吉林燃料乙醇工程凈水工藝選擇

第31卷第3期東北電力大學(xué)學(xué)報Vol 31. No. 32011年6月Journal Of Northeast Dianli University文章編號:1005-2992(2011)03-0064-04吉林燃料乙醇工程凈水工藝選擇胡良1,李軍2,宋福恩1,李珊珊1.中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院,吉林吉林132002;2東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院吉林吉林132012)摘要:通過(guò)對吉林燃料乙醇工程凈水場(chǎng)工藝的選擇比較,以及設計、生產(chǎn)運行等經(jīng)驗的總結,表明依照亞微觀(guān)傳質(zhì)慣性效應理論發(fā)明的“渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)”適合燃料乙醇工程凈水系統,具備建設投資少、占地少、運行成本低、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:凈水;混凝;沉淀;低溫低濁中圖分類(lèi)號:TU991.6文獻標識碼:A吉林60萬(wàn)噸/年燃料乙醇工程是新興能源的示范工程,也是國家2001年十大重點(diǎn)項目之一。凈水場(chǎng)為其配套工程,工程總規模為20萬(wàn)Ud,采用一次規劃設計,分二期建設的方式。一期建設規模為10萬(wàn)td,占地面積為22800m2h,工程費用為5257萬(wàn)元。該工程于2002年5月施工,2003年5月驗收,2003年5月31日進(jìn)水試生產(chǎn),水力停留時(shí)間為1h59min,沉淀池出水濁度1.0-1.5NTU,濾后水濁度0~0.5NTU。該場(chǎng)以第二松花江水為水源,受地理位置和氣候條件的影響,冬季水溫常在0~5℃,濁度低于10NmU,形成獨具特色的低溫低濁水,給凈水廠(chǎng)的管理工作帶來(lái)諸多困難包括藥耗高、出水濁度達標難等。在吉林燃料乙醇工程凈水場(chǎng)的設計中,本設計采用渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)、高效均質(zhì)濾池過(guò)濾的凈水工藝流程口,并對濾池反沖洗廢水進(jìn)行了回收和處理,以尋求在工程上的最佳處理工藝和方法。原水及出廠(chǎng)水質(zhì)本工程水源為第二松花江水,由取水戽頭、導水管、岸邊泵房經(jīng)長(cháng)距離輸水管線(xiàn)至凈水場(chǎng)。取水戽頭位于第二松花江吉林市九站江段,原水水質(zhì)指標為正常時(shí)濁度小于40NTU,設計最大濁度指標小于1000NTU。水源水質(zhì)達到《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-1988)中Ⅲ~V類(lèi)水質(zhì)標準,僅能作為生產(chǎn)用水水源。出場(chǎng)水質(zhì)達到《國家生活飲用水衛生規范》(2001年)要求,出場(chǎng)水濁度小于1NTU。水場(chǎng)自用水量按設計規模的5%計。2凈水工藝原理與設計2.1渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)機理與工藝中國煤化工吉林60萬(wàn)/a燃料乙醇工程凈水場(chǎng)的可行性研究報告由上海EHCNMHG為20萬(wàn)v收稿日期:2011-04-18作者簡(jiǎn)介:胡良(1‰61-)男,吉林省吉林市人,中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院高級工程師,主要研究方向:水處理工藝研究第3期胡良等:吉林燃料乙醇工程凈水工藝選擇d,投資估算為人民幣7000萬(wàn)元。一期建設規模為10萬(wàn)Ud。通過(guò)比較、論證分析,具體工藝選擇了哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出的“渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)”與高效均質(zhì)濾料濾池相結合的凈水工藝流程,設計工藝流程如圖1所示。渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)是根據多相工藝研究中心提出的多相流動(dòng)物系反應控制慣性效應理論結合給水工程實(shí)踐經(jīng)近10年的研究而發(fā)明2。該技術(shù)涉及了給水處理中混合、絮凝反應、沉淀三大主要工藝。從湍流微結構的尺度即亞微觀(guān)尺度對混凝動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究,提出了“慣性效應”是絮凝動(dòng)力學(xué)致因,湍流剪切力是絮凝反應中決定性的動(dòng)力學(xué)因素,并建立了絮凝的動(dòng)力相似準則);首次指出擴散過(guò)程應分為宏觀(guān)擴散和亞微觀(guān)擴散兩個(gè)不同的物理過(guò)程,而亞微觀(guān)擴散的動(dòng)力學(xué)致因是慣性效應,特別是湍流微旋渦的離心慣性效應。新理論克服了現有傳統給水處理技術(shù)理論上的缺陷和實(shí)踐上的不足,管式微渦混合設備、高頻微渦絮凝設備、小間距斜板沉淀設備等幾項專(zhuān)利技術(shù)已在大量?jì)羲こ坛晒Φ赝茝V使用,取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益?；炷齽┰苁轿u混合→高頻微渦絮凝反應→逆向流小間距斜板沉淀→高效均質(zhì)濾料濾池→出水圖1設計工藝流程渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀工藝具有如下特點(diǎn):(1)采用管式微渦混合設備,可形成高比例高強度的微渦旋,利用微小渦旋的離心慣性效應使藥劑迅速擴散至水體細部,使膠體顆粒瞬時(shí)脫穩,既節省藥耗,亦為完善的反應奠定良好的基礎(2)高頻微渦絮凝設備采用高效微渦翼片折板促進(jìn)析出的小礬花快速有效碰撞,即通過(guò)反應池中垂直水流方向設置的高頻繞流裝置,使水流產(chǎn)生高比例高強度的微渦旋,從而使得藥劑與水中的顆粒充分接觸碰撞,產(chǎn)生密實(shí)易沉淀的礬花,因此反應效果好,時(shí)間短,既保證了反應后礬花顆粒達到一定的尺度和密實(shí)度,又增強了礬花抗剪切的能力,從而避免了反應的不完善和過(guò)反應現象發(fā)生。(3)小間距斜板沉淀池具有斜板間距小,效率高,阻力大,配水均勻,不易短路,出水水質(zhì)好等特點(diǎn)。即該設備由于間距小,雷諾數(Re值)較常規設備減小,抑制了顆粒沉降的水力脈動(dòng);又由于結構上的優(yōu)化,無(wú)側向約束不積泥,從而保證小的礬花絮體亦可有效去除,使淺池理論得到最佳的發(fā)揮。同時(shí)小間距斜板有具有布水均勻不短流的優(yōu)點(diǎn)。(4)高效均質(zhì)濾池采用單層加厚均粒石英砂濾料深層截污,設計濾速12.2~15m/h;V型進(jìn)水槽布水均勻;底部采用帶長(cháng)柄濾頭的復合形濾板;反沖洗采用氣、水反沖及橫向表面掃洗,用最小能耗獲得最佳沖洗效果。22凈水系統設計22.1取水與輸水工藝設計取水頭設在松花江大橋下600m處,該處枯水期最低水176.30m,常水位177.02m,最高水位為184.55m(百年一遇)。取水頭形式為河床式箱式取水頭,箱體兩面進(jìn)水,進(jìn)水格柵流速當Q=40萬(wàn)td時(shí),v=0.16m/s;Q=50萬(wàn)vd時(shí),v=0.20m/s。共設兩個(gè)箱體,每個(gè)箱體平面尺寸:14.15mx4.9m,高5.2m。箱體兩側對稱(chēng)設置2.0m×1.1m矩形取水窗口共10個(gè)。自流導水管共設兩根DN600mm自流管線(xiàn)管中心距38m,坡度i=000管中設計流速當Q=40萬(wàn)V凵中國煤化工=50萬(wàn)Ud時(shí),v=144m/s均滿(mǎn)足自清流速要求。取水泵站設計規模,近期QCNMHG0萬(wàn)m3/d。取水泵站由進(jìn)水室、濾網(wǎng)室、吸水池、泵房值班控制室高低壓配電室組成,共設3臺離心泵機組,型號為32sh-19J,Q=4200m3/h,H=35m一臺;2Q=2100m3/h,H=35m兩臺,其中一臺機組為變頻調速機組東北電力大學(xué)學(xué)報第31卷輸水管線(xiàn)為兩根DN0mm球墨鑄鐵管,輸水距離為35k2.2.2混合及投藥混凝劑釆用聚合氯化鋁,混合工藝采用管式微渦混合設備,混合器停留時(shí)間3s,管道停留時(shí)間6s,混合流速1.5m/s。加藥控制方式采用單因子系統雙閉環(huán)控制。自動(dòng)狀態(tài)下,投藥泵電機的轉速根據原水流量及流動(dòng)電流由單因子系統自動(dòng)控制,而沖程根據原水濁度沉淀后水濁度pH值等因素由手動(dòng)在隔膜計量泵上調節。單因子系統可根據加藥量進(jìn)行斷藥欠藥、過(guò)藥報警。共設4臺sera隔膜式變頻投藥泵,型號為R41.1-810E;2臺齒輪油泵,型號為ZCY2-0.4;濁度儀為 ENDRESS+ HAUSER; ENDRESS+ HAUSER PH計和8732CR12NOM4電磁流量計。2.2.3絮凝、沉淀與過(guò)濾絮凝池形式為高頻渦旋絮凝反應池。絮凝時(shí)間12min,實(shí)測GT=45816,G=63s1。設兩組絮凝池,每組池平面尺寸:6.15m×14.85m,深5.85m,平均水深4.70m;絮凝池水力分級分為四級,其流速分別為:0.14m/s、0.11m/s、0.09m/s0.06m/s絮凝池排泥形式為排泥斗式排泥;沉淀池采用穿孔花墻實(shí)現均勻配水。沉淀工藝采用小間距斜板沉淀池,共設2座。每座平面尺寸:22mx14.35m,池深4.70m,水深3.84m,斜板高度0.91m,斜板采用乙丙共聚樹(shù)脂塑料板,斜板間距25mm,傾角60°,有效利用系數087沉淀時(shí)間6.60min,上升流速2mm/s,斜板區表面負荷6.5m3/(h·h)。沉淀池出水經(jīng)上部集水槽匯入出水總水渠,進(jìn)人濾池進(jìn)水渠。沉淀池排泥采用重力斗式排泥。高效均質(zhì)濾池采用粒徑相對較粗(0.7mm~1.35mm)的石英砂均質(zhì)濾料及較厚的濾層,以增強濾層的截污納污能力并延長(cháng)濾池工作周期;氣水反沖洗加表面掃洗,濾層不膨脹或微膨脹,能形成膨脹過(guò)濾和密實(shí)過(guò)濾兩種工藝狀態(tài);其配水系統為長(cháng)柄濾頭配水系統。本設計總過(guò)濾水量為4166m3/h;濾池數量為8個(gè);平面尺寸為10.5m×6m;設計濾速為82m/h;氣洗強度為15L/(m2h·s);水洗強度為46L/(m2h·s);表面掃洗強度為1.9L/(m2h·s);濾頭密度為51個(gè)/m2h;濾料層厚度為1.25m,承托層厚度0.10m;砂上水深為1.65m。高效均質(zhì)濾池工作狀態(tài)在自動(dòng)模式下運行時(shí),PLC通過(guò)控制濾后水出水閘門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制濾池恒液位。當符合下列條件之一時(shí)開(kāi)始反沖洗:濾池運行時(shí)間達到設定值;過(guò)濾水頭損失達到設定值;來(lái)自于控制臺現場(chǎng)PLC-XBT鍵盤(pán)或中控室監控計算機的沖洗要求。沖洗分3個(gè)過(guò)程:(1)氣預擦洗2min;(2)氣水混合沖洗5min;(3)水漂洗5min224清水池與送水泵站清水池平面63m×33m,有效水深3m,調節能力8%。送水泵站選3臺送水泵,水泵為2SH-12型離心泵(Q=2016m3/h,H=59m);3臺消防水泵,水泵為12SH-6型離心泵(Q=790m3/h,H=90m);2臺消防穩壓水泵,水泵為6C-100/5型立式多級離心泵(Q=36m3/h,H=100m)。送水泵站設有流量計、濁度儀、pH計等。2.2.5自控系統水廠(chǎng)自控系統釆用DCS控制系統。DCS控制系統采用德國西門(mén)子公司生產(chǎn)的PCS7DCS系統,系統硬件包括一臺控制器,40塊LO模塊,一臺操作站,一臺打印機及配套的通訊系統。軟件除正常的監視、操作外設有自動(dòng)加藥、自動(dòng)排泥、自動(dòng)反洗、自動(dòng)消防系統。中控室主要設備:6面控制柜、二臺操作站、一臺打印機、一臺UPS。凈水場(chǎng)配備各種儀表80臺,氣動(dòng)閥門(mén)101臺,DCS監控點(diǎn)502個(gè)。中國煤化工CNMHG結論凈水場(chǎng)工程自2003年6月試運行始,各工藝單元、主要設備及自控系統運行正常,出場(chǎng)水水質(zhì)指標第3期胡良等:吉林然料乙醇工程凈水工藝選擇優(yōu)于國家飲用水水質(zhì)標準,其中濁度指標可達到國際標準。在投藥單元控制正常的情況下,出場(chǎng)水可控制在1NTU以下。平均聚合鋁單耗7g/m3(Al2O3);電單耗024kWh/m3(以單位水量計)。技術(shù)經(jīng)濟比較表明,采用渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)為主體的工藝設計與傳統常規工藝比較,可節省總投資人民幣2000多萬(wàn)元;節省凈水工藝占地30%以上;運行成本從常規的0.53元/m3降為0.34元/m3。參考文獻[1]赫俊國,宋學(xué)峰,金昌錦,等.微渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)處理低溫低濁水[冂].中國給水排水,1999,15(4):18[2]趙樹(shù)君,肖樹(shù)宏林國斌,等渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)用于水廠(chǎng)改造的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國給水排水,1998,14(5):46-48.[3]蔣展鵬,尤作亮混凝形態(tài)學(xué)的研究進(jìn)展[J].給水排水,1998,24(10):70-75.[4]吳亞準.低溫低濁水凈化技術(shù)的應用及發(fā)展[J]中國給水排水,1989,5(5):43-46[5〕武道吉譚風(fēng)訓修春海,等混合動(dòng)力學(xué)機理及控制指標研究[J]中國給水排水,200,16(1):54-56Process selection of water purification in Jilin fuel ethanol projectHU Liang, LI Jun, SONG Fu-en, LI Shan-shan(1. Petrochina Northeast Refining Engineering Co., LTD Jilin Design Institute, Jilin Jilin 132002; 2. School of Chemical En-gineering, Northeast Dianli University, Jilin Jilin 132012)Abstract: The vorticity coagulation low pulsation technique was suitable to the technology conditions of Jilinfuel ethanol water purification system according to inertia effect based on the comparison of water purificationplant process, and summary of design, operation and production experience by revamping in Jilin fuel alcoholcompany. This technique has many advantages such as small footprint, low investment, low operation cost andgood effluent quality, et al.Key words: water purification; coagulation; deposition; low temperature and low turbidity water中國煤化工CNMHG