第一篇：加氯水處理設(shè)備及系統(tǒng)附件 現(xiàn)代真空式加氯機工作原理及發(fā)展

加氯水處理設(shè)備及系統(tǒng)附件

現(xiàn)代真空式加氯機工作原理及發(fā)展

現(xiàn)代真空式加氯機原理及控制技術(shù)

所謂真空式加氯機其本質(zhì)是“氣體流量調(diào)節(jié)與測量控制系統(tǒng)”,主要有真空調(diào)節(jié)器，流量計/控制閥及水射器組成這個系統(tǒng)。關(guān)鍵是對氣體壓力和流量二個參數(shù)的調(diào)節(jié)控制。為達到控制這兩個參數(shù)的目的，無論真空式還是正壓式，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制方式是采用差壓穩(wěn)壓器。對氣體而言，假設(shè)系統(tǒng)壓力(或負(fù)壓)穩(wěn)定。只需將調(diào)節(jié)閥口(控制氣體流量)上下游側(cè)的壓差（￠p）調(diào)節(jié)穩(wěn)定，則流過調(diào)節(jié)閥口氣體的流量同調(diào)節(jié)閥口的開度成比例。但實際上這種方法在系統(tǒng)壓力（負(fù)壓）波動時（例如水射器工作水壓波動造成抽吸力變化會影響系統(tǒng)壓力變化），由于氣體的可壓縮性，即使在差壓穩(wěn)定時，流過調(diào)節(jié)閥口的實際氣體流量（質(zhì)量流量）仍會發(fā)生變化。這是差壓調(diào)節(jié)方式存在的固有缺陷，其調(diào)節(jié)閥位開度并不一定同氣體流量成比例，閥位開度輸出信號也不能準(zhǔn)確代表氣體流量。為減小這種波動，在真空調(diào)節(jié)器入口處常常增設(shè)一個減壓（穩(wěn)壓）閥、有時在水射器入口處增設(shè)穩(wěn)壓閥。

為了克服上述存在的缺陷，氣體動力學(xué)的音速流調(diào)節(jié)技術(shù)被應(yīng)用于現(xiàn)代真空加氯機。這是加氯機氣體流量調(diào)節(jié)與測量控制技術(shù)的一次重大突破。當(dāng)氣體流速達到聲音在該氣體中的傳輸速度時?？蓧嚎s的氣體流體特性變成了不可壓縮流體。同時，要使其流速超過音速（即超音速），存在一個耗能很大的音障區(qū)。一但加氯機水射器抽吸力將氣體流過調(diào)節(jié)閥口的流速達到音速，則此時流過調(diào)節(jié)閥口的氣體流量僅同閥口開度成比例（音速噴咀原理，可用來測量氣體質(zhì)量流量）。即使水射器抽吸力進一步增大（即系統(tǒng)壓力變化），流經(jīng)調(diào)節(jié)閥口的氣體流速也不會變化。調(diào)節(jié)閥口開度同氣體流量完全成比例。其閥位開度輸出信號準(zhǔn)確代表氣體流量。

差壓穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)的真空加氯機

水流經(jīng)水射器喉管形成一個真空，從而開啟水射器中的單向閥。真空通過負(fù)壓管路傳至真空調(diào)節(jié)器，負(fù)壓使真空調(diào)節(jié)器上的進氣閥打開，壓力氣源的氣體流入。真空調(diào)節(jié)器中彈簧作用的膜片調(diào)節(jié)真空度。氣體在負(fù)壓抽吸下經(jīng)過流量計和調(diào)節(jié)閥。差壓穩(wěn)壓器控制流過調(diào)節(jié)閥的壓差，在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。通過負(fù)壓管路，氣體被送至水射器，與水完全混合后形成氯水溶液。從水射器到真空調(diào)節(jié)器上的進氣閥整個系統(tǒng)完全處于負(fù)壓狀態(tài)。不論什么原因水射器的給水停止或負(fù)壓條件被破壞，真空調(diào)節(jié)器中彈簧支承的進氣閥就會立刻關(guān)閉，隔斷壓力氣體供給。

音速流原理調(diào)節(jié)的真空加氯機

水流經(jīng)水射器喉管形成一個真空，從而開啟水射器中的單向閥。真空通過負(fù)壓管路傳至真空調(diào)節(jié)器、負(fù)壓使真空調(diào)節(jié)器上的進氣閥打開，壓力氣源的氣體流入。真空調(diào)節(jié)器中彈簧作用的膜片調(diào)節(jié)真空度。氣體在真空抽吸下經(jīng)過流量計，在較高的負(fù)壓壓差作用下，一但氣體以音速流過調(diào)節(jié)閥。根據(jù)氣體動力學(xué)原理，此時對氣體的調(diào)節(jié)等同于對液體的調(diào)節(jié)。流經(jīng)調(diào)節(jié)閥口的氣體流量不隨系統(tǒng)壓力及上下游壓差（在一定范圍內(nèi)）的變化而變化，即水射器工作水壓（高于工作啟始壓力起）的變化而變化。此時，氣體流速恒定（音速）而且不可壓縮。流量完全同調(diào)節(jié)閥開度成比例（等同于音速噴咀質(zhì)量流量計）。從而克服了傳統(tǒng)差壓穩(wěn)壓調(diào)節(jié)方式的缺陷。使氣體流量調(diào)節(jié)穩(wěn)定而精確。通過負(fù)壓管路氣體被送至水射器。與水完全混合后形成氯水溶液。從水射器到真空調(diào)節(jié)器上的進氣閥系統(tǒng)完全處于負(fù)壓狀態(tài)，不論什么原因水射器的給水停止或負(fù)壓條件被破壞，真空調(diào)節(jié)器中彈簧支承的進氣閥就會立刻關(guān)閉，隔斷壓力氣體供給。音速流原理大大簡化了系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)，極大地提高了系統(tǒng)可靠性。

水射器

A位置：低流速/高水壓

B位置：高流速/低水壓

水射器工作原理圖

水射器水利條件原理圖

水射器基本工作原理是根據(jù)能量守恒，采用文丘利噴嘴結(jié)構(gòu)。在喉部流速增大，動能提高而壓能下降，以至壓力下降至低于大氣壓而產(chǎn)生抽吸作用，將氣體抽入同水混合。水射器是加氯機氣體流量調(diào)節(jié)及測量控制系統(tǒng)的動力部件（喻為加氯機的發(fā)動機）。正確選型加氯機及水射器必須清楚了解下列參數(shù)及概念：

Ps－工作水壓力;在正常工作條件下，水射器入口處測得的壓力。Pb－工作背壓;在正常工作條件下，水射器出口處測得的壓力。

為正確的確定Ps和Pb值，必須在正常工作條件下對水射器運行系統(tǒng)進行水力學(xué)分析。

注意此處所說的“正常工作條件下”僅指有水流過系統(tǒng)管路時來確定水射器工作水壓和背壓。因為水管輸送到水射器過程中有管路磨檫損失，也說明在溶液投加點處的壓力不能認(rèn)為是水射器出口工作背壓，因為在溶液管線也會有磨檫損失。

水射器工作水壓：Ps = P-Fs±HS P－接至水射器供水管線處的管網(wǎng)水壓。

Fs－流過水射器供水管、閥門、過濾器、接頭等的磨檫損失。Hs－水廠管網(wǎng)和水射器入口處之間的高程差 水射器工作背壓：Pb = Fb+Pd+Fd+Hb

Fb－流過溶液投加管線、閥門、接頭等磨檫損失。Pd－投加點處擴散器上受到的壓力。Fd－流過擴散器的摩擦損失(水頭損失)。Hb－水射器出口和溶液投加點之間的高程差。

注：有關(guān)工作水壓、工作背壓及耗水量參數(shù)之間關(guān)系的水射

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加氯機性能比較舉例

加氯機品牌 型號 Capital controls(Fisch&porter)FX4400(70C4400)音速流調(diào)節(jié) 20 kg/h 515 Kpa 17.9 Kpa 1.5 m 13.8 Kpa

W&T V-2000 壓差穩(wěn)壓器調(diào)節(jié) kg/h 515 Kpa 17.9 Kpa 1.5 m 13.8 Kpa

比較分析

根據(jù)左表數(shù)據(jù)，二種加氯機在供水壓力、管線長度、安裝位置、擴散器水頭損失及背壓均一樣的條件下，表現(xiàn)出的實際運行效果有非常大的差運行原理 投加量 增壓泵出水壓力 擴散器出口背壓 擴散器位置水頭 擴散器水頭損失 水射器至擴散器溶 管線等效長度 實際所需增壓泵流量 實際所需溶液管徑 溶液在管線中駐留時間

別：

1.額外的設(shè)備成本：W&T 加氯機所需增壓泵及溶液管線的造價遠大于Capital controls加氯機。2.運行成本：

①水費：W&T加氯機所需水量比Capital controls加氯機多45.8m3/h若以

自來水水價0.8元/ m3計，每年運行300天，則額外增加的水費為： 0.8×45.8×24×300 = 263808元（26.38萬元/ 年）②電費：以國產(chǎn)多級水泵為例

30.5 m 10 m3/h 32 m 8.5 S

30.5 m 55.8 m3/h 76 m 9 S

Q=12m3/h H=54m(540KPa)功率3.0kw Q=60m3/h H=55m(550KPa)功率18.5kw

功耗W&T加氯機比Capital controls 加氯機多15.5kw。若以電價0.4元/度計，每年運行300天，則額外增加電費為： 0.4×15.5×24×300 = 44640元（4.46萬元/ 年）

則：W&T一臺20kg/h加氯機一年運行成本增加合計：30.84萬元

注：表格中有關(guān)數(shù)據(jù)摘自美國EPA162511-86/021《Design Manual Municipal waste-water Disinfection》U.SEnvironmental Protection Agency, Office of Research and Development and Water Engineering Research Laboratory,Center for Environmental Research Information [《市政廢水消毒設(shè)計手冊》美國環(huán)境保護學(xué)會（EPA）, 研究與發(fā)展辦公室和水工程研究實驗室，環(huán)境研究情報中心編著］第5章“鹵素消毒”第62~64頁。

音速流調(diào)節(jié)加氯機的特點

音速流調(diào)節(jié)技術(shù)是真空式加氯機技術(shù)進步及發(fā)展的一個里程碑。目前首都（Capital controls）加氯機，音速流調(diào)節(jié)加氯機最大投加量已達到60kg/h。遠遠領(lǐng)先其競爭對手，代表了當(dāng)今世界加氯機技術(shù)發(fā)展的最高水平。

1.同差壓穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)的加氯機相比較，省掉了差壓穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器及真空斷路器，可動及易損部件大大減少。符合現(xiàn)代設(shè)計思想－ 簡單就是美（Simple is Best）。極大的提高了可靠性及預(yù)期使用壽命。

2.音速流調(diào)節(jié)保證了流量高度恒定?？刂频姆€(wěn)定性及精度大大提高。幾乎不受工作水壓的波動影響。3.高效節(jié)能、運行及維護成本低、性價比高。4.流量比例控制真正達到精確、穩(wěn)定。

所謂真空式加氯機其本質(zhì)是“氣體流量調(diào)節(jié)與測量控制系統(tǒng)”，主要有真空調(diào)節(jié)器，流量計/控制閥及水 射器組成這個系統(tǒng)。關(guān)鍵是對氣體壓力和流量二個參數(shù)的調(diào)節(jié)控制。為達到控制這兩個參數(shù)的目的，無論 真空式還是正壓式，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制方式式采用差壓穩(wěn)壓器（或稱差壓調(diào)節(jié)器）。對氣體而言，假設(shè)系統(tǒng) 壓力（或負(fù)壓）穩(wěn)定。只需將調(diào)節(jié)閥口（控制氣體流量）上下游測的壓差（△p）調(diào)節(jié)穩(wěn)定，則流過調(diào)節(jié) 閥口氣體的流量同調(diào)節(jié)閥口的開度成比例。但實際上這種方法在系統(tǒng)壓力（負(fù)壓）波動時（例如水射器工 作水壓波動造成抽吸力變化會影響系統(tǒng)壓力變化），由于氣體的可壓縮性，即使在差壓穩(wěn)定時，流過調(diào)節(jié) 閥口的實際氣體流量（質(zhì)量流量）仍會發(fā)生變化。這是差壓調(diào)節(jié)方式存在的固有缺陷，其調(diào)節(jié)閥位開度并 不一定同氣體流量成比例，閥位開度輸出信號也不能準(zhǔn)確代表氣體流量。為減小這種波動，在真空調(diào)節(jié)器 入口處常常增設(shè)一個減壓（穩(wěn)壓）閥、有時在水射器入口處增設(shè)穩(wěn)壓閥。

為了克服上述存在的缺陷，氣體動力學(xué)的音速流調(diào)節(jié)技術(shù)被應(yīng)用于現(xiàn)代真空加氯機。這是加氯機氣體流 量調(diào)節(jié)與測量控制技術(shù)的一次重大突破。當(dāng)氣體流速達到聲音在該氣體中的傳輸速度時。可壓縮的氣體流 體特性變成了不可壓縮流體。同時，要使其流速超過音速（即超音速），存在一個耗能很大的音障區(qū)。一 但加氯機水射器抽吸力將氣體流過調(diào)節(jié)閥口的流速提升到音速，則此時流過調(diào)節(jié)閥口的氣體流量僅同閥口 開度成比例（音速噴咀原理，可用來測量氣體質(zhì)量流量）。即使水射器抽吸力進一步增大（即系統(tǒng)壓力變 化），流經(jīng)調(diào)節(jié)閥口的氣體流速也不會變化。調(diào)節(jié)閥口開度同氣體流量完全成比例。其閥位開度輸出信號 準(zhǔn)確代表氣體流量。

水流經(jīng)水射器喉管形成一個真空，從而開啟水射器中的單向閥。真空通過負(fù)壓管路傳至真空調(diào)節(jié)器，負(fù) 壓使真空調(diào)節(jié)器上的進氣閥打開，壓力氣源的氣體流入。真空調(diào)節(jié)器中彈簧作用的膜片調(diào)節(jié)真空度。氣體 在負(fù)壓抽吸下經(jīng)過流量計和調(diào)節(jié)閥。差壓穩(wěn)壓器控制流過調(diào)節(jié)閥的壓差，在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。通過負(fù) 壓管路，氣體被送至水射器，與水完全混合后形成氯水溶液。

從水射器到真空調(diào)節(jié)器上的進氣閥整個系統(tǒng)完全處于負(fù)壓狀態(tài)。不論什么原因水射器的給水停止或負(fù)壓 條件被破壞，真空調(diào)節(jié)器中彈簧支承的進氣閥就會立刻關(guān)閉，隔斷壓力氣體供給。

水流經(jīng)水射器喉管形成一個真空，從而開啟水射器中的單向閥。真空通過負(fù)壓管路傳至真空調(diào)節(jié)器，負(fù) 壓使真空調(diào)節(jié)器上的進氣閥打開，壓力氣源的氣體流入。真空調(diào)節(jié)器中彈簧作用的膜片調(diào)節(jié)真空度。氣體 在真空抽吸下經(jīng)過流量計，在較高的負(fù)壓壓差作用下，一但氣體以音速流過調(diào)節(jié)閥，根據(jù)氣體動力學(xué)原 理，此時對氣體的調(diào)節(jié)等同于對液體的調(diào)節(jié)。流經(jīng)調(diào)節(jié)閥口的氣體流量不隨系統(tǒng)壓力及上下游壓差（在一 定范圍內(nèi)）的變化而變化，即水射器工作水壓（高于工作啟始壓力起）的變化而變化。此時，氣體流速恒 定（音速）而且不可壓縮。流量完全同調(diào)節(jié)閥開度成比例（等同于音速噴咀質(zhì)量流量計）。從而克服了傳 統(tǒng)差壓穩(wěn)壓調(diào)節(jié)方式的缺陷。使氣體流量調(diào)節(jié)穩(wěn)定而精確。通過負(fù)壓管路氣體被送至水射器。與水完全混 合后形成氯水溶液。從水射器到真空調(diào)節(jié)器上的進氣閥系統(tǒng)完全處于負(fù)壓狀態(tài)，不論什么原因水射器的給 水停止或負(fù)壓條件被破壞，真空調(diào)節(jié)器中彈簧支承的進氣閥就會立刻關(guān)閉，隔斷壓力氣體供給。音速流原 理打打簡化了系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)，極大地提高了系統(tǒng)可靠性。

水射器基本工作原理是根據(jù)能量守恒，采用文丘利噴嘴結(jié)構(gòu)。在喉部流速增大，動能提高而壓能下降，以至壓力下降至低于大氣壓而產(chǎn)生抽吸作用，將氣體抽入同水混合。水射器是加氯機氣體流量調(diào)節(jié)及測 量控制系統(tǒng)的動力部件（喻為加氯機的發(fā)動機）。正確選型加氯機及水射器必須清楚了解下列參數(shù)及概念： 水射器工作水壓：Ps = P-Fs±HS

Ps－工作水壓力;在正常工作條件下，水射器入口處測得的壓力。Pb－工作背壓;在正常工作條件下，水射器出口處測得的壓力。

為正確的確定Ps和Pb值，必須在正常工作條件下對水射器運行系統(tǒng)進行水力學(xué)分析。注意此處所說的“正常工作條件下”僅指有水流過系統(tǒng)管路時來確定水射器工作水壓和背壓。因為水管輸送到水射器過程中有管路磨檫損失，也說明在溶液投加點處的壓力不能認(rèn)為是水射 器出口工作背壓，因為在溶液管線也會有磨檫損失。P－接至水射器供水管線處的管網(wǎng)水壓。

Fs－流過水射器供水管、閥門、過濾器、接頭等的磨檫損失。Hs－水廠管網(wǎng)和水射器入口處之間的高程差 水射器工作背壓：Pb = Fb+Pd+Fd+Hb Fb－流過溶液投加管線、閥門、接頭等磨檫損失。Pd－投加點處擴散器上受到的壓力。Fd－流過擴散器的摩擦損失(水頭損失)。Hb－水射器出口和溶液投加點之間的高程差。