大中型水厂清水池的节能设计

罗惠云， 周健
(湖南省建筑设计院，湖南长沙　410011)

　　摘　要：结合长沙市第八水厂清水池的设计，提出了一种在满足调蓄水量和氯化消毒接触时间的同时能够抬高池内水位的异水位设计。经能耗分析表明，异水位比同水位设计可节约22万元/a。
　　关键词：清水池；设计；节能措施
　　中图分类号：TU991.34
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)04-0065-02

　　城镇给水厂的清水池具有蓄存调节水量和满足氯化消毒接触时间的作用，以往设计从容量方面考虑较多，而很少注意抬高池内水位的节能效果。长沙市第八水厂的清水池设计采用异水位，以抬高池内水位使清水池具有水量调蓄和抬高水位双重作用，节能效果显著。?

1 　设计介绍

　　长沙市第八水厂设计总规模为50×10⁴m³/d，一期工程设计规模为25×10⁴m³/d，于2000年9月底投产运行。净水工艺为原水→高速混合→折板絮凝→平流沉淀→均粒滤料过滤，清水从清水池自流到吸水井，再经二泵房抽升输送至城市管网。为节省用地，清水池与平流沉淀池采用叠合方式建造。?
　　确定清水池容积时需考虑两个因素：一是清水池调蓄容积由一、二级泵站供水量曲线确定(两泵站每小时供水量越接近时，清水池的调蓄容积越小；两泵站每小时供水量差额越大时，清水池的调蓄容积亦大)；二是清水池容积必须满足氯化消毒接触时间的需要，至少应保证混合时间为30min以上。
　　池体分成南池和北池两组，每组分成1、2两格，单格平面尺寸为100.0m×16.0m，有效水深为4.1m，有效容积为6338m³，每格之间串联，总容积为25352m³，占水厂设计处理水量的10.14%。清水池设置两根进水管，分别位于南池1及北池1的进水端，北池1进水管的阀门平时处于关闭状态，该阀的设置是为了单独清洗、检修南池时，通过关闭南、北池的联系阀门使清水池保持一半的调节容积。清水池设置两根出水管，均接至二泵房的吸水井，分别位于南池1及北池2的出水端，两出水管控制阀门处于开启状态，北池2的出水管至吸水井管端装设单向出水拍门，允许水从清水池流向吸水井，但不能反向流动(见图1)；两根出水管的出流量可根据水位自动调节。南池1和南池2用渠道连接(渠道长×高=5.0m×0.4m，距池底3.70m)，当南池1的水位超过3.70m时，水由南池1经过渠道至南池2和北池。上述过程可通过拍门自动调节。滤后加氯点设在清水池进水总管上，南池1容积为6338m³、吸水井容积为1635m³，两者之和为7973m³，按设计规模为25×10⁴m³/d和时变化系数为1.251计算，加氯点至二泵房出水停留时间为45min，满足规范中"不小于30min"的要求。?

2 　节能分析

　　对异水位(即南池1高水位、南池2和北池低水位)与同水位设计方式(南池与北池水位相同)进行了节能分析对比(见表1、2)。?　　具体分析方法为：将能耗分最大日和平均日两种工况；日变化系数根据1998年度平均日与最高日用水量资料整理而得；净化处理构筑物每天均匀工作(即一泵房按24h均匀运行)；清水池逐时调节百分率为一、二泵房供水曲线之差；清水池调节容积为调节百分率与日供水量的乘积。

表1 异水位能耗计算 时刻(h) 一泵站逐时供水百分率(%) 城市逐时用水百分率(%) 二泵站逐时供水百分率(%) 清水池逐时调节百分率(%) 工况Ⅰ--最大日(25×10⁴m³/d) 工况Ⅱ--平均日(20×10⁴m³/ d) 清水池调节容积(m³) 清水池 调节容积累计(m³) 清水池出水水位H′(m) 逐时出 水流量Q(m³ /h) 能耗N(kW) 清水池调节容积(m³) 清水池调节容积累计(m³) 清水池出水水位H′(m) 逐时出水流量Q(m³/h) 能耗N(kW) 1 4.16 2.996 2.50 1.66 4150 4275 2.77 6250 6250 1004.86 3320 8620 4.10 781.25 2 4.17 2.727 2.50 1.67 4175 8450 4.10 6250 6250 976.56 3340 11960 4.10 781.25 3 4.17 2.862 2.50 1.67 4175 12625 4.10 6250 6250 976.56 3340 15300 4.10 781.25 4 4.16 2.691 2.50 1.66 4150 16775 4.10 6250 6250 976.56 3320 18620 4.10 781.25 5 4.17 2.723 2.50 1.67 4175 20950 4.10 6250 6250 976.56 3340 21960 4.10 781.25 6 4.17 2.767 2.50 1.67 4175 25125 4.10 6250 6250 976.56 3340 25300 4.10 781.25 7 4.16 4.522 2.50 -1.70 -4250 20875 4.10 14650 14650 2289.06 -3400 31900 4.10 1831.25 8 4.17 5.017 5.86 -1.70 -4250 16625 4.10 14675 14675 2292.97 -3400 18500 4.10 1834.38 9 4.17 5.513 5.87 -1.70 -4250 12375 4.10 14675 14675 12292.97 -3400 15100 4.10 1834.38 10 4.16 4.559 4.15 0.01 25 12400 4.10 10375 10375 1621.09 20 15120 4.10 1296.88 11 4.17 4.428 4.15 0.02 50 12450 4.10 10375 10375 1621.09 40 15160 4.10 1296.88 12 4.17 4.429 4.15 0.02 50 12500 4.10 10375 10375 1621.09 40 15200 4.10 1296.88 13 4.16 4.425 4.15 0.01 25 12525 4.10 10375 10375 1621.09 20 15220 4.10 1296.88 14 4.17 4.230 4.15 0.02 50 12575 4.10 10375 10375 1621.09 40 15260 4.10 1296.88 15 4.17 4.109 4.15 0.02 50 12625 4.10 10375 10375 1621.09 40 15300 4.10 1296.88 16 4.16 4.296 4.15 0.01 25 12650 4.10 10375 10375 1621.09 20 15320 4.10 1296.88 17 4.17 4.395 4.15 0.02 50 12700 4.10 10375 10375 1621.09 40 15360 4.10 1296.88 18 4.17 4.402 4.15 0.02 50 12750 4.10 10375 10375 1621.09 40 15400 4.10 1296.88 19 4.16 5.932 5.86 -1.70 -4250 8500 4.10 14650 14650 2289.06 -3400 12000 4.10 1831.25 20 4.17 5.328 5.87 -1.70 -4250 4250 2.75 14675 14675 2360.40 -3400 8600 4.10 1834.38 21 4.17 5.262 5.87 -1.70 -4250 0 0 14675 14675 2497.79 -3400 5200 3.36 1683.95 22 4.16 4.154 4.15 0.01 25 25 0.02 10375 10375 1765.19 20 5220 3.38 1317.22 23 4.17 4.119 4.15 0.02 50 75 0.05 10375 10375 1764.13 40 5260 3.40 1316.65 24 4.17 4.114 4.15 0.02 50 125 0.08 10375 10375 1763.07 40 5300 3.43 1315.81 合计 100 100 100 0.00 0.00 250000 39792.17 0.00 31338.63

表2 同、异水位能耗分析比较 项目 工况Ⅰ 工况Ⅱ 同水位 异水位 同水位 异水位 能耗［(kW·h)/d］ 41096.88 39792.17 32537.52 31338.63 节省能耗［(kW·h)/d］ 1304.71 1198.89 节能率(%) 3.28 3.83

　　水厂调度应充分利用清水池调节容积，使池内水位处于较高水位状态供水。工况Ⅰ时清水池贮水容积为0～25125m³，调节范围为25 125m³，占总容积的99.10%；工况Ⅱ时清水池贮水容积为5200～25300m³，调节范围为20100m³，占总容积的79.28%。两种工况在21:00时的贮水容积分别为0、5200m³，处于全天最小。
　　按下式计算泵功率(N)：?
?　　　　N=(r×Q×H)/(102×η)　　　　(1)
　　式中 ?r--水密度，1000kg/m³
?　　　　 Q--逐时出水流量，m³/h?
?　　　　 η--水泵效率，取0.8
　　　　? H--泵扬程?
　　若二泵房出水扬程以0.5 MPa计，则H=50-清水池出水水位H′。
　　由表2可见，平均供水日可节电1199(kW·h)/d，占实际耗电量的3.83%，若电价以0.5元/(kW·h)计，则可节省电费600元/d(约22万元/a)；以总规模50×10⁴m³/d计算，可节省电费44万元/a。

　　电　　话：(0731)5166221 5163601
　　收稿日期：2001-08-02