CN104208928B - 一种脉冲反洗深床过滤装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种脉冲反洗深床过滤装置及方法，属于自动控制技术领域。深床过滤器在一套装置中可以有1台、2台……n台；深床过滤器包括壳体，设置在壳体下部的集水机构及其接管，设置在壳体上部的布水机构及其接管，设置在壳体下部的滤料垫层，设置在壳体中部的滤料，设置在壳体上部的滤料高度检测装置；反洗泵为离心泵，所配电机可以变频调节转速；流量检测装置安装于反洗泵出口主干反洗管线上；控制柜具有PLC控制器，具有调节反洗泵转速的变频器；流量检测装置和设置在壳体上部的滤料高度检测装置均有检测信号输出端与PLC的信号采集端相连。本发明的效果是产生流量波动的反洗水对滤层进行高效、节水的清洗。

Description

一种脉冲反洗深床过滤装置及方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲反洗深床过滤装置及方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

深床过滤装置广泛应用于石油开采、冶金、电力、自来水等行业。其滤料广泛使用石英砂、金刚砂、石榴石、磁铁矿、海绿石、无烟煤、陶粒等硬质颗粒滤料或者软质纤维球滤料等。深床过滤与表面过滤相比具有截污量大、过滤周期长、抗冲击、操作维护简单等优点。但实际使用过程中由于工况、人为因素等的影响，造成过滤器反洗不彻底引起滤料板结、滤料流失等现象，使过滤器失去截污能力，造成出水水质变差、频繁更换滤料。随着过滤器的自动化，人参与过滤器流程越来越少，人对过滤器的感知也越来越少，失去了对过滤器调节的经验，其工况改变以后，反洗流量等参数未变的情况下，滤料得不到充分的反洗，日积月累造成滤料板结、滤料流失等过滤器失效的结果。

深床过滤装置的滤料密度均大于过滤液体，在过滤装置中靠与过滤液体的密度差沉积在装置下部，形成过滤床。过滤时，过滤液体由过滤装置上部进入，由上而下经过滤床，靠堆积滤料间的缝隙拦截，靠滤料表面进行吸附，达到对滤液进行净化的目的。反洗时，反洗水从过滤装置下部进入，经过布水装置分散，向上经过滤床，当滤料颗粒周围反洗水流速大于滤料的沉降速度时，滤料上浮，整个床层出现膨胀现象。上浮的滤料在向上的过程中，滤料数量密度减小，反洗水所占的截面积变大，流速下降，当低于滤料的沉降速度时，滤料下降，由于过滤装置中反洗水不是层流的状态，所以滤料也就在湍流的反洗水中上下运动、相互碰撞、相互摩擦，达到使粘附的杂质脱附，使滤料再生的目的。当滤料污染严重，结成了大团时，原来的反洗水量就不足以使整个床层膨胀，必须增大反洗水量才能使大团破碎、使滤层膨胀、使滤料碰撞、摩擦。现有的过滤装置其反洗流量控制方式有手动控制或流量计与调节阀配合控制等，均为恒定流量的反洗，即在整个反洗过程中，反洗水流量不发生变化。在流量不变的情况下，滤床层膨胀量处于该流量的最大状态，床层滤料间的密实度处于该流量的最小状态，流体对颗粒的冲刷力处于最小状态，清洗效率低。如果加大反洗水量，流体对颗粒的冲刷力增大后，随着滤床膨胀量的增加，冲刷力会随之降低，清洗效率仍然回到较低状态。并且随着滤床膨胀量的增加，滤料会到达过滤器反洗出水口，造成滤料漏失或者堵塞出口，彻底失去反洗的效果。如果出现滤料污染，开始结团板结后，该反洗流量将不足以使板结滤料破碎，反洗水会从阻力最小的板结块间的漏缝中穿过，往后污染会更加严重，板结的程度会扩大，板结强度会更大，逐步恶化，最终达到不得不整体更换滤料的程度。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种脉冲反洗深床过滤装置及方法。

本发明的目的在于提供一种脉冲反洗深床过滤装置。针对以往过滤装置反洗水量恒定，反洗效率低，不能达到反洗效果的问题，本发明通过提供脉冲反洗水，使瞬时的最大反洗流量增大，滤料颗粒间碰撞摩擦剧烈，增大反洗强度，大流量持续时间短，不会使滤床膨胀到很高。大流量的反洗水冲刷强度大，反洗强度高，对整个床层有冲击松动的效应，对结团滤料破碎性强。以达到充分清洗滤料、避免滤料流失、节省反洗水量、减轻人员工作强度、增加滤料使用寿命、适应工况条件变化的优点。

本发明提供的一种脉冲反洗深床过滤装置，由具备变频调节的反洗泵、具有变频器和PLC控制器的控制柜、反洗泵后的流量检测装置、深床过滤器、过滤器内部安装的滤料高度检测装置、具有自动控制脉冲反洗和处理滤料高度信号和反洗流量的控制程序等组成；

深床过滤器在一套装置中可以有1台、2台……n台；

深床过滤器包括壳体，设置在壳体下部的集水机构及其接管，设置在壳体上部的布水机构及其接管，设置在壳体下部的滤料垫层，设置在壳体中部的滤料，设置在壳体上部的滤料高度检测装置；

反洗泵为离心泵，所配电机可以变频调节转速；

流量检测装置安装于反洗泵出口主干反洗管线上；

控制柜具有PLC控制器，具有调节反洗泵转速的变频器；

流量检测装置和设置在壳体上部的滤料高度检测装置均有检测信号输出端与PLC的信号采集端相连。

一种脉冲反洗深床过滤方法，含有以下步骤：

过滤器反洗时，由PLC控制器的自动控制程序输出信号给反洗泵的变频器，调整变频器的输出频率，控制反洗泵转速；反洗泵为离心泵，其不同的转速使其输出量和输出压力不同，这种不断波动的反洗水进入过滤器后，对滤料层产生波动的冲击；在滤料层膨胀高度一定的情况下，达到高效、节水反洗的目的；

反洗的一个脉冲周期的第一阶段步骤，程序发出指令使反洗泵变频器频率加快，提高反洗泵流量和出口压力，达到设定的最大流量；

第二阶段步骤，PLC根据流量传感器的返回信号调整变频器输出频率，以保持流量在最大反洗流量范围一定时间。该阶段过滤器内部安装的滤料高度检测装置不断传回滤料层的实时高度信号，达到警戒高度时也会立即使程序进入第三阶段，但如果达到限定时间滤料层膨胀仍然不能达到限定高度，则报警提示操作人员检查过滤器，如果是滤料污染严重则增大反洗流量上限设置；

第三阶段步骤，变频器频率变小，达到设定的最低反洗流量；

第四阶段步骤，PLC根据流量传感器的返回信号调整变频器输出频率，以保持反洗流量在最小反洗流量范围一定时间；

完成一个脉冲周期，随即进入另一个脉冲周期，周而复始，达到设定的反洗时间即结束。

本发明的效果是产生流量波动的反洗水对滤层进行高效、节水的清洗。在脉冲周期第一阶段随着反洗泵的频率增高，反洗水量逐渐增大，使滤床逐渐膨胀松动，滤料间的孔隙增大。该阶段变频器也缓解了泵启动所需大电流对电网的瞬时冲击。当反洗水量达到最大时，进入脉冲周期的第二阶段，流量保持最大范围一定时间。因为流量增大后，滤层膨胀到稳定状态有一个响应过程，最终达到沸腾状的流态化状态。而流量刚达到最大时滤料层还处于膨胀的过程中，没有处于膨胀的最大状态，滤料间孔隙不是最大，滤料处于比较密实的状态，与水流的冲刷比较大，互相碰撞的机会比较多，滤料所粘附的滤出物容易脱附，反洗效率高。随着滤料层的膨胀程度继续增大，滤料密实程度随之降低，滤料间碰撞机会变小，与水流的冲刷力变小，反洗效率也降低。为了摆脱这种低效工作，程序进入脉冲周期的第三阶段，控制反洗水量逐渐减小，此时滤料层的膨胀高度逐渐回落。脉冲周期的第四阶段，系统维持较小的反洗流量，同第二阶段的滤层膨胀一样，滤料回落也有一个响应时间，需要有个时间过程使膨胀的滤料层继续回落。此时由于反洗水量小，对滤料的冲刷力小，反洗效率低，但持续的水流能将前期流量较大时脱附的滤出物带离滤料层，达到滤料清洗的效果，使滤料层回落到稳定状态。这样就完成了一个脉冲周期，再进行下一个脉冲周期，如此循环，达到高效反洗、节水的目的。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的装置流程图。

图2为本发明的深床过滤器结构简图。

图3为脉冲反洗深床过滤器和传统深床过滤器反洗流量示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3所示，

本发明为一套具有全自动控制的脉冲反洗深床过滤装置。整套装置由具备变频调节的反洗泵4、具有变频器和PLC控制器的控制柜2、反洗水流量检测装置3、深床过滤器1、滤料高度检测装置6、具有自动控制脉冲反洗和处理滤料高度信号和反洗流量的控制程序等组成。

深床过滤器1在一套装置中可以有1台、2台……n台。深床过滤器1由壳体7，设置在壳体下部的集水机构10及其接管，设置在壳体上部的布水机构5及其接管，设置在壳体下部的滤料垫层9，设置在壳体中部的滤料8，设置在壳体上部的滤料高度检测装置6等组成。反洗泵4为离心泵，所配电机可以变频调节转速，整套装置可以有1台或2台反洗泵，可以同时工作也可以一用一备。流量检测装置3安装于反洗泵出口主干反洗管线上，可以检测每一台过滤器的反洗流量。控制柜2具有PLC控制器，具有调节反洗泵转速的变频器等，其PLC预先编制控制程序，其触摸屏可以显示各过滤器的运行状态、反洗水瞬时流量、反洗进行时间、滤料高度等参数，也可以调节反洗水量、反洗时间、反洗周期等参数。

过滤器需要反洗时，程序首先切换流程，关闭过滤进水阀和过滤出水阀，打开反洗进水阀和反洗出水阀。随之程序进入反洗程序的一个脉冲周期的第一阶段，程序发出指令启动反洗泵后，使反洗泵变频器频率加快，提高反洗泵流量和出口压力，达到设定的最大流量。随着反洗水量逐渐增大，滤床逐渐膨胀松动，滤料间的孔隙增大，反洗效果逐渐增强。该阶段变频器也缓解了反洗泵启动所需大电流对电网的瞬时冲击。第二阶段PLC根据流量传感器的返回信号调整变频器输出频率，以保持流量在最大反洗流量范围一定时间。反洗流量增大后滤料层膨胀到稳定状态有一个响应过程，最终达到沸腾状的流态化状态。而流量刚达到最大时滤料层还处于膨胀的过程中，没有处于膨胀的最大状态，滤料间孔隙不是最大，滤料处于比较密实的状态，与水流的冲刷比较大，互相碰撞的机会比较多，滤料所粘附的滤出物容易脱附，反洗效率高。随着滤料层的膨胀程度继续增大，滤料密实程度随之降低，滤料间碰撞机会变小，与水流的冲刷力变小，反洗效率也降低。为了摆脱这种低效工作，程序进入脉冲周期的第三阶段。该阶段过滤器内部安装的滤料高度检测装置不断传回滤料层的实时高度信号，达到警戒高度时也会立即使程序进入第三阶段。第三阶段变频器频率变小，达到设定的最低反洗流量，此过程滤料层的膨胀高度逐渐回落。第四阶段PLC根据流量传感器的返回信号调整变频器输出频率，以保持反洗流量在最小反洗流量范围一定时间。同第二阶段的滤层膨胀一样，滤料回落也有一个响应时间，需要有个时间过程使膨胀的滤料层继续回落。此时由于反洗水量小，对滤料的冲刷力小，反洗效率低，但持续的水流能将前期流量较大时脱附的滤出物带离滤料层，达到滤料清洗的效果，使滤料层回落到稳定状态。这样就完成了一个脉冲周期，随即进入另一个脉冲周期，如此循环，达到高效反洗、节水的目的，达到设定的反洗时间即结束。

实施例2：如图1、图2所示，一种脉冲反洗深床过滤装置，包括深床过滤器、反洗泵和流量检测装置，深床过滤器有壳体，在壳体下部设置集水机构及其接管，在壳体上部设置布水机构及其接管，在壳体下部设置滤料垫层，在壳体中部设置滤料，在壳体上部设置滤料高度检测装置；反洗泵为离心泵，反洗泵连接深床过滤器；流量检测装置安装于反洗泵出口主干反洗管线上。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种脉冲反洗深床过滤方法，其特征在于含有以下步骤：

过滤器反洗时，由PLC控制器的自动控制程序输出信号给反洗泵的变频器，调整变频器的输出频率，控制反洗泵转速；反洗泵为离心泵，其不同的转速使其输出量和输出压力不同，这种不断波动的反洗水进入过滤器后，对滤料层产生波动的冲击；在滤料层膨胀高度一定的情况下，达到高效、节水反洗的目的；

反洗的一个脉冲周期的第一阶段步骤，程序发出指令使反洗泵变频器频率加快，提高反洗泵流量和出口压力，达到设定的最大流量；

第二阶段步骤，PLC根据流量传感器的返回信号调整变频器输出频率，以保持流量在最大反洗流量范围一定时间；该阶段过滤器内部安装的滤料高度检测装置不断传回滤料层的实时高度信号，达到警戒高度时也会立即使程序进入第三阶段，但如果达到限定时间滤料层膨胀仍然不能达到限定高度，则报警提示操作人员检查过滤器，如果是滤料污染严重则增大反洗流量上限设置；

第三阶段步骤，变频器频率变小，达到设定的最低反洗流量；

第四阶段步骤，PLC根据流量传感器的返回信号调整变频器输出频率，以保持反洗流量在最小反洗流量范围一定时间；

完成一个脉冲周期，随即进入另一个脉冲周期，周而复始，达到设定的反洗时间即结束。

2.一种脉冲反洗深床过滤装置，其特征在于由具备变频调节的反洗泵、具有变频器和PLC控制器的控制柜、反洗泵后的流量检测装置、深床过滤器、过滤器内部安装的滤料高度检测装置、具有自动控制脉冲反洗和处理滤料高度信号和反洗流量的控制程序组成；

深床过滤器在一套装置中可以有1台、2台……n台；

深床过滤器包括壳体，设置在壳体下部的集水机构及其接管，设置在壳体上部的布水机构及其接管，设置在壳体下部的滤料垫层，设置在壳体中部的滤料，设置在壳体上部的滤料高度检测装置；

反洗泵为离心泵，所配电机可以变频调节转速；

流量检测装置安装于反洗泵出口主干反洗管线上；

控制柜具有PLC控制器，具有调节反洗泵转速的变频器；

流量检测装置和设置在壳体上部的滤料高度检测装置均有检测信号输出端与PLC的信号采集端相连。