2,工业工业水处理费用根据常用水处理费用函数确定。水处水的水系水优…,理基河北磁窑各用水子系统得到的于梯水量为 (4)重复(1)、用究 如果优化问题为供需不平衡的统节问题可以通过模型层面添加假想的用水单元(外排水),厂区内的化研输送费用不计,2,工业工业对于水量的水处水的水系水优实时调整需要结合实时的监测水质对单元间配水的难度进行刻画,可以视为供需平衡的理基运输问题,脱硫系统采用的于梯是“石灰石-石膏”湿法烟气脱硫技术,工业节水是用究通过工业水的循环使用、补水、统节全国工业用水量为1 217.6 亿m³,化研包括一次水源、工业工业 用水单元数据见表1。 提高浓缩倍率的同时必然会增加循环冷却水的结垢及腐蚀倾向,提高浓缩倍率从而达到减少排污率,调整后排水排往其他用水系统。占到全国用水总量的20.2%,烟气中蒸发的水分,将难处理的高浓缩倍率循环冷却水系统排污水用于脱硫,使整个工业水系统达到供需平衡,补给水源考虑输水费用。另一部分浓缩污水排向除灰渣系统以及脱硫用水。…,阻垢剂、m;j=1, 刘永健等针对单组分杂质用水和废水处理网络同步集成优化问题,若供需不平衡则需要通过特定的处理将问题转换为供需平衡问题,根据不同的用水功能将工业用水系统划分为若干个特定的子系统,c(K)=0.77元/m³。水消耗主要来自脱硫产物石膏中带走的结晶水以及附着水、系统达到供需平衡状态,在3300 MW的河北磁窑总装机容量的热电厂中,重复利用率为98.59%;总耗水量为2 891 m³/h,结合实际情况将这部分水排向脱硫用水处理单元,其中84.2%用于一期循环水系统,风吹损失、排水全部用于化学除盐水系统。机组日取地下水水量约70 000 m³,2,本研究案例使用转换措施为后者。由于脱硫排水后被分配导致最优的路径无法完全消纳其排水,全部消耗,并进行节水改造是减少工业用水量的直接措施。令对应位置的决策变量 表2 各用水系统耗水途径及需水量 循环冷却水系统用水占电厂总用水的70%~90%,除垢剂或阴极电化学除垢等措施,排水率为11.18%。并将全部的排水(36 m³/h)排向自身。其他杂用水系统使用。m;j=1, 配水成本单价Cij
图1 优化后的全厂水平衡图 优化调整后的全厂用水平衡情况见图1。数值直接影响到配水量xij 通过在循环冷却水系统中添加缓蚀剂和阻垢剂等处理方法来提高循环冷却水系统的浓缩倍率,并有部分的脱硫排水。 2.3水系统建模与优化2.3.1 水量参数 (1)新鲜水用量。其包括水资源税费、 丁力等为了解决优化后的水网结构复杂的问题,{bj,n 蒸发损失量约占循环水量的1.2%~1.6%,存在很强的主观性,7%来自除灰渣系统排水和8%来自化学除盐水排水,当提高浓缩倍率至4.5时,通过提高循环冷却水系统的浓缩倍率, 1 模型构建 1.1问题描述若供工业用水系统中有m个独立水源分别为Ai(i=1,此时一期循环冷却水系统的排水量为310 m³/h、回用水量为618 m³/h, 2002年,整个工业水系统的新鲜水取用量等于耗水量,对现有的工业用水系统进行用水、排水量为218 m³/h;其他用水系统供需水量取水平衡测试结果数据。防止出现结垢现象。二次水源和补充水源,达到能再用的水尽量拿来用的目的。 (3)二期辅机循环水系统用水全部来自新鲜水,2,含其他杂质较少,可以极大程度上减少新鲜水的使用;脱硫排水含有大量的重金属离子、得到的复杂水网络模型难于指导实践。构建了简化的水网络用水运输模型,m³/h;K ——浓缩倍率;e ——蒸发损失系数,没有较好的方法进行回收;风吹损失量约占循环水量的0.3%~0.5%,除雾器冲洗用水以及废水处理系统用水等,利用Vogel法进行求解、m),水处理的总费用下降了22.4%;由于达到梯级用水,从而降低用水量, 笔者针对前人研究中出现的不足,调整补给水量, 2.1用水现状分析通过水平衡测试可知,排水受到浓缩倍率的影响,最后将未调整的 基于梯级用水理念的工业水系统优化模型目标函数一般形式如下:
式中: 基于梯级用水的工业水系统优化问题是一个关于 循环冷却水系统排水量Qp
循环冷却塔补给水量
式中:Qx——循环水量,按照各单元间的配水成本进行水量的分配,耗水水量分析, 本研究对于用水单元系统间的水串级使用难度使用配水成本进行刻画,结果的分析与验证。提出利用博弈理论对水网络优化方案分析的方法。即为当前梯级用水情景下的最佳水网流通路径。难于处理,处理后排往除灰渣系统。工业行业在用水定额内取用地下水的水资源税为2元/m³,不同单元之间水串级使用处理措施见表6。或通过机理层面优化单元排水将问题转换为供需平衡问题,列差额中找出最大的差额,通过人为调整将生活排污水处理后用于其他杂用水系统,能够得到结构相对简单的用水网络。
(4)非负约束。前人主要围绕水质指标进行节水优化研究,优化后电厂的综合发电水耗率为0.35 m³/(s·GW),以及基于杂质负荷优化得到的用水网络难于实现等问题,让新鲜水量和各用水单元的总耗水量相等, 韩政针对循环冷却系统中回水重用问题, 借助梯级用水的方法对案例企业分析得到,万元工业增加值用水量为38.4 m³,其中29%的利润贡献来自用水网络优化、点赞 关注、 表1 用水单元数据 基于梯级用水的工业水系统优化模型当各水源的排水总量与各用水单元的需水总量相等时,借助MATLAB的数学计算库编写Vogel最佳路径分析方法程序,通过构建基于各用水子系统的供需水关系的水系统优化模型,按70%的发电负荷计算,n个用水部门的水量优化分配问题。 脱硫用水对于水质的要求低, 工业用水系统优化研究方面,生活消防用水系统、用水系统的柔性和用水网络结构复杂程度三方面的目标,具体数值如下: 不进行处理:K=1.5, 待优化单元的需水量以及排水量需要根据梯级用水方案以及稳定状态下的单元运行数据进行确定,任选1个)。对保护水生态环境作出积极贡献。 根据山西省水资源管理条例, 利用Vogel进行最佳路径分析,总排水量为364 m³/h,并有利于缓解当地的水环境污染问题,所有的需求量缺口均被满足,使得整个工业水系统的用水总成本最低。进一步降低工业用水量。二期建成机组采用间接空冷冷却, 目前常规的用水网络的研究,与当前国际先进工业用水水平仍有较大的差距。c(K)=0.05元/m³;弱酸树脂处理/石灰软化:K=3.5, 在1980年国外学者就首次将数学规划方法用于工业用水系统的用水优化配置,针对工业系统中用新鲜水去稀释单元用水以及单元间配水成本消耗问题,各用水系统排水以及需水量数据见表5。化学除盐水中一部分除盐水排向锅炉,悬浮物和杂质等,各用水系统水消耗途经及需水量见表2。
(3)供需平衡约束。 (4)一期除灰渣系统用水全部来自化学除盐水系统排水,而化学除盐水系统所需的14 m³/h则由新鲜水提供。药剂费、对应用水数据表中供需水量均为0。 刘永忠等针对水系统集成优化中的新鲜水用量、 优化后每年可减少取水量以及排污量各318.86万t,故出现了排往自身的情况。(3),来提高工业用水的效率,这部分水量较小可忽略。 基于优化的结果, 3 结 论 通过研究发现,根据用水单价矩阵以及供需水向量数据,提出了具有再生单元的多杂质间歇过程用水水网络集成方法。在简化水系统优化过程的同时可以得到与当下用水系统更加贴合的水网结构。 (5)二期除灰渣系统用水分别来自化学除盐水系统和一期除灰渣系统,其中循环水量为226 362 m³/h, (2)一期循环冷却水系统用水分别来自新鲜水和锅炉排水, (3)调整剩余供应量或需求量缺口, 表7 配水成本单价 (元/m3) 通过构建数学模型,也可针对用水子系统进行两层优化。最后对节水优化带来的综合效益进行了分析。2,建立了冷却塔循环水量最小、 2.4.1 合理性分析 对各用水单元用水来源以及排水去向依次做合理性分析: 表 8 优化后的水系统水量平衡数据(m3/h) (1)新鲜水总用量为2 891 m³/h,现通过节水设计和运行优化将该水系统处理为供需平衡水系统。建立了非线性规划模型进行求解。用水单元间的配水成本需要对企业历史运行数据进行分析,所以只适用于水系统的结构初步调整中, (5)对优化结果进行验证,排水供一期循环水系统使用。减少新鲜水取用量329 m³/h。梯级用水优化后新鲜水取用量减少了364 m³/h,m³/h;Cij 水处理费用的确定由水源和用水子系统的水质差距决定,℃;r ——风吹损失系数。基于梯级用水的原理对新鲜水水量进行控制,比优化前降低了10.3%, 本研究基于梯级用水,对各单元的用、差距越大,模型实例化、单机排污量为51.67 m³/h,…,电厂单350 MW机组的浓缩倍率对应的排污率见表3。按差额最大者进行最小配水成本优先分配水量(如果遇到最大差额有多个,…,可通过添加除油器净化后供化学除盐水系统使用。n。循环冷却水系统耗水、(7)。而用于自身运价又偏低,工人工资、一期建成机组采用逆流式自然通风冷却塔冷却, 表4 各单元耗水量 (2)用水单元供需水量。取水费用降幅11.2%;新鲜水用量的减少也导致处理水量、处理再用,
式中: Vogel法求解工业水系统优化问题计算步骤为: (1)计算用水单元数据表中各行各列最小以及次小配水成本( 电厂脱硫系统用水主要包括石灰石制浆用水、电厂总装机容量为3 300 MW,…,该模型的目标是合理确定水源 电厂存在364 m³/h的直接外排水量,运用沃格尔(Vogel)最佳路径分析方法求解最优水量分配方案,优化前后效益对比见表9。 模型实例化需要结合企业梯级用水方案进行具体分析,将各方面的成本进行累加得到总的单位配水成本,对保护地下水资源以及缓解水资源的供需矛盾具有积极意义,排水用于化学除盐水系统,构建了最大回用冷却水为目标的水网优化模型。化学除盐水系统、分配水量的单位成本为 (6)化学除盐水系统用水来自新鲜水和二期辅机循环水系统排水以及生活排污水。厂区各个耗水单元的耗水量见表4。 2 案例分析 选取山西省某火力发电厂作为典型工业水系统进行优化,重复用水量226 980 m³/h;循环水率为98.32%,设备折旧费和维护检修费等。流股数最少的多目标水系统优化模型, 表9 优化前后效益对比 (2)社会、即选择最大差额所在行或列的最小配水成本Ci,j (9)生活用水全部来自新鲜水,72%来自一期循环冷却塔排污水、
(2)需水量约束。弱化了各个用水单元的需水量以及排水量因素, (8)脱硫用水系统用水13%来自新鲜水、排水供二期除灰渣系统使用。之后有研究者对传质型用水网络提出了一种利用杂质负荷曲线和供水负荷曲线的夹点来确定最小新鲜水用量的办法——水夹点法(water pinch)。 表6 火电水系统排污水处理方法及回用途径 不同的水源向循环冷却水系统配水时, 2019年,且都保持低浓缩倍率运行。℃-1;Δt ——冷却塔进出口温度差,降幅达16.5%。串级使用、针对水夹点方法在处理超结构水网络以及多杂质水系统优化问题中的不足,包括水夹点法和数学规划法。以用水成本最小为目标进行优化配置,(2)、是对前人工业水系统集成优化理论的简化, 2.4.2 优化效益分析 (1)经济效益分析。国内学者开展了多角度多层次的研究, 通过添加缓蚀剂、 (7)锅炉用水全部来自化学除盐水系统,排水水量进行优化,不断地对水系统集成理论及方法进行完善。 1.3约束条件(1)供水量约束。常用于灰库的拌湿用水,可以使用Vogel法对模型进行优化求解;求解可按过程分为,其具体关系见式(6)、优化后的水平衡数据见表8。让水尽量串级使用,预计每年可节省全部的排污费用255万元;梯级用水和水系统优化后预计每年可减少总用水费用1 252万元,处理的费用与循环冷却水的浓缩倍率有关,超过了发达国家的2倍,与生产实际进行对应, (2)在所有行差额、 表5 供需平衡情境下水系统供需水量 2.3.2 配水成本单价的确定 单元之间的配水单价包括水处理费用和水输送费用,实施梯级用水节水改造以及用水网络优化后每年可产生1252万元的利润,c(K)=0元/m³;水质稳定处理:K=2.25,在此研究中, 表3 单350 MW机组浓缩倍率与节水量关系 电厂一期循环冷却水系统有6座自然通风逆流式冷却塔,循环冷却水系统的水损失主要有3种:蒸发损失、各个水源的可供水量为ai;根据不同的用水功能将工业用水系统划分为 《工业水处理》 中国化工学会工业水处理专委会 工业水处理杂志社 投稿官方网址:www.iwt.cn (来源:《工业水处理》2022年第1期) 本文由丨工业水处理 丨精编发布 编辑:文海|审核:麦西夫 欢迎留言、分享、硫酸钙和亚硫酸钙盐、通过分析计算,并得到最终的用水网络,以实现工业水的串级使用。设备冷却用水、c(K)=0.58元/m³;水质稳定处理+弱酸树脂处理/石灰软化:K=5.58, |