CN103055757B - 智能自控式石灰投加装置及其投加方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能自控式石灰投加方法及装置，包括石灰料仓、溶解池、储存池、精准给料机、螺旋输送器、离心泵和投加泵；料仓内设料位计，底部连接密度补偿装置、精准给料机和螺旋输送器，输送器尾端设气动蝶阀；溶解池和储存池内均设搅拌器和液位计，料仓和溶解池顶部均设除尘器；溶解池内溶液经离心泵输送至储存池，储存池内溶液经投药泵输送至投药点，投药管路上设电动阀；投药点处的反应池内设pH计；***还包括可编程逻辑控制器PLC和上位机，PLC控制器采集和控制上述所有动件的状态量。本发明提高了石灰投加精度、灵活性和效率，易控制，改善了工作环境，降低劳动强度，节约运行成本，保证石灰投加***长效稳定运行。

Description

智能自控式石灰投加装置及其投加方法

技术领域

本发明涉及一种酸洗废水、脱硫除尘等领域中的净化处理***，尤其涉及一种自控式石灰投加***。

背景技术

在水处理和脱硫除尘行业中，氢氧化钙被广泛用于酸碱中和、石灰沉淀法等工艺中。氢氧化钙作为廉价的酸碱中和剂更是常常应用于钢铁行业废水处理中。其使用特点使石灰投加成为环保行业的关键方式之一。

在工业上按照石灰投加粉料性质将石灰投加方法分为湿法和干法。干法石灰计量***也称为定流量变浓度石灰计量***，通过计量消石灰粉量来满足***进水流量及进水水质的变化。湿法石灰计量***也称为定浓度变流量石灰计量***，通过计量石灰乳量来满足***进水流量及进水水质的变化。由于干法的操作环境较差，同时对流量和水质的适应能力较差，因此，目前在工业上最普遍应用的是湿式石灰投加方式，即袋装石灰粉经人工解包后置于储灰罐待用，每个储灰罐均配有密度补偿装置，将氢氧化钙粉末与水按比例投入溶解罐中，通过搅拌机对溶液进行充分搅匀，制备后的溶液由精密计量泵或是螺杆泵加至用药点，调节pH。

但是，由于石灰粉含有不溶物杂质多，易沉积等特性导致石灰在储存、石灰投加均匀性及对水质水量的适应性都存在不同的问题。具体如下：

（1）石灰储存时易形成偏析，空洞、起拱或架桥等情况，导致物料流动不均匀，严重时供料***会断流；同时出料口流速不稳定，导致流动通道不稳定，卸料时粉料密度变化大，可能使安装在出料口的容积式供料机失效；密实应力下，不流动区留下的粉料可能变质或结块；沿料筒仓壁的长度安装料位指示计置于不流动区的物料下面，因此不能正确指示料仓料位。

（2）由于石灰粉料卸料的不均匀性，导致配置石灰溶液浓度不稳，投加精度和效率低下，使***对进水水质和水量的应变能力变差，从而影响了从而影响废水处理和脱硫除尘效果。

（3）在水处理行业，因进水水质、水量波动较大及石灰溶液浓度的不均衡致使石灰自动投加实现困难，工人劳动强度大，操作环境恶劣，这也使众多的水厂和其他用户一直以来对投加石灰方法望而却步。

正由于以上原因，设计简易可行的石灰投加***是其发展的必然趋势。

发明内容

针对现有石灰投加***的缺陷，本发明提供一种智能自控式石灰投加装置及其投加控制方法。利用本发明可提高石灰自动投加***的投加精度、灵活性和效率、容易控制，并改善工人工作环境，降低工人劳动强度，节约了运行成本，使石灰投加***能够长效稳定运行，并适应进水水质和水量的变化。

为了解决上述技术问题，本发明智能自控式石灰投加装置予以实现的技术方案是：包括依次布置的石灰粉料料仓、石灰溶解池和石灰溶液储存池；所述石灰粉料料仓内设有料位计，所述石灰粉料料仓的底部设有密度补偿装置，所述石灰粉料料仓的出料口处设有精准给料机；在所述螺旋输送器的尾段管路上设置有气动蝶阀，所述气动蝶阀的启闭由一电磁阀控制；所述石灰溶解池和石灰溶液储存池内均分别设有搅拌器和液位计，所述石灰粉料料仓和所述石灰溶解池的顶部均分别设有除尘器；所述石灰溶解池连接有进水管路，所述进水管路上设有配水电动阀；所述石灰溶解池与所述石灰溶液储存池之间的管路上设有离心泵和电动阀，所述石灰溶液储存池的排料口通过管路连接至一投药泵，所述投药泵上设置变频器，所述投药泵通过投药管路连接至投药点，所述投药管路上设有电动阀；所述投药点处的反应池内设有pH计；还包括可编程逻辑控制器PLC和与之相连的上位机，所述上位机用于实时监控，所述可编程逻辑控制器PLC对上述所有动件的状态量进行数据采集和控制。

本发明智能自控式石灰投加方法，步骤如下：

石灰粉料料仓中的料位计检测该料仓中的粉料料位，并将粉料料位反馈到可编程逻辑控制器PLC，当粉料料位达到低料位时，PLC做出报警，并提示补充进料，在进料的同时开启石灰粉料料层顶部的除尘器；

石灰溶解池的配制信号由石灰溶解池内液位计感应到的低液位来触发，PLC给出指令开启配水电动阀向石灰溶解池中供水，当石灰溶解池内液位计感应到的液位为高液位时，PLC控制关闭配水电动阀，待液位到达中液位时PLC给出指令开启控制气动蝶阀启闭的电磁阀，气动蝶阀开启5s后，开启螺旋输送器，螺旋输送器开启60s后开启精准给料机，同时触发密度补偿装置，其中，空气吹扫为每分钟2-4次，每次1-2s，振荡器每分钟2-3次，每次5-10s；当精准给料机停止进料时，关闭密度补偿装置；在进粉料的同时PLC给出指令开启石灰溶解池顶部的除尘器；PLC控制螺旋输送器的输送时间为：

T=V·m÷ρ÷Q

式中，石灰溶液储存池的容积V，单位：m³；螺旋输送器的输送量Q，单位：m³/h；石灰粉料的密度ρ，单位：kg/m³；石灰溶液的配制浓度m，单位：%；

当石灰溶液储存池内的液位计感应到的液位达到低液位时，PLC给出指令开启该石灰溶液储存池中的搅拌器，且24h运转；当石灰溶液储存池内的液位计感应到的液位为液位低时，PLC控制开启离心泵，当石灰溶解池内的液位计感应到的液位处于低液位或石灰溶液储存池内液位计感应到的液位为高液位时均停止离心泵的运行；

当投药点处的反应池内的pH计检测到的pH值低于8时，PLC开启投药管路上的电动阀，并于30s后开启投药泵，当投药点处的反应池内液体的pH值接近设定值时，降低与投药泵连接的变频器的频率，直至投药点处的反应池内液体的pH=8.5~9时，PLC控制石灰投加装置自动停止；

当石灰溶液储存池内的液位低于低液位时，PLC控制投药泵停止运转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明有效防止石灰起拱或架桥的产生，保证了卸料顺畅，物料密度均匀，提高了石灰投加***的精度和效率，节约了运行成本，同时弱化了因粉料不均匀导致的对水质水量适应能力差的缺点，改善了工人工作环境，降低了劳动强度，实现了智能自动控制，降低了对工人的技术水平的要求。该发明适用于水处理和脱硫除尘领域，易于实现，应用和推广范围大，实现了全封闭智能自动控制，提高***运行过程的经济效益。

附图说明

图1（a）是料仓内形成空穴形态的示意图；

图1（b）是料仓内形成架桥形态的示意图；

图1（c）是料仓内形成偏析形态的示意图；

图1（d）是料仓内形成附着形态的示意图；

图2（a）是正常状态下料仓内形态示意图；

图2（b）是振动后状态下料仓内形态示意图；

图2（c）是流化后状态下料仓内形态示意图；

图3是本发明智能自控式石灰投加装置工艺流程图；

图4是本发明智能自控式石灰投加控制方法流程图。

图中：1-脉冲除尘器，2-石灰粉料料仓；3-密度补偿装置；4-精准给料机；5-螺旋输送器；6-水膜除尘器，7-石灰溶解池；8-离心泵，9-搅拌器，10-石灰溶液储存池，11-投药泵。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图3所示，本发明一种智能自控式石灰投加装置，包括依次布置的石灰粉料料仓2、石灰溶解池7和石灰溶液储存池10；所述石灰粉料料仓2内设有料位计，所述石灰粉料料仓2的底部设有密度补偿装置3，所述密度补偿装置包括空气吹扫器和振荡器；所述石灰粉料料仓2的出料口处设有精准给料机4；在所述螺旋输送器的尾段管路上设置有气动蝶阀，所述气动蝶阀的启闭由一电磁阀控制；所述石灰溶解池7和石灰溶液储存池10内均分别设有搅拌器9和液位计，所述石灰粉料料仓2和所述石灰溶解池7的顶部均分别设有除尘器，所述石灰粉料料仓2顶部的除尘器采用脉冲除尘器，所述所述石灰溶解池7顶部的除尘器采用水膜除尘器。所述石灰溶解池连接有进水管路，所述进水管路上设有配水电动阀；所述石灰溶解池7与所述石灰溶液储存池10之间的管路上设有离心泵8和电动阀，所述石灰溶液储存池10的排料口通过管路连接至一投药泵11；所述投药泵11上设置变频器，所述投药泵11通过投药管路连接至投药点，所述投药管路上设有电动阀；所述投药点处的反应池内设有pH计；所述液位计采用超声波液位计；还包括可编程逻辑控制器PLC和与之相连的上位机，所述上位机用于实时监控，监控人员可根据具体情况向PLC发出指令；如图4所示，所述料位计、精准给料机4、密度补偿装置3、气动蝶阀和电磁阀、搅拌器9、液位计、进水管路上的配水电动阀、除尘器、离心泵8、所述石灰溶解池7与所述石灰溶液储存池10之间的管路上的电动阀、投药泵11、变频器、投药管路上的电动阀和pH计均与所述可编程逻辑控制器PLC连接，所述可编程逻辑控制器PLC对上述所有动件的状态量进行数据采集和控制。特别指出，图4中两侧画出的PLC实际是同一个PLC，只是为了更加清楚的表明图中的线框和连线，因此整幅图形画的尽量对称。

如图4所示，本发明一种智能自控式石灰投加方法，步骤如下：

石灰粉料料仓中的料位计检测该料仓中的粉料料位，并将粉料料位反馈到可编程逻辑控制器PLC，当粉料料位达到低料位时，PLC做出报警，并提示补充进料，在进料的同时开启石灰粉料料层顶部的除尘器；

石灰溶解池的配制信号由石灰溶解池内液位计感应到的低液位来触发，PLC给出指令开启自来水或中水的配水电动阀向石灰溶解池中供水，当石灰溶解池内液位计感应到的液位为高液位时，PLC控制关闭配水电动阀，待液位到达中液位时PLC给出指令开启控制气动蝶阀启闭的电磁阀，气动蝶阀开启5s后，开启螺旋输送器，螺旋输送器开启60s后开启精准给料机，同时触发密度补偿装置，其中，空气吹扫为每分钟2-4次，每次1-2s，振荡器每分钟2-3次，每次5-10s；当精准给料机停止进料时，关闭密度补偿装置；在进粉料的同时PLC给出指令开启石灰溶解池顶部的除尘器；PLC控制螺旋输送器的输送时间为：

T=V·m÷ρ÷Q

式中，石灰溶液储存池的容积V，单位：m³；螺旋输送器的输送量Q，单位：m³/h；石灰粉料的密度ρ，单位：kg/m³；石灰溶液的配制浓度m，单位：%；

当石灰溶液储存池内的液位计感应到的液位达到低液位时，PLC给出指令开启该石灰溶液储存池中的搅拌器，且24h运转；当石灰溶液储存池内的液位计感应到的液位为液位低时，PLC控制开启离心泵，当石灰溶解池内的液位计感应到的液位处于低液位或石灰溶液储存池内液位计感应到的液位为高液位时均停止离心泵的运行；

当投药点处的反应池内的pH计检测到的pH值低于8时，PLC开启投药管路上的电动阀，并于30s后开启投药泵，当投药点处的反应池内液体的pH值接近设定值时，降低与投药泵连接的变频器的频率，直至投药点处的反应池内液体的pH=8.5~9时，PLC控制石灰投加装置自动停止；

当石灰溶液储存池内的液位低于低液位时，PLC控制投药泵停止运转。

本发明从进石灰粉料至投加到投加点整个过程为全封闭，同时在易出现扬尘的地方均设置除尘器，同时利用PLC智能控制***粉料的配置、输送和投加过程，保证了***的稳定性。

下面针对本发明各功能单元作进一步详细说明。

（1）石灰粉料的储存

石灰储存在石灰粉料料仓中备用。粉料在石灰粉料料仓内受附着力和摩擦力的作用，在某一料层可以产生向上的支持力，当与上方物料的压力产生的向下力达到平衡，在这料层的下方便形成静平衡，造成排料中断，发生料仓粉料堵塞，具体形态如图1（a）的空穴形态、图1（b）的架桥形态、图1（c）的偏析形态和图1（d）的附着形态，本发明中的石灰粉料料仓的料桶采用了ZL201020676425.1整体流石灰筒仓结构，如图3所示，其主要结构是设置在筒仓体上端的筒仓定和设置在筒仓体下端的筒仓扩展段，筒仓顶上连接有与筒仓体内部连通的进料管，筒仓扩展段下端的筒仓过渡段料斗，筒仓过渡段料斗为偏心卸料斗形状。该结构的料仓降低了石灰粉料在料仓内堵塞的几率，避免了形成如图1（a）、图1（b）、图1（c）和图1（d）所示的不良状况。石灰槽车利用鼓风机将石灰物料通过进料管送入石灰粉料料仓内，进料的同时启动其顶部的除尘器，消除因为进料产生的石灰粉尘污染。一定时间后，石灰物料充满石灰粉料料仓的筒仓体，自然流入其下端的筒仓扩展段和筒仓过渡段料斗内。

（2）石灰粉料的供料与输送

本发明综合考虑了振荡设备和流化设备的应用，利用各自的特点互为弥补，保证石灰粉料密度均匀及投加装置的运行稳定。一般情况下，利用粉料自身重力对粉料进行卸料和供料并不是每次都可行的，因此，需要配置供料设备如机械设备、振动设备或流化设备，实现正常的卸料和供料，图2（a）是正常状态下料仓内的形态，图2（b）振动后状态下料仓内的形态，图2（c）是流化后状态下料仓内的形态。目前，国内外常采用的措施是旋转机械刮片、振荡器或空气锤等方法。本发明中所采用的整体流石灰筒仓结构解决了单独采用振荡器石灰粉料会逐渐压紧，导致粉料密度不均等问题，同时也解决了采用空气锤等流化装置，粉料会沿着空气流化方向疏松，导致粉料密度不均匀，及空气引入水分至仓内导致料仓内石灰粉料板结且变性等问题。

在需要石灰供料和输送时，启动精准给料机和螺旋输送器。精准给料机的作用是保证投加的石灰粉料均匀和粉料量的精准。经过均匀化后的粉料由螺旋输送器输送至石灰溶解池内，在螺旋输送器尾段管路上设置的气动蝶阀，在粉料输送完毕后自动关闭，防止由于石灰溶解池内的水分子进入到螺旋输送器，而会导致石灰板结输送***崩溃情况的产生。在粉料输送操作时，根据实际情况开启助流器和振荡器，破坏已形成的压缩拱或架桥，保证石灰物料均匀顺畅的流出。整个流程在PLC控制下全封闭式进行，从而解决了石灰粉末飞扬带来的环境污染问题。

（3）石灰粉料的配置与投加

石灰溶解池和石灰溶液储存池内设有搅拌器、超声波液位计及水膜除尘器。液位信号设立高、中、低位三档。首次开启***时，溶解池为空，***自动启动配液***进行配液，即打开石灰溶解池进水管路上的配水电动阀配液，当配液液位达到低位时，自动开启搅拌器进行搅拌；当液位达到中位时开启石灰粉料输送***，自动送粉，送粉量可由粉料输送时间来控制，由PLC程序完成，粉料输送同时启动水膜除尘器进行除尘。当液位达到高位时，自动停止配水和送粉，搅拌器则继续进行搅拌，搅拌到设定时间后(此时间可通过电脑设定和修改)启动离心泵将配制好溶液输送至溶液储存池，本发明中石灰溶液配置浓度不高于5%。溶液储存池内设置液位计，当池内溶液达到高液位时，离心泵自动停泵。储存池内溶液根据后续工艺需求自动开启石灰投药泵，溶液投加量由后续反应池内pH计完成自动控制，当反应池内pH达到8.5~9时石灰溶液输送***自动停止。

试验实例：

选用来自钢铁工业冷拔酸洗废水处理工程，废水主要来源于酸洗车间，包括盐酸除锈后的清洗废水和磷化后的清洗废水，污染物主要为铁离子、pH和CODCr等。其中废水流量Q=7200m³/d，pH≤2，铁离子浓度不高于500mg/L。

设计参数：

石灰粉料料仓的设计压力为常压，设计温度t=-10~35℃，料仓竖直段的高度H=10.2m，内径D=4.795m，扩展段的高度H1=2.5m，过渡段料斗的高度H2=1.5m，过渡段的半顶角θ=25°；粉料为熟石灰，料仓的填装系数γ=0.85；堆积密度ρ=0.5kg/m³，石灰粉料的输送量为20~30m³/h。石灰溶解池的规格为4m×3m×2.5m，石灰溶液储存池的规格为9m×3m×2.5m。每个池内均设置搅拌器。石灰溶解池配置好的石灰溶液通过离心泵输送至石灰溶液储存池内，输送的流量Q=100m³/h，扬程H=5m。为了防止溶液中的杂质堵塞投药泵，本实例中的投药泵采用螺杆泵，其流量Q=10-20m³/h，该螺杆泵设置变频装置，根据后续反应池用药点的pH计反馈的信号控制输送量。

石灰投加过程：

石灰槽车利用鼓风机将石灰物料通过进料管送入石灰粉料料仓内，进料的同时启动除尘器，消除因为进料产生的石灰粉尘污染。一定时间后，料位计检测到石灰物料已充满筒仓体，自然流入筒仓料斗内。在粉料输送操作时，根据实际情况开启助流器和振荡器，破坏已形成的压缩拱或架桥，保证石灰物料均匀顺畅的流出。整个流程为全封闭式，从而解决了石灰粉末飞扬带来的环境污染问题。

石灰溶解池的配制信号由石灰溶解池内液位计的低液位来触发的，此时，PLC给出指令开启自来水或中水的进水管路上的配水电动阀向石灰溶解池中供水，但当该池内液位为高液位时，PLC控制关闭配水电动阀。待液位到达中液位时PLC给出指令开启控制气动蝶阀启闭的电磁阀，位于螺旋输送器尾段的气动蝶阀开启5s后螺旋输送器开启，60s后开启精准给料机，同时触发密度补偿装置，密度补偿装置包括空气吹扫和振荡器，空气吹扫为每分钟2-4次，每次1-2s，振荡器每分钟2-3次，每次5-10s。精准给料机停止进料时关闭密度补偿装置。在进粉料的同时PLC控制***给出指令开启溶解池的水膜除尘器，防止扬尘。本实例中设计螺旋输送机的输送时间为10min，溶液池内配置石灰浓度为3%-5%。

溶解池和储存池内设置搅拌器，当池内液位达到低液位时PLC给出指令开启搅拌器且24h运转，搅拌器用于均匀池内溶液和防止溶液内溶质沉淀。离心泵的开启由溶解池内液位计信号触发，当储存池内液位低时，开启离心泵，当溶液池内液位处于低液位或储存池内处于高液位时均停止离心泵的运行。石灰的投加信号由反应池（投药点）的pH计触发，反应池（投药点）中的pH低于8时启动投药管路电动阀，30s后PLC给出指令后开启投药泵，投药泵上设置变频器用于调节输送药量，当反应池（投药点）内液体pH值接近设定值时，变频器降低频率，以此降低石灰溶液输送量，直至反应池（投药点）pH=8.5~9时石灰溶液输送***自动停止。当储存池内的液位低于低液位时投药泵停止运转。

酸洗废水中和处理的效果：

本实例的中和处理效果如表1。

表1酸洗废水中和前后水质对比表

中和沉淀后的pH值稳定，保证了中和反应处理效率。本发明智能自控式石灰投加装置和投加方法提高了石灰投加的稳定性，保证了反应完成的可靠性，同时改善了工人的操作环境，降低了工人劳动强度，同时节约粉料，降低了运行成本。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种智能自控式石灰投加方法，其特征在于，所采用的智能自控式石灰投加装置的结构是，包括依次布置的石灰粉料料仓（2）、石灰溶解池（7）和石灰溶液储存池（10）；

所述石灰粉料料仓（2）内设有料位计，所述石灰粉料料仓（2）的底部设有密度补偿装置（3），所述石灰粉料料仓（2）的出料口处设有精准给料机（4）；

在螺旋输送器的尾段管路上设置有气动蝶阀，所述气动蝶阀的启闭由一电磁阀控制；

所述石灰溶解池（7）和石灰溶液储存池（10）内均分别设有搅拌器（9）和液位计，所述石灰粉料料仓（2）和所述石灰溶解池（7）的顶部均分别设有除尘器；

所述石灰溶解池连接有进水管路，所述进水管路上设有配水电动阀；

所述石灰溶解池（7）与所述石灰溶液储存池（10）之间的管路上设有离心泵（8）和电动阀，所述石灰溶液储存池（10）的排料口通过管路连接至一投药泵（11），所述投药泵（11）上设置变频器，所述投药泵（11）通过投药管路连接至投药点，所述投药管路上设有电动阀；

所述投药点处的反应池内设有pH计；

还包括可编程逻辑控制器PLC和与之相连的上位机，所述上位机用于实时监控，所述可编程逻辑控制器PLC对上述所有动件的状态量进行数据采集和控制；

智能自控式石灰投加方法的步骤如下：

石灰粉料料仓中的料位计检测该料仓中的粉料料位，并将粉料料位反馈到可编程逻辑控制器PLC，当粉料料位达到低料位时，PLC做出报警，并提示补充进料，在进料的同时开启石灰粉料料层顶部的除尘器；

石灰溶解池的配制信号由石灰溶解池内液位计感应到的低液位来触发，PLC给出指令开启配水电动阀向石灰溶解池中供水，当石灰溶解池内液位计感应到的液位为高液位时，PLC控制关闭配水电动阀，待液位到达中液位时PLC给出指令开启控制气动蝶阀启闭的电磁阀，气动蝶阀开启5s后，开启螺旋输送器，螺旋输送器开启60s后开启精准给料机，同时触发密度补偿装置，其中，空气吹扫为每分钟2-4次，每次1-2s，振荡器每分钟2-3次，每次5-10s；当精准给料机停止进料时，关闭密度补偿装置；在进粉料的同时PLC给出指令开启石灰溶解池顶部的除尘器；PLC控制螺旋输送器的输送时间为：

T=V·m÷ρ÷Q

式中，V石灰溶液储存池的容积，单位：m³；Q螺旋输送器的输送量，单位：m³/h；ρ石灰粉料的密度，单位：kg/m³；m石灰溶液的配制浓度，单位：%；

当石灰溶液储存池内的液位计感应到的液位达到低液位时，PLC给出指令开启该石灰溶液储存池中的搅拌器，且24h运转；当石灰溶液储存池内的液位计感应到的液位为液位低时，PLC控制开启离心泵，当石灰溶解池内的液位计感应到的液位处于低液位或石灰溶液储存池内液位计感应到的液位为高液位时均停止离心泵的运行；

当投药点处的反应池内的pH计检测到的pH值低于8时，PLC开启投药管路上的电动阀，并于30s后开启投药泵，当投药点处的反应池内液体的pH值接近设定值时，降低与投药泵连接的变频器的频率，直至投药点处的反应池内液体的pH=8.5~9时，PLC控制石灰投加装置自动停止；

当石灰溶液储存池内的液位低于低液位时，PLC控制投药泵停止运转。