粉末活性炭自動投加系統(tǒng)的探討

林曉蘭，彭小虎

（1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院常州建設(shè)分院 實訓(xùn)中心，江蘇 常州 213016；2.常州通用自來水公司 西石橋水廠，江蘇 常州 213001）

粉末活性炭自動投加系統(tǒng)的探討

林曉蘭1，彭小虎2

（1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院常州建設(shè)分院 實訓(xùn)中心，江蘇 常州 213016；2.常州通用自來水公司 西石橋水廠，江蘇 常州 213001）

通過常州某水廠對粉末活性炭的自動投加系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，得出它的影響因素和產(chǎn)生的原因。本文提出了一些改良的方法并指出了在設(shè)計中所應(yīng)要注意的問題，從而能讓該系統(tǒng)更加有利進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)與服務(wù)，同時也為了同行業(yè)相似系統(tǒng)提供一定的借鑒作用。

現(xiàn)狀分析；粉末活性炭；自動投加系統(tǒng)

粉末活性炭因其物料的特殊性，很容易結(jié)團(tuán)、沉積、板結(jié)及自凝聚，導(dǎo)致投加系統(tǒng)濃度不均勻、不穩(wěn)定，投加泵堵塞、磨損及管道堵塞等現(xiàn)象非常嚴(yán)重，致使系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)故障。基于以上幾種特性，粉末活性炭投加系統(tǒng)在設(shè)計中要求解決及考慮到的問題比較多，只有設(shè)計合理、得當(dāng)，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，從而在應(yīng)急使用中發(fā)揮必要的保障作用。

根據(jù)常州某水廠的基礎(chǔ)材料，結(jié)合粉末活性炭自身固有的特性，必需要切合實際情況，要充分考慮到自動拆包機(jī)與料倉之間的螺旋輸送能力、溶解池及攪拌機(jī)的選擇、自動在線調(diào)配系統(tǒng)及漿液投加的控制與操作以及選擇合理的活性炭種等綜合因素，才能更有利于選取切合實際需要的粉末活性炭的自動投加系統(tǒng)。

1 .水廠的基礎(chǔ)資料

常州某水廠生產(chǎn)能力66萬噸/天，最大投炭量按50mg/l設(shè)計，每日最大投炭量33000kg/d；投加點位置：水廠取水頭部；投加點數(shù)量：6個進(jìn)水廊道；投加濃度：5%活性炭溶液；溶解水：均使用經(jīng)過濾器過濾后的源水調(diào)配活性炭溶液；沖洗水：使用本廠用水；投加量變頻可調(diào)：濃度可調(diào)。

2 .活性炭自動投加的系統(tǒng)方案說明

本粉末活性炭自動投加系統(tǒng)包括自動拆包系統(tǒng)、儲存輸送、自動在線調(diào)配系統(tǒng)及漿液投加幾個部分，通過集中程序化控制實現(xiàn)粉末活性炭的自動化投加及控制。采用機(jī)械自動拆包投料系統(tǒng)。本水廠投加點確定為取水軸流泵的進(jìn)水廊道，每臺泵設(shè)置一個，設(shè)備安裝在取水泵房旁邊的空地上，建設(shè)彩鋼房二座，用于放置機(jī)械自動拆包設(shè)備、螺旋輸送設(shè)備、混合溶解罐、投加泵、配電柜等，以及作為25kg/包的小包裝粉末活性炭的儲備倉庫。

2.1 自動拆包系統(tǒng)

本方案配置機(jī)械自動拆包上料系統(tǒng)。自動拆包機(jī)能自動割破原料包裝，實現(xiàn)自動上料。小包裝通過提升臺和傳送帶輸送，送入機(jī)器內(nèi)部的傳送帶，這個內(nèi)部的傳送帶是完全內(nèi)封的，并安裝在機(jī)器的傳送器上，包裝在機(jī)器內(nèi)部被雙刀裝置有效地切開，包裝和粉料一起落在帶濾網(wǎng)的轉(zhuǎn)鼓上，經(jīng)過擦刮，包裝袋清空。粉料經(jīng)過濾網(wǎng)落入一個錐斗，然后從輪緣出去，以備進(jìn)入后續(xù)傳輸設(shè)備單螺旋輸送機(jī)，而空袋留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，盡可能從后面落入壓縮腔出來。另外，該裝置還裝配帶清潔除塵功能的除塵器以防止粉塵外溢。內(nèi)部包括自潔系統(tǒng)。上料機(jī)操作簡單，人員勞動強(qiáng)度低，整個操作過程一名操作人員即可以完成。最佳輸送能力：150包/小時，原料包裝：25公斤/包。在拆包機(jī)粉料出口處設(shè)1臺螺旋輸送機(jī)，輸送機(jī)設(shè)置有阻隔閥、檢查口和出料口等。螺旋輸送機(jī)將粉末炭輸送至后續(xù)的10m3儲料倉。螺旋輸送機(jī)外筒材質(zhì)：碳鋼，螺旋材質(zhì)：耐磨特殊鋼，耐磨、耐腐蝕，保證長期運(yùn)行不變形，保證原料輸送順暢。

2.2 儲存輸送與粉塵控制

粉末活性炭的儲存采用立體罐料倉儲存方式，料倉大小為10m3，為精確給料機(jī)不間斷的供料，材質(zhì)：普通碳鋼，壁厚8mm，內(nèi)外壁涂刷防腐油漆。在料倉頂部設(shè)置一臺帶吸風(fēng)功能的除塵裝置用于消除粉塵，在防止粉塵帶來操作環(huán)境惡化的前提下，同時考慮了粉塵的回收利用，避免對外界環(huán)境造成二次污染、改善了廠區(qū)操作環(huán)境。除塵器配有風(fēng)扇，并具有自動清灰的功能，另外除塵器還可根據(jù)設(shè)定的內(nèi)外壓差自動啟動清灰的功能，清灰采用氣動方式，所需壓縮空氣由系統(tǒng)配備的空壓機(jī)提供。料倉內(nèi)加裝組旋式高、中、低料位計具有高、低料位報警功能，組旋式料位計的葉片是利用傳動軸與離合器相接，在未接觸物料時，馬達(dá)保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)葉片接觸物料時，馬達(dá)會停止轉(zhuǎn)動，電氣同時輸出一接點信號而測出料位高度。其獨特的油封設(shè)計可防止粉塵沿軸滲入，且扭力穩(wěn)定可靠，全不銹鋼電機(jī)箱及減速齒輪組件，確保電機(jī)組的強(qiáng)度及使用壽命。料倉頂部加裝壓力安全閥，可有效防止因倉頂除塵器堵塞造成壓力容器的危險，此時壓力安全閥打開釋放壓力。每個料倉內(nèi)配置兩只氣動助流式振動氣墊，該振動氣墊與給料機(jī)及空穴監(jiān)測器連鎖，當(dāng)給料機(jī)開啟，隔40分鐘后振動氣墊開啟一次，建議每次開啟30s，以后每隔40分鐘啟用一次。同時振動氣墊與空穴監(jiān)測器連鎖，當(dāng)監(jiān)測到空穴信號時，振動氣墊開啟，可有效防止物料因長時間儲存、吸潮導(dǎo)致的板結(jié)、節(jié)塊，以及料倉內(nèi)粉體物料的架橋結(jié)拱。料倉下面加裝精確給料機(jī)及輸送螺旋，精確給料機(jī)精確定量下料，并且變頻可調(diào)，計量精度達(dá)±1%。精確計量的物料通過螺旋輸送機(jī)送至溶解攪拌系統(tǒng)。螺旋包括取樣口、檢查口，與溶解罐采用柔性接口，并配置有除塵裝置。

2.3 自動在線調(diào)配

本方案中粉末活性炭的在線調(diào)配主要是通過料倉下部的給料機(jī)定量投加粉料，與適量的調(diào)配水（進(jìn)水電動閥控制進(jìn)水流量）混合達(dá)到定比例配置漿液的目的。給料機(jī)屬系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備，采用整機(jī)進(jìn)口。給料機(jī)螺旋具有自潔功能，不會發(fā)生堵塞。

溶液池進(jìn)水管道上設(shè)置一臺電磁流量計、減壓閥及電動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥與給料機(jī)同時啟閉，控制系統(tǒng)根據(jù)給料機(jī)的投加量和進(jìn)水流量來控制配置的溶液濃度，溶液池內(nèi)設(shè)置超聲波液位計及壓力傳感器指示池內(nèi)液位狀態(tài)。因池內(nèi)設(shè)有攪拌機(jī)，液面波動較大，適宜選取E+H超聲波液位計。

溶液池設(shè)置故障溢流管道及排空管道，當(dāng)設(shè)備故障檢修或系統(tǒng)停用時及時排空，有效避免活性炭溶液的沉積和板結(jié)。攪拌機(jī)及溶液池高、低液位均設(shè)置有聲光報警。攪拌機(jī)材質(zhì)建議為不銹鋼，溶解池配備有除塵器，不銹鋼材質(zhì)，除塵器包括自動清灰自潔系統(tǒng)。

2.4 漿液投加控制

投加泵為耐磨離心泵，配套提供有品牌變頻器。泵的流量可以通過變頻器實現(xiàn)現(xiàn)場及遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)范圍：50%～100%。泵前泵后均裝有閥門、止回閥，泵后設(shè)有壓力開關(guān)并配套提供干運(yùn)行保護(hù)器，以保證水泵安全穩(wěn)定運(yùn)行。在漿液配置好后，投加泵能接收來自上位PLC控制系統(tǒng)輸出的啟動信號，開啟相應(yīng)的投加泵，并根據(jù)上位控制系統(tǒng)PLC輸出的控制信號來自動調(diào)節(jié)泵的工作頻率改變投加量。系統(tǒng)每3個投加點配備獨立的投加泵和輸送管路，2臺運(yùn)行，水廠倉庫儲備1臺，共需6臺投加泵。投加泵進(jìn)口管道上接有干凈水進(jìn)水，該干凈水自廠區(qū)接過來。在干凈水管路上裝有電動閥門，當(dāng)投加泵運(yùn)行2天后或投加泵停用時，該電動閥門自動開啟，投加泵打開，用于水泵自潔及沖洗后續(xù)管路，以防活性炭沉積、板結(jié)等造成投加泵或投加管路的堵塞。每次沖洗間隔時間暫定為2天，具體可通過系統(tǒng)調(diào)試時再確定最佳的沖洗時間間隔，建議每次沖洗3～5分鐘。

2.5 運(yùn)行控制

本投加裝置作為一套完整的活性炭自動拆包上料、儲存輸送、調(diào)配及投加系統(tǒng)，其目的是使整個投加裝置達(dá)到自動化控制，實現(xiàn)準(zhǔn)確投加、投加量及投加濃度可調(diào)等來優(yōu)化投加的目的。該系統(tǒng)主要通過在線儀表（料倉內(nèi)粉體料位計、溶液池內(nèi)超聲波液位計、壓力傳感器及電磁流量計等）來實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動化智能控制。

3 .投加系統(tǒng)中的需要注意的事項

3.1 料位計及溶解池的選取

因為粉料的供應(yīng)對于系統(tǒng)的運(yùn)行起到了一個很重要的作用，應(yīng)該在系統(tǒng)中設(shè)置料位計，以便在料倉內(nèi)粉料不足時，能起到及時提醒工作。同時根據(jù)活性炭的特性，所選取的溶解池要能讓粉料與水快速均勻混合，減少結(jié)團(tuán)及沉積、板結(jié)，從而確保漿液濃度精度，確保投加泵穩(wěn)定可靠運(yùn)行，減少磨損和堵塞，同時也可保障后續(xù)管道、管配件不堵塞。

3.2 溶解池攪拌機(jī)應(yīng)采用不同形式

為了減少干粉與水混合后的結(jié)團(tuán)與飛揚(yáng)，同時也為了后續(xù)碳漿與水的充分?jǐn)嚢瑁Y(jié)合水廠的實際情況與相應(yīng)設(shè)備的功能，對于溶解池攪拌機(jī)的選取應(yīng)采用不同形式。建議采用兩段式：第一段采用降流式葉輪攪拌機(jī)，這樣可以使干粉與水充分混合，從而大大減少結(jié)團(tuán)與飛揚(yáng)。采用變頻控制，調(diào)試時可根據(jù)實際需要設(shè)定最佳的轉(zhuǎn)速；第二段采用槳板式攪拌機(jī)，初步混合后的碳漿與水充分?jǐn)嚢瑁纬删鶆虻奶紳{，由投加泵投加到各工藝投加點。

3.3 溶解池應(yīng)加裝超聲波液位計及設(shè)置排空管與溢流管

根據(jù)使用經(jīng)驗，壓力傳感器容易損壞，而液位信號是系統(tǒng)自動連鎖的重要信號，在設(shè)置壓力傳感器的同時需加裝超聲波液位計，這樣便可解決液位波動對液位計的干擾，保證液位信號穩(wěn)定。而排空管則是用于事故檢修或停用時派空之用。溶解池中雖設(shè)置有超聲波及壓力傳感器指示液位信號，從而控制進(jìn)水量，但液位信號存在失靈的情況，最好要設(shè)置溢流孔，用于超聲波故障時溢流。

3.4 活性炭的填充

根據(jù)實際使用情況，活性炭的填充應(yīng)經(jīng)過濾池的凈化、反沖冼及炭粒的浸泡等工序，以確保在使用中能處于最佳狀態(tài)。同時在對于活性炭濾池的維護(hù)當(dāng)中應(yīng)強(qiáng)調(diào)對進(jìn)水濁度及余氯的控制，并保證活性炭的吸附飽和程度的相對均勻。

4 .結(jié)語

通過對粉末活性炭的自動投加系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，指出在自動投加系統(tǒng)的設(shè)計與運(yùn)行中應(yīng)該注意的一些具有實際借鑒意義的情況，對其所在的水廠及同行業(yè)均能提供一定的保障與促進(jìn)作用。

[1]竇照英.反滲透水處理技術(shù)應(yīng)用問答[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]梁好.飲用水安全保障技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.