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城市给水处理厂及泵站能耗分析与应用研究

王圃  
【摘要】:城市给水处理厂是城市供水系统的核心部分,是关系到城市生存和发展重要的基础设施。在这个系统的运行过程中,能量消耗大是它重要的特征,如何找出该系统中哪些能耗是有效的,哪些是不可避免的,从而有针对性的提出节能方法,指导工程实践,这对于水厂节能工作的开展具有重要的意义。 本研究以热力学分析为基础,结合水厂各处理单元的工作机理,首次建立了各处理单元以及整个水厂的能量平衡分析模型,提出了能效评价的方法,并结合工程实例,对取水泵站、水处理单元、送水泵站整个系统进行了能耗分析与应用研究。主要工作和结论如下: (1) 本文列举了四座典型城市给水处理厂的能耗状况,并用图表对各处理单元的实际能耗进行了分析;对各处理单元中不同构筑物的能耗进行了比较,从节能的角度推荐了值得采用的构筑物型式;对常用节能措施的节能效果进行了分析。 (2) 结合絮凝过程的微涡旋理论,首次提出了絮凝池(火用)分析模型,根据此模型可对絮凝池能量的输入情况进行分析和评价。本文首次提出的絮凝池(火用)效率计算公式,可作为衡量絮凝池能耗的指标。(火用)效率越高,则能量的利用率越高。(火用)效率计算公式: (火用)效率η_e=E_(有效)/E_(输入)=(G_(有效)/G_(输入))~2 (3) 通过对滤池过滤过程的分析研究,提出了过滤过程的(火用)分析模型,并在此基础上进行了滤池过滤的优化研究;对反冲洗过程,也提出了(火用)分析模型,通过反冲洗数学模型,提出了最优的气冲强度和水冲强度,并结合实例对气水反冲洗滤池和单纯水冲洗滤池进行了冲洗能耗的对比分析。 (4) 通过分析取水泵站的特点,提出了能量分析模型,并用该模型对涪陵第二水厂的取水泵站在改造前、泵组切削叶轮后和变频调速改造后分别进行了能耗计算和分析,从而为老取水泵站的节能改造和新建取水泵站的优化设计提供了方法。 (5) 在对送水泵站能耗的分析中,提出了送水泵站的能量分析模型,分析了模型中各参数和各种效率之间的关系,提出了大、小泵搭配的改进选泵方法。对送水泵站中采用变频调速的几个关键技术问题进行了分析,并结合实例对送水泵站节能改造前后的能耗情况进行了分析比较,从而为老送水泵站的节能改造和新建送水泵站的优化设计提供了方法。 (6) 根据国内部分已建给水处理厂的典型排泥水处理工艺和国外水厂的一些运行数据,分析了水厂排泥水处理的能耗,首次提出了水厂排泥水回用每天节约电耗的计算公式和排泥水回用的经济效益公式。 重庆大学博士学位论文 (7)对整个水厂首次建立了烟平衡分析的灰箱模型,用此模型可以确定各处 理单元及整体的烟损失及其分布,找出能量损失的原因,为老水厂的节能改造 和新建水厂的优化设计提供方法。在整个水厂进行能耗分析的过程中,应用全 局优化的观点建模,并进行了遂宁市第二水厂节能改造的实例研究,该水厂一年 多的运行结果表明,水厂节能改造后比改造前节省电耗约200/0,节能效果明显。 关键词:城市给水处理厂,泵站,能量分析模型,烟效率,能耗,节能技术。


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