楊惠萍
安慶石化設(shè)計院，安慶　246003

　　摘要：熱電廠灰水需經(jīng)中和處理后才能排放。通過對熱電廠沖灰水加酸中和處理方案的研究，確定了在灰場排放口建中和池投加98％H₂SO₄的工藝流程。利用小試測得的投酸量與出水pH值的關(guān)系數(shù)據(jù)，通過線性回歸分析，建立了堿性灰水自動投加98％H₂SO₄的數(shù)學(xué)模式，實現(xiàn)了工業(yè)控制器現(xiàn)場自動投加，從而確保出水pH值降到8.4左右，使之在排放標準內(nèi)穩(wěn)定排放，實現(xiàn)良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
　　關(guān)鍵詞：沖灰水；加酸中和；數(shù)學(xué)模式；自動加酸
　　中圖分類號：X773
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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，通過灰管排至灰場：市郊皖河入江口處，距熱電廠5.5 km，灰水在灰場沉淀后，澄清灰水經(jīng)皖河排入長江。

1　問題的提出

　　沖灰水ｐＨ值一般在11左右，超過pH值6～9的排放標準[1]。熱電廠原采用的辦法是在廠內(nèi)投加鹽酸，中和達標后再經(jīng)灰場排放，但環(huán)保部門檢測結(jié)果表明，排放口灰水pH值仍超出排放標準，因而被安徽省列為1999年度100家環(huán)保治理項目，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、加酸藥劑，以便獲得更好的處理效果和最佳經(jīng)濟效益。
2.1　加酸地點的選擇
　　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)，會使pH值再次回升。因此，我們選擇加酸地點在灰場排放口處，在灰場排放口加酸有兩個優(yōu)點：
　?、?沖灰水在灰場經(jīng)過混合和自然沉淀后，澄清灰水pH值較穩(wěn)定，易于治理；
　?、?灰水在灰場通過自然曝氣作用，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)濟方面考慮。硫酸、鹽酸或其它強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)鹽酸進行比較。根據(jù)現(xiàn)場灰水取樣測定，灰水酚酞堿度降低0.7 mmol／L時，pH＝8.4，此時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用如下：
　　31％HCL：費用＝98.9×900×10^-6＝0.089元
　　(市場價900元／t)?
　　98％H₂SO₄：費用＝42×400×10^-6＝0.017元
　　(市場價400元／t)?
　　從上述結(jié)果可以看出，中和到同一pH點時，鹽酸運輸量是硫酸的2.35倍，費用是硫酸5.24倍。因此，選用98％的濃硫酸作中和藥劑。
2.3　工藝流程
　　利用運酸槽車定期裝運工業(yè)硫酸，通過高位卸酸平臺卸入酸罐貯存；計量泵根據(jù)控制器輸出的信號，自動投酸到中和池進水管中，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　自動加酸控制

　　根據(jù)石化企業(yè)總體布局要求，為減小勞動強度同時確保排放水達標，自動投加硫酸尤為重要。由于沒有定型的自動加酸模式，我們根據(jù)灰水中和的小試數(shù)據(jù)確定了自動加酸數(shù)學(xué)模式，從而實現(xiàn)了灰水處理的自動化。
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。

　　利用最小二乘法對圖1進行線性回歸分析計算：

　　

　　故上述線性關(guān)系曲線可表示為：
　　G=136.2-13.1pH　　　　　　　(1)
　　當設(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時測定所得，且將G與pH關(guān)系簡化成了線性關(guān)系，故必須進行二次修正。
3.2　反饋修正
　　我們確定排放水的pH值控制指標為8.4，反饋修正就是利用測得的出水pH值與中和池出口pH值的控制指標8.4進行比較，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pH值每增加或減少0.1時，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，△G可用線性方程表示為：
　　△G＝13.1(pH－8.4)?　　　　　　　?(2)?
　　pH—實測的出水ｐＨ值；
　　△G—出水ｐＨ值未達到8.4時投酸量的修正值,kg/h。
3.3　流量修正
　　當灰水流量變化(不考慮灰水水質(zhì)變化)時，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—實測流量，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)，通過該控制器實時跟蹤灰水pH值和流量，計算需要的投酸量，輸出與投酸量成正比的直流信號給變頻器，由變頻器對計量泵進行調(diào)速，從而達到自動控制加酸的目的。具體分為以下幾種運行狀況。
3.4.1　初始運行時，需要確定初始投酸量后才能轉(zhuǎn)入正常運行。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　正常運行后，測得的出水流量和pH值即可反饋到控制器，控制器按公式(2)、(3)計算得實際投酸量G₀，然后控制器根據(jù)G₀值適當調(diào)整輸出信號，調(diào)整計量泵轉(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，達到排放合格的目的。
3.4.3　中和池進水pH≤8.4時，控制器通過比較計算后，將給計量泵發(fā)出停泵信號，停止加酸，此時控制器處于監(jiān)測狀態(tài)。
3.4.4　當中和池進水pH＞8.4時，控制器立即進入本文中3.4.1節(jié)所述的狀態(tài)。

4　設(shè)計簡介

4.1　中和池
　　硫酸與堿性澄清水在中和池中的反應(yīng)時間理論上需30～60 s，設(shè)計取120s，以此計算得出最低水位時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)三根不同標高的進水管，其管中標高分別為黃海高程16.10 m、17.00 m和17.90m，其目的：
　?、?在使灰水及時排放的同時，盡可能取上清液。
　?、?當灰場中灰渣不斷沉積，灰場底標高不斷抬高，以至于淹沒低標高進水管時，其高標高進水管能繼續(xù)工作。
4.2　管道設(shè)備防腐
　　鑒于93％～98％的濃硫酸對碳鋼的腐蝕性很小，而高速流動的硫酸對碳鋼表面的保護膜有破壞作用這些特性，酸貯罐利用原有的碳鋼罐進行改造，從而節(jié)省工程投資；計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會有空氣進入，附著在管內(nèi)壁上的薄層濃硫酸會迅速吸收空氣中的水分而變稀，腐蝕將會變得很嚴重，所以選用內(nèi)襯聚四氟乙烯的鋼塑管。

5　經(jīng)濟效益分析

5.1　費用
5.1.1　運行費用
　　硫酸費用：年加酸量＝0.0252×24×365 ＝221 t
　　年費用＝221×400元／t＝8.84 萬元
　　年運行電費：16×24×365×0.43＝6.02萬元
　　年人員工資及其它：8萬元
　　年總運行費用：8.84＋6.02＋8＝22.86萬元
5.1.2　折舊及維修費用
　　工程總投資212萬元，年折舊及維修率按7.2％計算，則該項費用為：212×7.2％＝15.26萬元。
5.1.3　排污費
　　按現(xiàn)行排污收費標準0.04元／m³，則年排污費為：
　　600×24×365×0.04＝21.03萬元
5.1.4　免交環(huán)保超標費
　　按現(xiàn)狀，每年可節(jié)省應(yīng)上繳環(huán)保部門的超標排污費98萬元(不考慮年遞增5％)。
5.2　經(jīng)濟效益
　　每年可節(jié)省資金為：
　　98－22.86－15.26－21.03＝38.85萬元

6　結(jié)論

　　通過幾個月的運行實踐證明，熱電廠灰水治理方案是經(jīng)濟合理的。利用建立的數(shù)學(xué)模式，實現(xiàn)了自動投加濃硫酸，降低了勞動強度，提高了管理水平，使出水水質(zhì)在排放標準范圍內(nèi)穩(wěn)定排放。

參考文獻
?　[1]?GB 8978－96?污水綜合排放標準[S].

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作者簡介：
　　楊慧萍?(1963－　)，女，工程師，學(xué)士。