CN212356663U - 用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统，包括电渗析反应器、检测器、中控系统和反馈器；检测器包括浓水pH计、浓水电导率计、浓水硫酸根离子测定计、浓水温度计、浓水箱液位计、淡水pH计、淡水电导率计、淡水氯离子测定计、淡水温度计和淡水箱液位计；反馈器包括浓水泵、淡水泵、极水泵、清洗泵以及各阀门；中控系统包括PC控制器；淡水箱出口依次通过阀门2和淡水泵连接至电渗析反应器的淡水通道入口，电渗析反应器的淡水通道出口通过阀门3连接至淡水箱入口。本实用新型的有益效果是：利用同一套电渗析设备，可以实现三种模式下的脱硫废水浓缩处理，能够应对不同来水水质、不同设备规模、不同处理需求，具有较强的适用性。

Description

用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统

技术领域

本实用新型属于环保水处理技术领域，具体涉及一种用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统。

背景技术

电渗析系统在化工冶金、轻工、造纸、医药工业等行业有着不同规模的应用和特点。在燃煤电厂脱硫废水零排放工艺路线中，电渗析技术也是其中的核心环节之一，旨在通过配置选择性分离膜的电渗析系统将脱硫废水中的氯离子、重金属离子等富集杂质分离，将硫酸根离子、钙离子和大部分水回用至原脱硫系统。脱硫废水经由电渗析系统处理后，将分为浓水和淡水。其中浓水体积较少，主要包含高浓度的氯离子和钠离子、钙离子、镁离子等阳离子；淡水体积较大，主要包含硫酸根离子和钠离子、钙离子、镁离子等阳离子。

从脱硫废水处理整体工艺考虑，要求电渗析系统能够以不同的模式处理脱硫废水，以实现淡水和浓水不同方式的回用。电渗析系统按照运行模式主要可分为连续式、间歇式和溢流式。连续式即料液只经过电渗析膜堆一次即排出，通常处理水量大，但离子迁移能力有限；间歇式即料液在电渗析系统内不断循环，达到浓缩效果后从循环水箱排出，再补充新的料液；溢流式也是料液在电渗析内不断循环，循环水箱内新料液持续补充的同时也有一部分料液通过溢流的方式排出，以此保持总循环水量不变。三种处理模式各有特点，能够在同一套设备中实现，在实际应用中应根据实际情况选择最适电渗析处理模式。

电渗析系统以某一种模式连续处理脱硫废水过程中，由于存在脱硫废水水质波动、电渗析设备状态不稳定等问题，会导致淡水(产品水)水质波动从而影响后续淡水的回用，也可能会导致浓水离子浓度过高从而影响离子迁移效率。现有电渗析系统运行过程中多依赖手动调节，以保证运行模式和出水水质达到预期效果。系统调节所参照的运行参数主要包括：循环流量、pH、温度、硫酸根离子浓度、氯离子浓度、电导率、泵频率、泵前后压差、电压、电流、出水流量、电流效率等。这些运行参数互相关联、互相影响，对电渗析系统的正常稳定运行和确保出水水质合格起着至关重要的作用。以经验法手动调节电渗析系统存在操作复杂、反馈较慢、容易出错的特点，不仅对操作人员要求较高，还需保持系统连续运行时始终有人值守。

基于以上原因，有必要开发一种新型电渗析智能控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有用于脱硫废水浓缩的电渗析设备操作复杂、控制自动化程度低的问题，提供一种用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统，能够实现三种处理模式的自动连续运行，确保产品水水质达到设定要求，并将运行过程中的人为干预减少至最低。

这种用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统，包括电渗析反应器、检测器、中控系统和反馈器；检测器包括浓水pH计、浓水电导率计、浓水硫酸根离子测定计、浓水温度计、浓水箱液位计、淡水pH计、淡水电导率计、淡水氯离子测定计、淡水温度计和淡水箱液位计；反馈器包括浓水泵、淡水泵、极水泵、清洗泵以及各阀门；中控系统包括PC控制器；淡水箱出口依次通过阀门2和淡水泵连接至电渗析反应器的淡水通道入口，电渗析反应器的淡水通道出口通过阀门3连接至淡水箱入口；淡水箱设有底阀和淡水溢流口；初始淡水进口依次通过阀门1和淡水泵连接至电渗析反应器的淡水通道入口；电渗析反应器的淡水通道出口与阀门3之间的支路上通过阀门4连接至淡水出口；浓水箱出口依次通过阀门6和浓水泵连接至电渗析反应器的浓水通道入口，电渗析反应器的浓水通道出口通过阀门7连接至浓水箱入口；浓水箱设有底阀和浓水溢流口；初始浓水进口依次通过阀门5和浓水泵连接至电渗析反应器的浓水通道入口；电渗析反应器的浓水通道出口与阀门7之间的支路上通过阀门8连接至浓水出口；极水箱出口通过极水泵连接至电渗析反应器的极水通道入口，电渗析反应器的极水通道出口连接至极水箱入口。

作为优选：清洗水箱出口通过清洗泵连接至电渗析反应器的清洗通道入口，电渗析反应器的清洗通道出口连接至清洗水箱入口。

作为优选：淡水泵和浓水泵均为变频泵。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用同一套电渗析设备，可以实现三种模式下的脱硫废水浓缩处理，能够应对不同来水水质、不同设备规模、不同处理需求，具有较强的适用性。

2、本实用新型可大幅减少运行人员的工作量，节约了人工成本，降低了出错率。

附图说明

图1为用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

所述用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统，通过运行预设程序即可实现三种电渗析模式的切换运行，以此保证产品水水质、提高运行效率、提升系统安全性、减小误操作发生，使脱硫废水浓缩的电渗析工艺更加成熟可靠。

所述用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统包括检测器、中控系统和反馈器。系统内检测器测得的运行数据首先传送至中控系统，中控系统根据预设的逻辑判定并发出调节信号，接收到调节信号的反馈器对系统内电控组件进行反馈调整。其中，检测器包括浓水pH计、浓水电导率计、浓水硫酸根离子测定计、浓水温度计、浓水箱液位计、淡水pH计、淡水电导率计、淡水氯离子测定计、淡水温度计、淡水箱液位计等在线表计；反馈器包括电极系统、浓水泵、淡水泵、极水泵、清洗泵以及各电动阀；中控系统是一个预设程序的PC控制器。涉及到智能控制的系统关键组成部件见图1，图中阀门1-8均为电动阀，淡水泵和浓水泵均为变频泵，接受中控系统的远程控制。

淡水箱出口依次通过阀门2和淡水泵连接至电渗析反应器的淡水通道入口，电渗析反应器的淡水通道出口通过阀门3连接至淡水箱入口；淡水箱设有底阀和淡水溢流口；初始淡水进口依次通过阀门1和淡水泵连接至电渗析反应器的淡水通道入口；电渗析反应器的淡水通道出口与阀门3之间的支路上通过阀门4连接至淡水出口。浓水箱出口依次通过阀门6和浓水泵连接至电渗析反应器的浓水通道入口，电渗析反应器的浓水通道出口通过阀门7连接至浓水箱入口；浓水箱设有底阀和浓水溢流口；初始浓水进口依次通过阀门5和浓水泵连接至电渗析反应器的浓水通道入口；电渗析反应器的浓水通道出口与阀门7之间的支路上通过阀门8连接至浓水出口。极水箱出口通过极水泵连接至电渗析反应器的极水通道入口，电渗析反应器的极水通道出口连接至极水箱入口；清洗水箱出口通过清洗泵连接至电渗析反应器的清洗通道入口，电渗析反应器的清洗通道出口连接至清洗水箱入口。

所有在线表计均根据实际情况设置高值警报和低值警报，出现异常情况时中控系统能够提示运行人员进行人工干预。

中控系统设有连续式、间歇式和溢流式三种自动运行程序。

当运行人员执行连续式运行程序时，将关闭阀门2、阀门3、阀门8，开启阀门1、阀门4、阀门5、阀门6和阀门7。同时开启淡水泵、浓水泵和极水泵，中控系统将自动调整三路水的进水压力至设定值(例如0.06MPa)的±2％。稳定运行300s后，对电渗析系统的电极施加电压，至设定电压(例如60V)。稳定运行60s后，中控系统将根据淡水出口实际氯离子浓度与预设值(例如2000mg/L)进行比较，并反馈调节电压大小。若淡水出口实际氯离子浓度超过110％预设值，则逐步增大电极电压，直至实际值接近设定值或电压已达额定电压，以最大程度地保证淡水出水品质(氯离子浓度足够低)。若淡水出口实际氯离子浓度低于90％预设值，则逐步减小电极电压，直至实际值接近设定值，以保证系统电耗最低。每次电压调节后，都维持60s连续运行并保持工况不变，每次电压调节幅度根据差值大小由中控系统自动调整。该模式中阀门的切换、泵的启停、极板电压的施加全部根据预设值自动进行，仅在中控系统发出异常警报时才需要运行人员干预。

当运行人员执行间歇式运行程序时，首先对淡水箱和浓水箱进行自动加料，当水箱料液达到预设值时(例如水箱液位的90％)，自动关闭加料阀。关闭阀门1、阀门4、阀门5、阀门8，开启阀门2、阀门3、阀门6、阀门7。同时开启淡水泵、浓水泵和极水泵，中控系统将自动调整三路水的进水压力至设定值(例如0.06MPa)的±2％。稳定运行300s后，对电渗析系统的电极施加电压，至预设电压(例如60V)。连续运行过程中，中控系统实时监测浓水箱和淡水箱内的水质情况，当淡水箱氯离子浓度小于90％的设定值(例如1000mg/L)或浓水箱电导率超过110％设定值(例如80mS/cm)时，系统自动同时关闭淡水泵、浓水泵和极水泵。待料液循环完全停止后，系统自动打开淡水箱底阀或浓水箱底阀，排空水质超标水箱内的对应料液，并通过切换阀门自动补充新的料液，开启新一轮循环处理。该模式中阀门的切换、泵的启停、极板电压的施加全部根据预设值自动进行，仅在中控系统发出异常警报时才需要运行人员干预。

当运行人员执行溢流式运行程序时，首先对淡水箱和浓水箱进行自动加料。当浓水箱和淡水箱顶部开始溢流时，关闭阀门4和阀门8，开启阀门1、阀门2、阀门3、阀门5、阀门6、阀门7。同时开启淡水泵、浓水泵和极水泵，中控系统将自动调整阀门1和阀门5的开度，保持淡水和浓水的补水水量至预设值(例如1t/h和0.3t/h)。稳定运行300s后，对电渗析系统的电极施加电压至预设值(例如40V)。连续运行过程中，中控系统将根据检测器信号对运行进行自动调整。当检测到淡水箱内(或淡水箱溢流口处)的淡水氯离子浓度高于110％设定值(例如1500mg/L)时，将自动减小阀门1的开度，减小淡水补充水的流量，以保证淡水中氯离子浓度足够低。当检测到淡水箱内(或淡水箱溢流口处)的淡水氯离子浓度低于90％设定值(例如1500mg/L)时，将自动增大阀门1的开度，增大淡水补充水的流量，以保证脱硫废水处理量最大。当检测到浓水箱内(或浓水箱溢流口)的浓水电导率高于110％设定值(例如80mS/cm)时，将自动增大阀门5的开度，增大浓水补充水的流量，以保证浓水中的盐分在合理浓度。当检测到浓水箱内(或浓水箱溢流口)的浓水电导率低于90％设定值(例如80mS/cm)时，将自动减小(或关闭)阀门5的开度，减小浓水补充水的流量，以避免浓水补充水浪费。每次流量调节后，都维持300s连续运行并保持工况不变，每次流量调节幅度根据差值大小由中控系统自动调整。当阀门1或阀门5已开至最大或已完全关闭，淡水或浓水水质仍处于不合格状态时，此时由中控系统发出警报，提示运行人员人为调整预设参数。连续运行过程中，阀门的切换、泵的启停、极板电压的施加全部根据预设值自动进行。

在三种处理模式下，均能够实现自动运行，并通过检测器的信号反馈调节系统运行工况，使电渗析系统始终以最优工况运行，保证了淡水和浓水水质合格。

此外，该智能控制系统还能够实现自动清洗和自动酸洗。系统能够自动往清洗水箱补充除盐水或2％的盐酸溶液，自动完成循环清洗或循环酸洗，及清洗/酸洗废水的外排。

本实用新型控制系统设备简单，逻辑清晰，能够作为“智慧电厂”的一部分，提高电厂系统的智能化水平。

实施例：

某燃煤电厂采用电渗析技术来浓缩减量脱硫废水。该电渗析系统的膜堆部分包含了选择性离子膜，能够将脱硫废水分为可回用、低氯离子浓度的淡水和不可回用、高盐浓度的浓水。

在之前的运行中，该系统只能以溢流式运行，完全由人工控制，专门设置一个电渗析运行班(6人)以轮班连续运行该设备。由于来水脱硫废水水质波动较大，致使出水淡水和浓水水质波动也较大，其中淡水氯离子浓度在1000-3000mg/L范围内波动，浓水电导率在40-100mS/cm范围内波动，系统整体能耗也较高。

在之后的技术改造中，智能电渗析控制系统作为一种新型的控制技术被该厂应用，极大提高了设备的自动化水平。取消了原先专设的电渗析运行班，由化水系统运行班统一在集控室远程监督运行。在来水水质波动不变的前提下，使淡水氯离子浓度在1300-1700mg/L范围内波动，浓水电导率在75-85mS/cm范围内波动，系统整体能耗也降低了10％。

除了溢流式外，该电渗析系统还能够以连续式和间歇式运行，为因系统改造、设备优化而导致的脱硫废水水质水量的大幅变化、电渗析淡水出水回用方式的优化、电渗析浓水出水深度处理方式的优化做好了准备，保持了电渗析系统的灵活性。

用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统为电厂降低了人工成本和运行成本，提高了生产效率，有潜力作为一种新型控制技术应用于其他脱硫废水电渗析浓缩处理工艺中。

Claims (3)

1.一种用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统，其特征在于：包括电渗析反应器、检测器、中控系统和反馈器；检测器包括浓水pH计、浓水电导率计、浓水硫酸根离子测定计、浓水温度计、浓水箱液位计、淡水pH计、淡水电导率计、淡水氯离子测定计、淡水温度计和淡水箱液位计；反馈器包括浓水泵、淡水泵、极水泵、清洗泵以及各阀门；中控系统包括PC控制器；淡水箱出口依次通过阀门2和淡水泵连接至电渗析反应器的淡水通道入口，电渗析反应器的淡水通道出口通过阀门3连接至淡水箱入口；淡水箱设有底阀和淡水溢流口；初始淡水进口依次通过阀门1和淡水泵连接至电渗析反应器的淡水通道入口；电渗析反应器的淡水通道出口与阀门3之间的支路上通过阀门4连接至淡水出口；浓水箱出口依次通过阀门6和浓水泵连接至电渗析反应器的浓水通道入口，电渗析反应器的浓水通道出口通过阀门7连接至浓水箱入口；浓水箱设有底阀和浓水溢流口；初始浓水进口依次通过阀门5和浓水泵连接至电渗析反应器的浓水通道入口；电渗析反应器的浓水通道出口与阀门7之间的支路上通过阀门8连接至浓水出口；极水箱出口通过极水泵连接至电渗析反应器的极水通道入口，电渗析反应器的极水通道出口连接至极水箱入口。

2.根据权利要求1所述的用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统，其特征在于：清洗水箱出口通过清洗泵连接至电渗析反应器的清洗通道入口，电渗析反应器的清洗通道出口连接至清洗水箱入口。

3.根据权利要求1所述的用于脱硫废水浓缩的电渗析智能控制系统，其特征在于：淡水泵和浓水泵均为变频泵。

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