張 震，史 波

（徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221000）

水處理設(shè)備全自動(dòng)計(jì)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(xiàng)目公司在#6、#7煤場(chǎng)北側(cè)以及南側(cè)各設(shè)沉煤池2座，#8煤場(chǎng)南側(cè)設(shè)有2套40 m3/h煤水集中處理設(shè)備和一座煤水處理加藥間。煤水處理系統(tǒng)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是對(duì)煤泥水的處理澄清過程，澄清處理過程在煤水處理罐中進(jìn)行，是將混合藥物后的煤泥水進(jìn)行必要的反應(yīng)、過濾以及澄清后取得符合國家標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的過程，所得到的清水多用于廠內(nèi)棧橋的沖洗以及煤場(chǎng)的日常噴淋。本文介紹的裝置是一種全自動(dòng)的計(jì)量取樣裝置，其主要針對(duì)自溢式水處理罐設(shè)計(jì)，可以完全實(shí)現(xiàn)從取樣到計(jì)量的全自動(dòng)化過程，取樣過程無需人員參與，只需事先設(shè)置好取樣量即可。裝置的供電采用節(jié)能環(huán)保的鋰電池供電，并輔以太陽能電池板對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。

煤水處理系統(tǒng)；全自動(dòng)；計(jì)量取樣；太陽能；節(jié)能環(huán)保

1 概述

煤水處理系統(tǒng)是燃煤火電廠的重要環(huán)保設(shè)備，系統(tǒng)主要針對(duì)輸煤棧橋沖洗水以及含煤雨水進(jìn)行處理，使其達(dá)到符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)要求，處理后的水再次循環(huán)用于棧橋的水沖洗及煤場(chǎng)的噴淋。系統(tǒng)主要由四大部分組成：煤水提升設(shè)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(jīng)過排水溝進(jìn)入沉煤池，在沉煤池中進(jìn)行初級(jí)沉淀，沉淀后的煤泥定期進(jìn)行清理外運(yùn)，無法通過自然沉降進(jìn)行處理的含煤廢水則通過沉煤池周邊所設(shè)有的煤水提升泵提升至煤水處理加藥間內(nèi)的管道混合器，通過管道混合器對(duì)含煤廢水進(jìn)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(jīng)過管道輸送至煤水集中處理設(shè)備進(jìn)行集中處理。整個(gè)處理過程經(jīng)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(jīng)過處理后回流至清水池供反沖洗、煤場(chǎng)噴淋以及棧橋沖用。

2 設(shè)備升級(jí)

2.1 煤水處理設(shè)備

煤水處理設(shè)備是整個(gè)煤泥水處理系統(tǒng)組成的重要部分，加藥后的含煤廢水整個(gè)澄清處理過程均在煤水處理設(shè)備中進(jìn)行，它是整個(gè)煤水澄清的重中之重。

煤水處理設(shè)備由兩個(gè)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(dá)到40 m3/h。整個(gè)處理過程包括：反應(yīng)、澄清、過濾、沖洗以及排泥。經(jīng)過處理后的含煤廢水通過罐頂?shù)某鏊诹魅肭逅毓驔_洗及煤場(chǎng)噴淋所用。

2.2 煤水處理設(shè)備取樣作業(yè)

含煤廢水處理系統(tǒng)在正常投入運(yùn)行過程中需不定期對(duì)煤水處理罐內(nèi)的水質(zhì)進(jìn)行取樣分析，通過對(duì)不同處理階段的煤水進(jìn)行取樣分析得出必要的水質(zhì)結(jié)果，通過對(duì)水質(zhì)結(jié)果的分析來了解處理設(shè)備的處理能力及狀態(tài)，從而對(duì)其有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)，使其達(dá)到最佳的處理效果。

煤水處理罐上有四個(gè)取樣口，如圖3所示，分別是：出水取樣口、澄清區(qū)取樣口、反應(yīng)區(qū)取樣口以及回流區(qū)取樣口，根據(jù)不同的水質(zhì)分析需求選擇不同的取樣口進(jìn)行取樣。

在日常的取樣工作中需當(dāng)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(dǎo)致取樣龍頭極易堵塞，嚴(yán)重影響水樣質(zhì)量且造成大量不必要的勞動(dòng)成本。經(jīng)過全自動(dòng)計(jì)量取樣裝置的改進(jìn)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(shè)備

圖3 煤水處理設(shè)備取樣口

2.3 優(yōu)化取樣方式

2.3.1 全自動(dòng)計(jì)量取樣裝置功能介紹

全自動(dòng)計(jì)量取樣裝置具備以下功能：（1）節(jié)能環(huán)保。采用可循環(huán)使用的充電鋰電池供電，并可通過太陽能電池板對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。（2）一鍵取樣。設(shè)備采用電容式觸摸按鍵，當(dāng)需要取樣時(shí)可點(diǎn)按取樣按鍵，當(dāng)出水口有水流過時(shí)設(shè)備自動(dòng)開始取樣，當(dāng)取樣量達(dá)到設(shè)定的取樣值時(shí)設(shè)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(xiàng)按鈕進(jìn)行選擇，暫定可選取樣量有：100 g、200 g、300 g和400 g（可根據(jù)使用實(shí)際要求進(jìn)行重新設(shè)定）。

（4）管道堵塞報(bào)警。當(dāng)管道堵塞影響取樣時(shí)設(shè)備會(huì)有聲光報(bào)警，提示管道堵塞。

新設(shè)備的應(yīng)用需要對(duì)現(xiàn)有處理罐進(jìn)行必要的改動(dòng)，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(cè)有無水流出。

圖4 取樣裝置安裝示意圖

設(shè)備安裝在原取樣口處，在不取樣的時(shí)候整個(gè)設(shè)備處于省電待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)需要取樣時(shí)可點(diǎn)按控制器上“取樣”按鍵，若需要調(diào)整取樣量的大小可以在點(diǎn)按“取樣”按鍵前先點(diǎn)按“選擇”按鍵對(duì)取樣量進(jìn)行選擇，每按一次“選擇”按鍵，則取樣量增加100 g，當(dāng)選定取樣量后直接點(diǎn)按“取樣”按鍵進(jìn)行自動(dòng)取樣步驟，此時(shí)設(shè)備處于取樣準(zhǔn)備中，一旦水位傳感器檢測(cè)到有清水流出，則控制器控制取樣電動(dòng)閥開始取樣，直至取樣量達(dá)到取樣設(shè)定值為止，在此過程中控制器會(huì)對(duì)電磁閥出水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若取樣過程中水位傳感器監(jiān)測(cè)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(bào)警會(huì)持續(xù)進(jìn)行，直至有工作人員點(diǎn)按主控制器上的“取消取樣”按鍵。主控制器程序執(zhí)行流程如圖5所示。

圖5 主控制器程序執(zhí)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(hào)轉(zhuǎn)換電路、狀態(tài)指示電路、聲光報(bào)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(jī)STC89C52，其是STC公司產(chǎn)的一種低功耗8位微控制器，且具有8K Flash可編程存儲(chǔ)器。此單片機(jī)采用的是同AT89S52相同的MCS-51內(nèi)核，但STC單片機(jī)在很多方面都做了改進(jìn)，使其比傳統(tǒng)51系列單片機(jī)具有更多功能。除具有51內(nèi)核單片機(jī)所具有的標(biāo)準(zhǔn)功能,如8kb Flash存儲(chǔ)器、512b RAM、32個(gè)I/O口線、看門狗定時(shí)器、內(nèi)置4KB EEPROM、MAX810復(fù)位電路、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、4個(gè)外部中斷、一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)以及全雙工串行口,其還具備2種軟件選擇節(jié)電模式、空閑時(shí)間CPU停止工作、掉電保護(hù)方式下RAM內(nèi)容被保存等特殊功能。單片機(jī)體積小、功耗低而且控制穩(wěn)定，是小型主控設(shè)計(jì)的首選CPU，本方案中其主要對(duì)設(shè)計(jì)中所收集的信號(hào)進(jìn)行處理并作出相應(yīng)的控制輸出。

圖7 HX711應(yīng)用電路

稱重傳感器的信號(hào)處理采用24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711，HX711采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其他芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)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(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。其在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(shè)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(yīng)而輸入至觸控板上的電容發(fā)生變化并使其與內(nèi)部基準(zhǔn)電容進(jìn)行比較，將所得差值進(jìn)行有效放大，然后在輸出端輸出高低電平變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)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(dú)有的特性：（1）自動(dòng)靈敏度校準(zhǔn)；（2）它并行的輸出接口；（3）相對(duì)獨(dú)立的可調(diào)靈敏度以及外部電容；（4）可通過其外部電阻的大小調(diào)節(jié)內(nèi)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(yīng)用電路如圖8所示。

圖8 單按鍵應(yīng)用電路

本設(shè)計(jì)思路新穎、方法獨(dú)特，使用簡單的電路設(shè)計(jì)解決了一個(gè)不起眼卻又實(shí)實(shí)在在浪費(fèi)勞動(dòng)資源的問題，也將一改煤水系統(tǒng)技術(shù)落后的局面，相信這個(gè)設(shè)計(jì)在整個(gè)電廠設(shè)備升級(jí)換代局勢(shì)中可以起到示范作用。

1 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

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

3 譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)（第四版）[M].北京：清華大學(xué)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(fā)電工作。