楊惠萍
安慶石化設(shè)計(jì)院，安慶　246003

　　摘要：熱電廠灰水需經(jīng)中和處理后才能排放。通過(guò)對(duì)熱電廠沖灰水加酸中和處理方案的研究，確定了在灰場(chǎng)排放口建中和池投加98％H₂SO₄的工藝流程。利用小試測(cè)得的投酸量與出水pH值的關(guān)系數(shù)據(jù)，通過(guò)線性回歸分析，建立了堿性灰水自動(dòng)投加98％H₂SO₄的數(shù)學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制器現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)投加，從而確保出水pH值降到8.4左右，使之在排放標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)穩(wěn)定排放，實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　關(guān)鍵詞：沖灰水；加酸中和；數(shù)學(xué)模式；自動(dòng)加酸
　　中圖分類號(hào)：X773
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009-2455(2000)03-0018-03A

Determination and application of Mathematical Model for Neutralization Treatment of Ash-Bearring Wastewater from Heat and Power Plant
YANG Hui-ping

　　Abstract:The ash-bearing wastewater from heat and power palnts must be neutralized before discharged. A process of dosing 98％ sulfuric acid into a neytralization tank built at the outlet of the ash ground of a heat ＆ power plant was decided based on a study on the acid-neutralization treatment of the ash-bearing wastewater from the heat and power plant．By using the relationship data determined in laboratory tests between the dose of acid and the pH value of the effluent water and through analyzing the linear regression a mathematical model of automatically dosing 98％ sulfuric acid into alkaline ash-bearing wastewater was established which realized field automatic dosing by industrial controller and ensured the pH value of the effluent water to drop to 8.4 approximately and maintained a stable discharging of the effluent water within the standard range for it with good social and economic results obtained．
　　Key words：ash waste water；acid neutralization；mathematical pattern；automatical dosing

　　安慶石油化工總廠熱電廠為總廠自備電廠，裝機(jī)總?cè)萘繛?.0×10⁵ kW。熱電廠3#爐、4#爐、5^#爐均為煤粉爐，爐渣排放采用水力沖灰方式，沖灰水量最大為600 m³/h左右，通過(guò)灰管排至灰場(chǎng)：市郊皖河入江口處，距熱電廠5.5 km，灰水在灰場(chǎng)沉淀后，澄清灰水經(jīng)皖河排入長(zhǎng)江。

1　問(wèn)題的提出

　　沖灰水ｐＨ值一般在11左右，超過(guò)pH值6～9的排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。熱電廠原采用的辦法是在廠內(nèi)投加鹽酸，中和達(dá)標(biāo)后再經(jīng)灰場(chǎng)排放，但環(huán)保部門檢測(cè)結(jié)果表明，排放口灰水pH值仍超出排放標(biāo)準(zhǔn)，因而被安徽省列為1999年度100家環(huán)保治理項(xiàng)目，限期整改。

2　處理方案

　　確定灰水處理工藝流程，首先要確定的是加酸地點(diǎn)、加酸藥劑，以便獲得更好的處理效果和最佳經(jīng)濟(jì)效益。
2.1　加酸地點(diǎn)的選擇
　　分析熱電廠原處理方案失敗的原因，主要是在灰水未澄清前加酸，雖然瞬時(shí)pH值可降至6～9范圍，但灰水中懸浮物不斷溶出CaO等堿性物質(zhì)，會(huì)使pH值再次回升。因此，我們選擇加酸地點(diǎn)在灰場(chǎng)排放口處，在灰場(chǎng)排放口加酸有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
　　① 沖灰水在灰場(chǎng)經(jīng)過(guò)混合和自然沉淀后，澄清灰水pH值較穩(wěn)定，易于治理；
　?、?灰水在灰場(chǎng)通過(guò)自然曝氣作用，吸收空氣中的CO₂，使pH值有所下降，可節(jié)省加酸量。
2.2　加酸藥劑的選擇
　　選擇加酸藥劑是基于經(jīng)濟(jì)方面考慮。硫酸、鹽酸或其它強(qiáng)酸類均可與灰水中堿性物質(zhì)起中和反應(yīng)，我們選擇了常用的工業(yè)硫酸和工業(yè)鹽酸進(jìn)行比較。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灰水取樣測(cè)定，灰水酚酞堿度降低0.7 mmol／L時(shí)，pH＝8.4，此時(shí)每立方米灰水加酸量如下(灰水比重1.2)：
　　31％HCl：　G＝0.7×1.2×36.5／0.31＝98.9 g
　　98％H₂SO₄： G＝0.7×1.2×49／0.98＝42 g
　　每立方米灰水加酸費(fèi)用如下：
　　31％HCL：費(fèi)用＝98.9×900×10^-6＝0.089元
　　(市場(chǎng)價(jià)900元／t)?
　　98％H₂SO₄：費(fèi)用＝42×400×10^-6＝0.017元
　　(市場(chǎng)價(jià)400元／t)?
　　從上述結(jié)果可以看出，中和到同一pH點(diǎn)時(shí)，鹽酸運(yùn)輸量是硫酸的2.35倍，費(fèi)用是硫酸5.24倍。因此，選用98％的濃硫酸作中和藥劑。
2.3　工藝流程
　　利用運(yùn)酸槽車定期裝運(yùn)工業(yè)硫酸，通過(guò)高位卸酸平臺(tái)卸入酸罐貯存；計(jì)量泵根據(jù)控制器輸出的信號(hào)，自動(dòng)投酸到中和池進(jìn)水管中，堿性澄清灰水和硫酸在中和池內(nèi)充分混合反應(yīng)后排放，工藝流程如圖1所示。

3　自動(dòng)加酸控制

　　根據(jù)石化企業(yè)總體布局要求，為減小勞動(dòng)強(qiáng)度同時(shí)確保排放水達(dá)標(biāo)，自動(dòng)投加硫酸尤為重要。由于沒(méi)有定型的自動(dòng)加酸模式，我們根據(jù)灰水中和的小試數(shù)據(jù)確定了自動(dòng)加酸數(shù)學(xué)模式，從而實(shí)現(xiàn)了灰水處理的自動(dòng)化。
3.1　數(shù)學(xué)模式推導(dǎo)
　　灰水加硫酸中和小試結(jié)果如圖2所示。

　　利用最小二乘法對(duì)圖1進(jìn)行線性回歸分析計(jì)算：

　　

　　故上述線性關(guān)系曲線可表示為：
　　G=136.2-13.1pH　　　　　　　(1)
　　當(dāng)設(shè)定某出水pH值后，即可確定硫酸投加量初始值。但是由于該公式是在流量Q＝600 m³/h時(shí)測(cè)定所得，且將G與pH關(guān)系簡(jiǎn)化成了線性關(guān)系，故必須進(jìn)行二次修正。
3.2　反饋修正
　　我們確定排放水的pH值控制指標(biāo)為8.4，反饋修正就是利用測(cè)得的出水pH值與中和池出口pH值的控制指標(biāo)8.4進(jìn)行比較，如果pH＞8.4，則增加投酸量；反之則相反。增加或減少的投酸量用△G表示。
　　由(1)式可以看出，當(dāng)pH值每增加或減少0.1時(shí)，G值則減少或增加1.3 kg/h，那末，將出水pH值修正為8.4時(shí)，△G可用線性方程表示為：
　　△G＝13.1(pH－8.4)?　　　　　　　?(2)?
　　pH—實(shí)測(cè)的出水ｐＨ值；
　　△G—出水ｐＨ值未達(dá)到8.4時(shí)投酸量的修正值,kg/h。
3.3　流量修正
　　當(dāng)灰水流量變化(不考慮灰水水質(zhì)變化)時(shí)，則投酸量修正為：
　　G₀＝(G＋△G)×Q₀／Q　　　　　　 ?(3)?
　　G₀—修正后的投酸量，kg/h；
　　G—理論投酸量，kg/h；
　　Q₀—實(shí)測(cè)流量，m³/h；
　　Q—原小試流量，600m³/h。
3.4　控制方法
　　控制原理如圖3。

　　控制系統(tǒng)采用智能工業(yè)控制器技術(shù)，通過(guò)該控制器實(shí)時(shí)跟蹤灰水pH值和流量，計(jì)算需要的投酸量，輸出與投酸量成正比的直流信號(hào)給變頻器，由變頻器對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行調(diào)速，從而達(dá)到自動(dòng)控制加酸的目的。具體分為以下幾種運(yùn)行狀況。
3.4.1　初始運(yùn)行時(shí)，需要確定初始投酸量后才能轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。所以根據(jù)公式(1)，設(shè)定出水pH＝8.4，則初始投酸量：
　　G＝136.2－13.1pH＝26.2(kg/h)。
3.4.2　正常運(yùn)行后，測(cè)得的出水流量和pH值即可反饋到控制器，控制器按公式(2)、(3)計(jì)算得實(shí)際投酸量G₀，然后控制器根據(jù)G₀值適當(dāng)調(diào)整輸出信號(hào)，調(diào)整計(jì)量泵轉(zhuǎn)速，改變投酸量，如此循環(huán)往復(fù)，使出水pH值努力接近8.4，達(dá)到排放合格的目的。
3.4.3　中和池進(jìn)水pH≤8.4時(shí)，控制器通過(guò)比較計(jì)算后，將給計(jì)量泵發(fā)出停泵信號(hào)，停止加酸，此時(shí)控制器處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)。
3.4.4　當(dāng)中和池進(jìn)水pH＞8.4時(shí)，控制器立即進(jìn)入本文中3.4.1節(jié)所述的狀態(tài)。

4　設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

4.1　中和池
　　硫酸與堿性澄清水在中和池中的反應(yīng)時(shí)間理論上需30～60 s，設(shè)計(jì)取120s，以此計(jì)算得出最低水位時(shí)中和池的有效容積為20 m³。為保證硫酸與堿性澄清水能充分混合，在中和池內(nèi)設(shè)置了迷宮型導(dǎo)流墻。
　　中和池分設(shè)三根不同標(biāo)高的進(jìn)水管，其管中標(biāo)高分別為黃海高程16.10 m、17.00 m和17.90m，其目的：
　?、?在使灰水及時(shí)排放的同時(shí)，盡可能取上清液。
　?、?當(dāng)灰場(chǎng)中灰渣不斷沉積，灰場(chǎng)底標(biāo)高不斷抬高，以至于淹沒(méi)低標(biāo)高進(jìn)水管時(shí)，其高標(biāo)高進(jìn)水管能繼續(xù)工作。
4.2　管道設(shè)備防腐
　　鑒于93％～98％的濃硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕性很小，而高速流動(dòng)的硫酸對(duì)碳鋼表面的保護(hù)膜有破壞作用這些特性，酸貯罐利用原有的碳鋼罐進(jìn)行改造，從而節(jié)省工程投資；計(jì)量泵和閥門均選用了帶聚四氟乙烯襯里的產(chǎn)品。
　　加酸管道考慮到空管時(shí)會(huì)有空氣進(jìn)入，附著在管內(nèi)壁上的薄層濃硫酸會(huì)迅速吸收空氣中的水分而變稀，腐蝕將會(huì)變得很嚴(yán)重，所以選用內(nèi)襯聚四氟乙烯的鋼塑管。

5　經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1　費(fèi)用
5.1.1　運(yùn)行費(fèi)用
　　硫酸費(fèi)用：年加酸量＝0.0252×24×365 ＝221 t
　　年費(fèi)用＝221×400元／t＝8.84 萬(wàn)元
　　年運(yùn)行電費(fèi)：16×24×365×0.43＝6.02萬(wàn)元
　　年人員工資及其它：8萬(wàn)元
　　年總運(yùn)行費(fèi)用：8.84＋6.02＋8＝22.86萬(wàn)元
5.1.2　折舊及維修費(fèi)用
　　工程總投資212萬(wàn)元，年折舊及維修率按7.2％計(jì)算，則該項(xiàng)費(fèi)用為：212×7.2％＝15.26萬(wàn)元。
5.1.3　排污費(fèi)
　　按現(xiàn)行排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)0.04元／m³，則年排污費(fèi)為：
　　600×24×365×0.04＝21.03萬(wàn)元
5.1.4　免交環(huán)保超標(biāo)費(fèi)
　　按現(xiàn)狀，每年可節(jié)省應(yīng)上繳環(huán)保部門的超標(biāo)排污費(fèi)98萬(wàn)元(不考慮年遞增5％)。
5.2　經(jīng)濟(jì)效益
　　每年可節(jié)省資金為：
　　98－22.86－15.26－21.03＝38.85萬(wàn)元

6　結(jié)論

　　通過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行實(shí)踐證明，熱電廠灰水治理方案是經(jīng)濟(jì)合理的。利用建立的數(shù)學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)投加濃硫酸，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了管理水平，使出水水質(zhì)在排放標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)穩(wěn)定排放。

參考文獻(xiàn)
?　[1]?GB 8978－96?污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

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作者簡(jiǎn)介：
　　楊慧萍?(1963－　)，女，工程師，學(xué)士。