城市给水系统能耗分析与节能技术研究

【摘要】：城市给水处理厂是城市供水系统的核心部分,是关系到城市生存和发展重要的基础设施。在这个系统的运行过程中,能量消耗大是它重要的特征,如何找出该系统中哪些能耗是有效的,哪些是不可避免的,从而有针对性的提出节能方法,指导工程实践,这对于水厂节能工作的开展具有重要的意义。 本研究以热力学分析为基础,结合水厂各处理单元的工作机理,建立了各处理单元以及整个水厂的能量平衡分析模型,提出了能效评价的方法,并结合工程实例,对取水泵站、水处理单元、送水泵站整个系统进行了能耗分析与应用研究。主要工作和结论如下: (1) 本文列举了四座典型城市给水处理厂的能耗状况,并用图表对各处理单元的实际能耗进行了分析;对各处理单元中不同构筑物的能耗进行了比较,从节能的角度推荐了值得采用的构筑物型式。 (2) 结合絮凝过程的微涡旋理论,提出了絮凝池(火用)分析模型,根据此模型可对絮凝池能量的输入情况进行分析和评价。本文提出的絮凝池(火用)效率计算公式,可作为衡量絮凝池能耗的指标。(火用)效率越高,则能量的利用率越高。(火用)效率计算公式: (火用)效率η_e=E_(有效)/E_(输入)=(G_(有效)/G_(输入))~2 (3) 通过对滤池过滤过程的分析研究,提出了过滤过程的(火用)分析模型,并在此基础上进行了滤池过滤的优化研究;对反冲洗过程,也提出了(火用)分析模型,并结合实例对气水反冲洗滤池和单纯水冲洗滤池进行了冲洗能耗的对比分析。 (4) 通过分析取水泵站的特点,提出了能量分析模型,并用该模型对涪陵第二水厂的取水泵站在改造前、泵组切削叶轮后和变频调速改造后分别进行了能耗计算和分析,从而为老取水泵站的节能改造和新建取水泵站的优化设计提供了方法。 (5) 在对送水泵站能耗的分析中,提出了送水泵站的能量分析模型,分析了用水量变化系数和泵站能耗之间的关系,提出了大、小泵搭配的改进选泵方法。对送水泵站中采用变频调速的几个关键技术问题进行了分析,并结合实例对送水泵站节能改造前后的能耗情况进行了分析比较,从而为老送水泵站的节能改造和新建送水泵站的优化设计提供了方法。 (6) 对整个水厂建立了(火用)平衡分析的灰箱模型,用此模型可以确定各处理单元及整体的(火用)损失及其分布,找出能量损失的原因,为老水厂的节能改造和新建水厂的优化设计提供方法。在整个水厂进行能耗分析的过程中,应用全局优化的观点建模,并进行了遂宁市第二水厂节能改造的实例研究,该水厂一年多的运行结果表明,水厂节能改造后比改造前节省电耗约20%,节能效果明显。 【关键词】：城市给水处理厂 泵站 能量分析模型 (火用)效率 能耗 节能技术
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TU991.3
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-14
• 1 绪论14-26
• 1．1 我国城市供水发展的现状和主要问题14-17
• 1．1．1 城市供水发展现状14
• 1．1．2 城市供水水质有待进一步提高14-15
• 1．1．3 我国城市供水漏损控制有待提高15-16
• 1．1．4 供水企业经营成本太高16-17
• 1．2 我国能源及城市供水系统能耗概况17-19
• 1．3 国内外研究现状19-25
• 1．3．1 泵站的能耗分析与优化19-21
• 1．3．2 给水处理厂能耗的审计与管理21-22
• 1．3．3 给水处理过程中能耗的分析22-24
• 1．3．4 节能研究存在的问题和主要发展趋势24-25
• 1．4 课题的来源、研究目的和意义25-26
• 1．4．1 课题的来源和研究目的25
• 1．4．2 研究内容25-26
• 2 城市给水处理厂典型工艺能源利用现状调查26-38
• 2．1 城市给水处理厂能耗的现状调查26-34
• 2．1．1 所调查的各处理厂概况26-31
• 2．1．2 各水厂耗能情况分析31-34
• 2．2 给水处理厂典型工艺的耗能水平分析对比34-37
• 2．2．1 混合34-35
• 2．2．2 絮凝35
• 2．2．3 沉淀和澄清35-36
• 2．2．4 过滤36-37
• 2．2．5 净水构筑物的系统考虑37
• 2．3 小结37-38
• 3 给水处理厂节能的热力学原理与方法38-46
• 3．1 基本概念38-39
• 3．1．1 系统与环境38
• 3．1．2 平衡状态38
• 3．1．3 状态参数38-39
• 3．1．4 功和热量39
• 3．1．5 可逆过程39
• 3．2 热力学第一定律与能量衡算式39-40
• 3．3 热力学第二定律和(火用)40-41
• 3．3．1 热力学第二定律的表述及孤立系统熵增原理40-41
• 3．3．2 (火用)的定义41
• 3．4 能量(火用)的计算41-43
• 3．4．1 环境与物系的基准状态41
• 3．4．2 各种形式能量的(火用)41-43
• 3．5 (火用)损失和(火用)衡算方程式43-44
• 3．6 (火用)效率和(火用)损系数44
• 3．7 小结44-46
• 4 絮凝池能耗分析与应用研究46-64
• 4．1 絮凝工艺概述46-47
• 4．2 絮凝动力学研究47-49
• 4．2．1 速度梯度理论47-48
• 4．2．2 微涡旋理论48-49
• 4．3 对絮凝理论的分析49-50
• 4．4 高效絮凝池的特征及实现50-57
• 4．4．1 絮凝池G值合理分布动力模式及其应用50-54
• 4．4．2 能量在絮凝池中的分布54
• 4．4．3 絮凝池微涡旋特征用于控制紊流能耗54-56
• 4．4．4 絮凝池能耗的(火用)分析模型56-57
• 4．5 工程应用研究57-63
• 4．5．1 工程背景及工艺改造57-58
• 4．5．2 改造后的小孔眼网格反应池关键工艺参数58-60
• 4．5．3 改造前穿孔旋流反应池的工艺参数60
• 4．5．4 改造前后流速梯度及能量的(火用)分析60-62
• 4．5．5 水厂改造前后效果比较分析62-63
• 4．6 小结63-64
• 5 过滤过程的能耗与能效研究64-80
• 5．1 过滤过程的能耗分析64-65
• 5．2 过滤过程中过滤水头损失、出水浊度与过滤周期的关系65-68
• 5．2．1 过滤水头损失的计算65-67
• 5．2．2 过滤澄清基本方程式与滤池出水浊度表达式67-68
• 5．2．3 过滤过程最大水头损失和合理过滤周期的确定68
• 5．3 过滤过程的能量描述及其最优运行条件68-70
• 5．3．1 过滤过程的能量描述68
• 5．3．2 滤池最优运行条件68-70
• 5．4 滤池气水反冲洗机理及其数学描述70-71
• 5．4．1 水反冲洗机理简述70
• 5．4．2 考虑剪切作用的气、水反冲洗速度梯度70-71
• 5．5 滤池反冲洗过程的能量描述71-73
• 5．5．1 滤池反冲洗的(火用)分析模型71-72
• 5．5．2 滤池反冲洗能量分析的步骤72-73
• 5．6 过滤和反冲洗(火用)分析模型的应用研究73-79
• 5．6．1 过滤方程式中若干参数的确定73-74
• 5．6．2 过滤过程的(火用)分析74-75
• 5．6．3 滤池的优化75-77
• 5．6．4 反冲洗过程的(火用)分析77-79
• 5．7 小结79-80
• 6 取水泵站能耗分析与应用研究80-96
• 6．1 水泵水力特性方程及其参数计算80-82
• 6．1．1 工频泵特性方程80
• 6．1．2 调速水泵特性方程80-81
• 6．1．3 并联泵站水力特性公式81
• 6．1．4 Q-N方程81-82
• 6．1．5 Q-η方程82
• 6．2 目前取水泵站传统设计方法存在的问题82-83
• 6．3 优化设计方案83-85
• 6．4 取水泵站的(火用)分析模型及能量分析步骤85-86
• 6．5 已建取水泵站的节能技术改造和运行方式调整86-89
• 6．5．1 水泵优化组合86
• 6．5．2 切削叶轮86-87
• 6．5．3 采用变频调速技术87-89
• 6．6 工程实例89-94
• 6．6．1 能耗分析89-91
• 6．6．2 优化设计91
• 6．6．3 节能改造措施及节能效果评价91-94
• 6．7 小结94-96
• 7 城市送水泵站的能耗分析与应用研究96-116
• 7．1 城市送水泵站存在的问题96
• 7．2 城市送水泵站能量的(火用)分析模型96-97
• 7．3 送水泵站中水泵的优化组合运行方案97-102
• 7．3．1 用水量变化系数与泵站能耗的关系98-101
• 7．3．2 供水泵房设计优化选型101-102
• 7．4 水泵调速运行方式研究102-108
• 7．4．1 水泵调速运行102-104
• 7．4．2 水泵调速的合理配置台数104-105
• 7．4．3 多台水泵并联运行中调速泵最大调速范围的确定105-106
• 7．4．4 水泵调速运行时的工况变化106-108
• 7．5 四川省遂宁市第二自来水厂供水泵站节能技术改造108-114
• 7．5．1 第二水厂改造前能量分析108-109
• 7．5．2 第二水厂改造后的能量分析109-112
• 7．5．3 结果分析112
• 7．5．4 第二水厂改造后调速运行的能耗分析112-114
• 7．6 小结114-116
• 8 城市给水处理厂全厂能耗分析与应用研究116-128
• 8．1 给水处理厂全厂的能量分析模型及步骤116-119
• 8．1．1 给水处理厂能量(火用)分析模型116-117
• 8．1．2 计算式117-119
• 8．2 能耗的主要评价指标119-120
• 8．2．1 比能耗119
• 8．2．2 利用率119-120
• 8．3 城市给水处理厂全厂能量平衡分析与应用研究120-127
• 8．3．1 给水处理厂简介120-122
• 8．3．2 水厂中各单元过程的(火用)平衡分析122-124
• 8．3．3 该水厂的能量平衡表124-126
• 8．3．4 水厂的能流图126
• 8．3．5 结果分析126-127
• 8．4 小结127-128
• 9 结论及建议128-130
• 9．1 结论128-129
• 9．2 建议129-130
• 致谢130-132
• 参考文献132-136
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录136-138
• 独创性声明138
• 学位论文版权使用授权书138

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