持海水的特性，尤其是海水中有機(jī)物、硝酸鹽與亞硝酸鹽的濃度，但反硝化過程脫氧預(yù)處理又意味著成本的增加。

3生物脫氮新工藝近年來，許多研究發(fā)現(xiàn):硝化反應(yīng)既可由自養(yǎng)菌完成，也可由某些異養(yǎng)菌完成;許多反硝化菌在好氧條件下也能進(jìn)行反硝化，這使同時(shí)硝化反硝化成為可能。目前，基于這些新發(fā)現(xiàn)開發(fā)出了一些脫氮新工藝，如同步硝化反硝化、短程反硝化工藝、一體化完全自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)等，這些新工藝解決了傳統(tǒng)脫氮工藝存在的不足，并在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為RAS系統(tǒng)脫氮提供了解決問題的新途徑。

3．1同步硝化反硝化脫氮工藝自20世紀(jì)80年代，Robertson等在除硫和反硝化處理系統(tǒng)中，首次分離出好氧反硝化菌后，國內(nèi)外不少實(shí)驗(yàn)證實(shí)了同步硝化和反硝化現(xiàn)象，尤其在有氧條件下，流化床反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤、SBR、氧化溝、CAST等不同的生物處理系統(tǒng)中，均有同步硝化與反硝化現(xiàn)象的存在。同步硝化反硝化脫氮工藝(SimultaneousNitrificationandDenitrification，SND)是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行硝化與反硝化反應(yīng)，具有降低曝氣量、節(jié)省能耗、無需酸堿中和、簡化系統(tǒng)操作、縮短反應(yīng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，可較好地解決傳統(tǒng)脫氮工藝中出現(xiàn)的一些問題，是一種具有廣泛應(yīng)用前景與開發(fā)價(jià)值的生物脫氮新工藝。目前，國內(nèi)外已報(bào)道的好氧反硝化菌包括產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、異養(yǎng)球硫菌屬(Thiosphaerapantotropha)、叢毛單胞菌屬(Comamonas)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、草螺菌屬(Herbaspirillum)、副球菌屬(Paracoccus)和代爾夫特菌屬(Delftia)等，以假單胞菌屬(Pseudomonas)最為常見［30－40］。但來源于養(yǎng)殖水體的好氧反硝化菌的相關(guān)報(bào)道較少，且多由淡水環(huán)境中分離而得，能用于海水養(yǎng)殖水處理且針對(duì)亞硝酸鹽還原能力的報(bào)道極少。如高喜燕等在處理海水循環(huán)水生物濾器的生物膜中，分離出了1株耐鹽好氧反硝化假單胞菌屬(Pseudomonas)，該菌株以檸檬酸鈉為唯一碳源，在硝酸鹽初始濃度為140g/L、C/N比為15、pH為7．5、NaCl濃度為30g/L、30℃搖床培養(yǎng)的條件下，48h內(nèi)的脫氮率可達(dá)92%，且無NO2－－N的積累。由此可知，選育具有耐鹽特性的好氧反硝化菌株用于SND工藝為尋求海水養(yǎng)殖水凈化提供了新思路。

3．2短程硝化─厭氧氨氧化工藝近年來，已有一些短程硝化─厭氧氨氧化工藝(Sharon－Anammox)成功用于污水處理廠的報(bào)道。Tal曾利用16S－rRNA基因序列分子生物學(xué)分析方法，分別對(duì)淡水與海水養(yǎng)殖循環(huán)系統(tǒng)生物濾池的厭氧與好氧菌群的特性進(jìn)行了研究。Sharon－Anammox聯(lián)合工藝先通過Sharon反應(yīng)器將廢水中50%NH4+氧化為NO2－，然后進(jìn)入Anammox反應(yīng)器使NH4+與NO2－混合發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生N2。該工藝既減少了供氧量與能耗，又節(jié)省了碳源與堿量，其化學(xué)計(jì)量方程為:Sharon(短程硝化)工藝操作的關(guān)鍵是抑制硝化菌活性而使NO2－得到累積，從而阻止NO2－進(jìn)一步氧化。根據(jù)國內(nèi)外對(duì)于短程硝化影響因素的研究而得出的選擇抑制理論，通過選擇合適游離氨(FA)質(zhì)量濃度范圍(1～10mg/L)，同時(shí)結(jié)合特定的反應(yīng)條件，如較高的反應(yīng)溫度(30～36℃)、較高的pH值(通常大于7．5)或者較低的溶解氧質(zhì)量濃度等來抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的生長，實(shí)現(xiàn)NO2－的積累。宋宏賓等設(shè)計(jì)了水產(chǎn)養(yǎng)殖用水的三級(jí)生物膜短程硝化─反硝化處理工藝［48］，在設(shè)定進(jìn)水pH值7．5～8．5、溫度28～32℃、溶解氧0．5～1．0mg/L、游離氨濃度5～10mg/L的條件下，連續(xù)進(jìn)出水，廢水的COD、NH4+－N平均去除率分別達(dá)94．4%、91．6%，NO2－－N平均濃度控制在5．2mg/L以下，低于魚類的耐受濃度，基本達(dá)到養(yǎng)殖回用標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，短程硝化工藝用于低C/N比、低FA水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水脫氮處理具有可行性。Anammox(厭氧氨氧化)工藝作為反硝化的替代技術(shù)，與Sharon要求低FA的條件剛好相反，大多數(shù)的Ana-mmox是在高氨氮濃度條件下研發(fā)的，因此在低C/N比、低氨氮濃度的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水條件下，厭氧氨氧化仍有待進(jìn)一步研究。此外，厭氧氨氧化菌普遍具有生長緩慢、對(duì)光和氧氣敏感的特點(diǎn)［50］，如何高效富集培養(yǎng)厭氧氨氧化菌、縮短厭氧氨氧化的啟動(dòng)時(shí)間是該工藝最大的限制因素。

3．3生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝(CompletelyAutotrophicNitrogenRemovalOverNitrite，CANON)即在同一個(gè)反應(yīng)內(nèi)創(chuàng)造缺氧、好氧條件并存的環(huán)境，完成好氧菌亞硝化反應(yīng)與厭氧氨氧化菌反硝化反應(yīng)的一體化完全自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)。CANON工藝與Sharon－Anammox工藝類似，不同之處在于其整個(gè)脫氮過程是在同一個(gè)反應(yīng)內(nèi)完成。FA與DO也是CANON工藝的關(guān)鍵因素，尤其對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水而言，F(xiàn)A濃度較低是該工藝的限制因子。由于菌種共存于同一個(gè)反應(yīng)器，亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌勢必競爭氨氮，而厭氧氨氧化菌的競爭能力較弱，削弱了厭氧反應(yīng)，從而抑制反應(yīng)進(jìn)行，且出水中可能含有較高的NO2－，仍然需要對(duì)反應(yīng)器出水進(jìn)一步處理，以消除NO2－對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的潛在威脅。上述生物脫氮新工藝都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即要求達(dá)到低濃度DO或厭氧的環(huán)境才有利于反應(yīng)的進(jìn)行，而這與養(yǎng)殖系統(tǒng)富氧環(huán)境相矛盾，故均應(yīng)進(jìn)行脫氧處理。

篇10

關(guān)鍵詞:虹吸現(xiàn)象 虹吸流發(fā)電 水循環(huán)發(fā)電

中圖分類號(hào):P339 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(b)-0002-01

社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對(duì)電能的需求越來越大,為解決全社會(huì)生產(chǎn)生活對(duì)電能的需求問題,就必須想方設(shè)法去研究開發(fā)一種既安全環(huán)保、成本又低的新能源。研究虹吸的目的就是要探索怎樣將豐富的地表水變?yōu)楹缥饔糜诎l(fā)電,使它成為我們所需的安全、環(huán)保、低價(jià)的電能。

1 中國古人是怎樣解釋虹吸和利用虹吸的

虹吸管是人類的一種古老發(fā)明,早在公元前1世紀(jì),就有人造出了一種奇特的虹吸管。中國人很早就懂得應(yīng)用虹吸原理制造了虹吸管。在中國古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過山龍”。東漢末年出現(xiàn)了灌溉用的渴烏。西南地區(qū)的少數(shù)民族用一根去節(jié)彎曲的長竹管飲酒,也是應(yīng)用了虹吸的物理現(xiàn)象。宋朝曾公亮《武經(jīng)總要》中,有用竹筒制作虹吸管把峻嶺阻隔的泉水引下山的記載。

2 當(dāng)代人們又是怎樣解釋虹吸和利用虹吸的

現(xiàn)代漢語詞典對(duì)虹吸管的解釋是:虹吸管是使液體產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象所用的管子,通稱過山龍。虹吸現(xiàn)象是液體從比較高的地方通過一條拱起的彎管,先向上再向下流到比較低的地方去的現(xiàn)象。所用的彎管呈倒U字形而一端較長,使用時(shí)管內(nèi)必須充滿液體。

虹吸現(xiàn)象的產(chǎn)生必須具備兩個(gè)條件:一是兩個(gè)液面存在著高度差;二是管道必須密閉,密閉管道的高度是受限制的。在常壓下虹吸的高度為10.336m,每加大一個(gè)大氣壓,虹管就可以做高10.336m,這個(gè)數(shù)值人們是通過大量試驗(yàn)得出的。

目前,虹吸原理主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面:一是用于抽水馬桶的沖水排便;二是用于房屋天溝的排雨水;三是用于生產(chǎn)設(shè)備中的供水和排水,像這類的專利有上千例,這說明虹吸應(yīng)用地比較廣泛了;四是用于水庫的排洪;五是用于水庫壩底的清除泥沙。

3 未來我們又是怎樣解釋虹吸流和利用虹吸流呢

3.1 虹吸流形成的條件

在常壓下形成虹吸流應(yīng)具備以下幾個(gè)條件:一是要有一根兩頭開口的彎管來構(gòu)成虹管,彎管必須向下放置,彎管兩端內(nèi)灌滿水不能有空氣,確保水與水之間存在一種相互吸引力;二是虹管的進(jìn)水水位要高于出水水位,兩水位之間應(yīng)存在壓強(qiáng)差;三是在常壓下,虹管的高度不要超過10.336m。

3.2 虹吸流所具有的六種特性

一是具有人為性。根據(jù)虹吸流形成的條件,不難看出,虹吸流是可以人為產(chǎn)生,條件是:只要有大氣壓力和有液體水的地方,我們只要給虹管灌滿水,排出空氣,使之處于兩個(gè)不同的水位中,或者處于不同的壓強(qiáng)下,這樣就可以人為產(chǎn)生虹吸流了。

二是具有永動(dòng)性。根據(jù)虹吸流形成的條件,如果虹吸一旦形成,我們只要始終保持虹吸流的入水口水位高于出水口的水位,虹吸流就永恒地流動(dòng)了。

三是具有放大性。根據(jù)虹吸流形成的條件,只要虹管的入水口的水位高于虹管的出口水位,且虹管內(nèi)已充滿水時(shí),虹吸就會(huì)形成。也就是說在正常氣壓下(即一個(gè)大氣壓的情況下),只要虹管的出入口存在一個(gè)很小的水位差,就能形成10.336m高及其以下的虹吸流的位能,這就是虹吸流的位能放大作用。

四是具有級(jí)聯(lián)性。根據(jù)虹吸流形成的條件,我們可以在第一個(gè)水杯中加入水,用灌滿水的虹管來形成第一級(jí)虹吸流,并使第一級(jí)虹吸流流出的水指定讓它流入比第一個(gè)水杯低的第二個(gè)水杯中;再在第二個(gè)水杯中用灌滿水的虹管來形成第二級(jí)虹吸流,再使第二級(jí)虹吸流流出的水指定讓它流入比第二個(gè)水杯低的第三個(gè)水杯中;依次類推,可以根據(jù)需要形成更多級(jí)數(shù)的虹吸流以構(gòu)成虹吸流的級(jí)聯(lián)形式。用這種多級(jí)虹吸流的水流來發(fā)電,就可發(fā)更多的電。

五是具有選擇性。在常用壓下,虹管的粗細(xì)和虹管的高度可以在不超過10.336m的情況下可根據(jù)實(shí)際需要來選擇。

在加壓的情況下,虹管的粗細(xì)和虹管的高度選擇的范圍就更大。因?yàn)槊考哟笠粋€(gè)大氣壓,虹管的高度就可以增加10.336m;虹管的粗細(xì)選擇的范圍也就更大。

六是具有調(diào)節(jié)性。在加壓的情況下,除了給虹管兩端同時(shí)施加壓上基準(zhǔn)氣壓后,我們還可以在虹吸管出入口之間附加一個(gè)的氣壓差來確保形成虹吸流所需的壓強(qiáng),并用這個(gè)氣壓差來調(diào)節(jié)虹吸流的流量流速及啟停。

如果虹吸流已經(jīng)形成,我們可以用安裝在虹吸出口處的水閥來調(diào)節(jié)虹吸流的水流量的大小;如果我們要虹吸流停止,也只要將水閥關(guān)閉就行,虹吸流就會(huì)停止流動(dòng)。如果要再次啟動(dòng),只要將水閥打開就行。虹吸流具有的可控性為我們進(jìn)一步控制虹吸流帶來了很大方便。

3.3 虹吸流在發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用

下面簡要講述一下已申請(qǐng)發(fā)明專利的由多級(jí)虹吸流組成的兩類水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)。

(1)用于水庫的水力發(fā)電。有專利號(hào)為CN20092007908.x,專利名稱為《虹吸發(fā)電》,該專利就是在原有水力發(fā)電的進(jìn)水管前端安裝一個(gè)倒U型的虹管,在虹管的下端再安裝1臺(tái)水輪發(fā)電機(jī),在虹管排水管的下端再用1臺(tái)液體流的水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電,這樣就用了2臺(tái)發(fā)電機(jī)來發(fā)電,增加一倍的發(fā)電量;(2)用地表水的水力發(fā)電。有多級(jí)虹吸水力的發(fā)電裝置組成水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。為了克服單級(jí)虹管發(fā)電對(duì)水源的位能有一定的依賴性、浪費(fèi)水資源和效力低問題。發(fā)明了在常壓下的《多級(jí)虹吸水力發(fā)電裝置組成水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)》。它包括了由多個(gè)單級(jí)的虹吸水力發(fā)電裝置、配套的儲(chǔ)水池和一個(gè)循環(huán)水管渠泵水系統(tǒng)組成。專利申請(qǐng)?zhí)枮?201010591463.1。其特點(diǎn)是充分利用了多級(jí)虹管能大幅度提升水的位差,放大位能的奇特功能用于發(fā)電,使有限的水資源能發(fā)出無限的電。

如果我們將由多級(jí)虹吸水力發(fā)電裝置組裝成水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用到發(fā)電領(lǐng)域中,就形成一個(gè)以水為媒介的依靠大氣壓力來發(fā)電的水循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),用來解決人類對(duì)電能的需求。為人類開辟了一條取至不盡,用至不竭能源的新途徑。

4 結(jié)語

由于本人研發(fā)的條件及所掌握知識(shí)水平有限,在這里只能起到拋磚引玉的效果,希望專家、讀者對(duì)這一課題的進(jìn)一步的研究給予更多的支持和幫助,使虹吸流不僅能用來發(fā)電,還是在其他領(lǐng)域中能得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)