水處理設備全自動計量取樣裝置的研究

張 震，史 波

（徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221000）

水處理設備全自動計量取樣裝置的研究

張 震，史 波

（徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221000）

華潤電力銅山項目公司在#6、#7煤場北側以及南側各設沉煤池2座，#8煤場南側設有2套40 m3/h煤水集中處理設備和一座煤水處理加藥間。煤水處理系統中最重要的一個環節就是對煤泥水的處理澄清過程，澄清處理過程在煤水處理罐中進行，是將混合藥物后的煤泥水進行必要的反應、過濾以及澄清后取得符合國家標準水質的過程，所得到的清水多用于廠內棧橋的沖洗以及煤場的日常噴淋。本文介紹的裝置是一種全自動的計量取樣裝置，其主要針對自溢式水處理罐設計，可以完全實現從取樣到計量的全自動化過程，取樣過程無需人員參與，只需事先設置好取樣量即可。裝置的供電采用節能環保的鋰電池供電，并輔以太陽能電池板對鋰電池進行充電。

煤水處理系統；全自動；計量取樣；太陽能；節能環保

1 概述

煤水處理系統是燃煤火電廠的重要環保設備，系統主要針對輸煤棧橋沖洗水以及含煤雨水進行處理，使其達到符合相應國家標準的水質要求，處理后的水再次循環用于棧橋的水沖洗及煤場的噴淋。系統主要由四大部分組成：煤水提升設備、煤水加藥裝置、煤水處理裝置以及反沖洗裝置。

如圖1所示，含煤廢水經過排水溝進入沉煤池，在沉煤池中進行初級沉淀，沉淀后的煤泥定期進行清理外運，無法通過自然沉降進行處理的含煤廢水則通過沉煤池周邊所設有的煤水提升泵提升至煤水處理加藥間內的管道混合器，通過管道混合器對含煤廢水進行加藥處理，所加藥劑多為聚丙烯酰胺溶劑和聚合氯化鋁水溶液，加藥后的含煤廢水經過管道輸送至煤水集中處理設備進行集中處理。整個處理過程經采用加藥、澄清、過濾工藝和排泥等措施，有效降低含煤廢水的濁度。含煤廢水經過處理后回流至清水池供反沖洗、煤場噴淋以及棧橋沖用。

2 設備升級

2.1 煤水處理設備

煤水處理設備是整個煤泥水處理系統組成的重要部分，加藥后的含煤廢水整個澄清處理過程均在煤水處理設備中進行，它是整個煤水澄清的重中之重。

煤水處理設備由兩個過濾罐組成，如圖2所示，分別為#1煤水處理罐和#2煤水處理罐，罐體呈圓錐形，罐高6 200 mm，直徑3 200 mm，水處理能力達到40 m3/h。整個處理過程包括：反應、澄清、過濾、沖洗以及排泥。經過處理后的含煤廢水通過罐頂的出水口流入清水池供棧橋沖洗及煤場噴淋所用。

2.2 煤水處理設備取樣作業

含煤廢水處理系統在正常投入運行過程中需不定期對煤水處理罐內的水質進行取樣分析，通過對不同處理階段的煤水進行取樣分析得出必要的水質結果，通過對水質結果的分析來了解處理設備的處理能力及狀態，從而對其有針對性地進行設備的維護，使其達到最佳的處理效果。

煤水處理罐上有四個取樣口，如圖3所示，分別是：出水取樣口、澄清區取樣口、反應區取樣口以及回流區取樣口，根據不同的水質分析需求選擇不同的取樣口進行取樣。

在日常的取樣工作中需當班人員就地取樣，就地取樣大量占用了人力資源，且無法保證水樣的代表性；老舊的取樣方式導致取樣龍頭極易堵塞，嚴重影響水樣質量且造成大量不必要的勞動成本。經過全自動計量取樣裝置的改進可徹底解決以上所有問題。

圖1 煤水處理工藝流程圖

圖2 煤水處理設備

圖3 煤水處理設備取樣口

2.3 優化取樣方式

2.3.1 全自動計量取樣裝置功能介紹

全自動計量取樣裝置具備以下功能：（1）節能環保。采用可循環使用的充電鋰電池供電，并可通過太陽能電池板對鋰電池進行充電。（2）一鍵取樣。設備采用電容式觸摸按鍵，當需要取樣時可點按取樣按鍵，當出水口有水流過時設備自動開始取樣，當取樣量達到設定的取樣值時設備停止取樣并伴有提示音。（3）取樣量可選。取樣的多少可通過取樣量選項按鈕進行選擇，暫定可選取樣量有：100 g、200 g、300 g和400 g（可根據使用實際要求進行重新設定）。

（4）管道堵塞報警。當管道堵塞影響取樣時設備會有聲光報警，提示管道堵塞。

新設備的應用需要對現有處理罐進行必要的改動，如圖4所示。首先把原有取樣龍頭改成同樣管徑的電磁閥，并將控制器固定在處理罐外壁并做防水處理，水位傳感器的安裝需要通過管道直接安裝在罐頂出水處，便于檢測有無水流出。

圖4 取樣裝置安裝示意圖

設備安裝在原取樣口處，在不取樣的時候整個設備處于省電待機狀態，當需要取樣時可點按控制器上“取樣”按鍵，若需要調整取樣量的大小可以在點按“取樣”按鍵前先點按“選擇”按鍵對取樣量進行選擇，每按一次“選擇”按鍵，則取樣量增加100 g，當選定取樣量后直接點按“取樣”按鍵進行自動取樣步驟，此時設備處于取樣準備中，一旦水位傳感器檢測到有清水流出，則控制器控制取樣電動閥開始取樣，直至取樣量達到取樣設定值為止，在此過程中控制器會對電磁閥出水情況進行實時監測，若取樣過程中水位傳感器監測到有水流出而電磁閥處并無水流出，則斷定管道堵塞，堵塞報警會持續進行，直至有工作人員點按主控制器上的“取消取樣”按鍵。主控制器程序執行流程如圖5所示。

圖5 主控制器程序執行流程圖

2.3.2 控制器主模塊介紹

控制器電路如圖6所示，共由七大模塊組成：主控電路、稱重傳感器信號轉換電路、狀態指示電路、聲光報警電路、取樣閥控制電路、控制按鍵電路以及供電模塊。

圖6 主控電路圖

主控電路采用低功耗單片機STC89C52，其是STC公司產的一種低功耗8位微控制器，且具有8K Flash可編程存儲器。此單片機采用的是同AT89S52相同的MCS-51內核，但STC單片機在很多方面都做了改進，使其比傳統51系列單片機具有更多功能。除具有51內核單片機所具有的標準功能,如8kb Flash存儲器、512b RAM、32個I/O口線、看門狗定時器、內置4KB EEPROM、MAX810復位電路、3個16位定時器/計數器、4個外部中斷、一個7向量4級中斷結構以及全雙工串行口,其還具備2種軟件選擇節電模式、空閑時間CPU停止工作、掉電保護方式下RAM內容被保存等特殊功能。單片機體積小、功耗低而且控制穩定，是小型主控設計的首選CPU，本方案中其主要對設計中所收集的信號進行處理并作出相應的控制輸出。

圖7 HX711應用電路

稱重傳感器的信號處理采用24位AD轉換芯片HX711，HX711采用了海芯科技集成電路專利技術，是一款專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器芯片。與同類型其他芯片相比，該芯片集成了包括穩壓電源、片內時鐘振蕩器等其他同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。其在本設計中的應用電路如圖7所示。

按鍵電路采用電容式觸控按鍵，采用觸摸按鍵可有效提高設備使用期限并且可以有效防塵防水。其工作原理是通過觸控芯片將通過人體感應而輸入至觸控板上的電容發生變化并使其與內部基準電容進行比較，將所得差值進行有效放大，然后在輸出端輸出高低電平變化，進而實現對模擬信號的控制。TS01S電容式觸控芯片是韓國ADsemiconductor按鍵觸摸IC，屬于單通道觸控按鍵處理芯片。

具有以下幾種獨有的特性：（1）自動靈敏度校準；（2）它并行的輸出接口；（3）相對獨立的可調靈敏度以及外部電容；（4）可通過其外部電阻的大小調節內部頻率大小；（5）嵌入式的高頻率噪音消除電路；（6）消耗電流低。

其應用電路如圖8所示。

圖8 單按鍵應用電路

本設計思路新穎、方法獨特，使用簡單的電路設計解決了一個不起眼卻又實實在在浪費勞動資源的問題，也將一改煤水系統技術落后的局面，相信這個設計在整個電廠設備升級換代局勢中可以起到示范作用。

1 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應用[M].北京：清華大學出版社，2002.

2 王化祥.傳感器原理及應用（修訂版）[M].天津：天津大學出版社，2004.

3 譚浩強.C語言程序設計（第四版）[M].北京：清華大學出版社，2012.

Research on Automatic Device of Metering Sampling for Water Treatment Equipment

Zhang Zhen,Shi Bo
(Xuzhou Huarun Electric Power Co., Ltd., Xuzhou 221142, China)

China resources power Copper Mt project company has 2 coal yards in the north and south of coal yard # 6 and #7 coal yard, and # 8 coal yard is equipped with 2 sets of 40m in the south side of coal yard. The most important link of coal water treatment system is to clarify the process of coal slime water, and to clarify the process in coal water, it is to get the necessary reaction, filtration and clarification to meet the national standard water quality process, and the water is used for the flushing of the plant and the daily spraying of coal yard. The device described in this paper is a fully automatic metering sampling device, mainly for the design of ziyishi water meter, can fully realize the fully automated process from sampling to metering, the sampling process requires no personnel to participate, only the Sample Volume can be set in advance. The device uses energy saving and environmental protection lithium battery, and is supplemented with solar panels to charge the lithium battery..

coal water treatment system; fully automatic; metering sampling; solar energy; energy conservation and environmental protection

R459.5

A

1008-9500(2017)05-0104-05

2017-1-4

張震（1987-）,男，江蘇徐州人，工程師，從事火力發電工作。