给水系统设计步骤范文篇1

关键词：氧夹点；技术分析；废水系统

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：

1．氧夹点的意义

Zhelev和Bhaw[1]在2000年的时候指出废水量的最小化将会导致废水质的恶化，废水质的恶化将导致废水处理费用的增加。水夹点分析法只从废水处理量最小化的角度考虑废水处理费用的最小化，氧夹点分析则从废水质的角度考虑废水处理费用的最小化。因为量的最小化产生的二次污染，必须通过生化处理（二级处理）来使最终排放废水达标。氧夹点分析解决的二级处理中的耗氧量最小化问题。

氧夹点分析的参数是废水以O2为标准的水质指标，常用的以O2为标准的废水质的衡量指标包括：ThOD（理论需氧量）、COD（化学需氧量）、BOD（生物需氧量）等。本文采用COD指标，废水COD的多少与废水的质呈反比关系，废水COD也可直接反映了废水降解微生物的健康状况，微生物的健康状况与活动微生物的数量成正比。废水水处理费用与废水处理的COD负荷成正比关系，可以得出处理费用与COD负荷之间的模拟关系式4.7：

（4.7）

式4.7中为微生物降解的废水COD负荷，为正实数。当4.7式中的最小时，从废水量和质两个方面保证废水处理费用最小。氧夹点分析的主要目的是在水夹点分析的基础上，确定生化处理的最小耗氧量，来确保废水生化处理的处理效率最高，处理费用最省。

氧夹点分析的意义主要两点：

（1）确定废水处理的过程中废水杂质生化降解的最小需氧量。

（2）反映微生物生长速率、活动微生物数量和底物浓度之间的关系。

2.氧夹点分析的步骤

氧夹点分析与废水处理网络水夹点的步骤相类似，单杂质废水与多杂质废水的氧夹点分析过程大致相同，主要包括以下几个步骤：

步骤一：将各废水流股进出口浓度转化为生化降解所需的化学需氧量COD，并计算出各流股的进出口总COD值。在以COD为纵坐标，溶解速率D为横坐标得到流股曲线如图4.5b所示，在生化处理中可降解的COD浓度经常被看作底物浓度S，并对其取倒数的1/S，对D取倒数（1/D污水净化中称之为平均残留期）得到4.5c所示的流股定义图。

步骤二：将坐标系中每个1/S区间上的废水流股的平均残留期进行加和，做出过程流股的组合曲线图。

步骤三：以原点为中心旋转供氧曲线，当供氧曲线与组合曲线相切时，得到的供养线就是极限供氧曲线，其斜率就是生化处理的最小需氧量。采用图4.5c的流股定义曲线的氧夹点分析步骤如图4.6所示。

极限供氧曲线的斜率还可以表示微生物的生长率、底物中氧的溶解度、污染物在处理单元的停留时间等，它的大小反映的是废水质的好坏。斜率较大时，说明同等稀释速率下要稀释的废水COD负荷较大，废水水质较差，废水中溶解氧较少，生化处理的耗氧量较大。

处理单元内的停留时间较短。

3.氧夹点技术在废水处理系统的应用方法

氧夹点分析可以分步进行，也可以同步进行。分步分析即先用水夹点分析，再用氧夹点分析的设计方法。分步分析设计废水处理网络的工作量较大，优化求解过程也较复杂。本文采用水—氧夹点同步分析与数学规划法结合的设计方法。尝试从另一个角度协调废水处理中水质和水量对处理费用的影响，设计最优的废水处理网络。

3.1水—氧夹点分析的步骤及意义

水—氧夹点分析的步骤与水夹点分析的步骤完全类似，具体分析入如图1所示：

水—氧夹点分析的意义主要在于为数学规划法建模提供必要基础，具体内容如下：

（1）确定废水生化处理的最佳底物浓度范围，进而确定废水生化处理的最佳COD负荷范围。

（2）简化以COD为过程参数的废水处理网络的数学规划法模型的求解过程，为其提供有效的优化信息。

3.2运用水—氧夹点技术的废水处理网络设计步骤

在运用水夹点分析的废水处理网络的设计步骤的基础上，对其作进一步的修改，即得到运用水—氧夹点技术的废水处理网络设计步骤如下：

步骤一：建立包括所有可能流股的超结构，可能流股包括：分离器流入混合器的流股，混合器流入其后续处理单元的流股，处理单元流入其后续分离器的流股，排放前的混合器流向外界环境的流股。含有三个处理单元的废水处理网络超结构如图2所示。

步骤二：运用水—氧夹点分析技术对过程进行水—氧夹点分析，并利用水—氧夹点分析的结论简化图2所示的超结构。

步骤三：对图2所示的超结构，以水—氧夹点分析的结论作为设备约束条件和附加约束条件，建立以COD为标准的数学规划法模型如下：

目标函数：min.Cost（1）

约束条件：

去除率计算式：

（2）

—废水处理单元t的COD去除率

COD流率平衡式：

（3）

—过程单元i到处理单元t的COD流率

—处理单元t到过程单元j的COD流率

（4）

—过程单元i流入单元p（p≠t）的COD流率

—过程单元p（p≠t）流入单元j的COD流率

COD质量平衡式：

处理单元：

（5）

，—过程单元t进出口COD浓度

其他单元：

（6）

，—过程单元p（p≠t）进出口COD浓度

设备约束条件：

（7）

—生化处理单元t允许的最小COD负荷

—生化处理单元t允许的最大COD负荷

—生化处理单元t的进口COD负荷

排放约束条件：

（8）

—最终排放COD浓度

—环境允许排放COD浓度

步骤四：对步骤三中建立的数学规划法模型进行计算机编程，采用模型优化软件（本文采用GAMS）中的MINLP模型进行优化，求解得到最小需氧量和最小废水处理量为前提的最小废水处理费用和最优废水处理网络。

4.结论

总的来说，废水处理费用最小化，是通过水—氧夹点分析共同保证的，水—氧夹点分析可以分步分析，分析时一定要保证先使用水夹点分析后使用氧夹点分析，Zhelev采用这样的方法，但是分步分析的工作量较大，协调较困难。本文采用同步分析的方法，并与数学规划法结合探索设计最优的废水处理网络，不仅简化了分步设计的设计步骤同时有效降低了MINLP问题的维数，使得求解更加容易。最后需要指出的是，运用水—氧夹点分步分析时，必须同时给出待处理废水的以杂质质量为基准的水质参数，和COD为基准的水质参数，以往的废水处理网络设计中只是考虑以杂质质量为基准参数，只能从量的角度考虑废水处理费用的最小化而忽略了废水质对于处理费用的影响。

给水系统设计步骤范文篇2

【关键词】热工过程；模糊逻辑控制；自动化

一、模糊逻辑控制步骤

在模糊逻辑控制过程中，其步骤可分为模糊化、模糊逻辑推理、以及解模糊化。在实际控制过程中，这三个步骤完成的地方分别为模糊控制器的状态接口，推理机，以及控制接口。模糊化是借助传感器将有关受控对象的物理量转化为电量，假如传感器是以连续的模拟量作为输出量，那么则需采用A/D转换器将其转化成作为计算机输入测量值的数字量；然后标准化处理该输入测量值。经过这样的一系列步骤，将输入的精确量转换成模糊变量值，方可在模糊控制规则中以检测到的输入量作为条件，并通过模糊控制规则完成推理过程。在获取的输出范围中，真正的输出控制量应当是一个代表性较强的值。模糊控制系统通常是根据输出误差及误差的变化完成过程控制，图一为基本过程框架图。经模糊处理后，实际测的精确量误差与误差变化成为模糊量，误差与误差变化在采集时刻t的定义为；

et=yr-yt；et=et-et-1其中yr表示设定值，表示t时刻的过程输出，yt则表示的是t时刻的输出误差。然后再用模糊控制规则计算这些量，并将其转化成精确量，完成过程控制。

图1模糊控制系统基本框架图

二、火电厂热工过程中水位、温度模糊控制设计思想

文中对火电厂热工过程生产时水位和温度作为研究对象，采取模糊逻辑控制仿真，对热工过程中模糊逻辑控制的应用进行了研究。模糊逻辑控制系统的设计步骤如下：（1）受控系统输入的确定。以温度作为控制对象，控制系统的输入为测量温度和给定值两者之间的偏差，以及温度变化率；然而在水位控制中，控制系统的输入则是以监测水位和设定水位两者之间的差值，以及水位变化率。（2）输入变量论域的确定。为了能够使控制效果得到保障，温度控制的隶属函数采取钟形，三角形输出；水位控制还需对计算两盒控制效果进行综合考虑，隶属函数为高斯曲线，三角形输出。（3）模糊逻辑控制规则库的设计。也就是“If…then…”条件规则的设计。（4）模糊推理结构设计。该部分是以状态估计模糊控制推理方法控制水位和温度。（5）解模糊化方法的选择。文章中采取重心法进行选择。（6）仿真应用。参照控制效果，适当的修改模糊控制规则的输入/出变量论域，待达到预期效果方可结束修改。

三、模糊逻辑控制仿真

（1）温度控制仿真。在火电厂的热工过程中，有较多因素会对温度产生干扰作用，具体操作为：在温度较低的情况下，为了减小喷水量，将喷水阀门的开度减小；若果温度非常适中，则不改变阀门的开度。（2）水位控制仿真。在火电厂热工控制过程中，最常见的一个控制问题就是水位控制，如除氧器水位控制、汽包水位控制等。对水位控制的设计，主要是参照输入，调节流量。其操作的具体步骤为，在检测水位超过设定水位的情况下，则增大液体流出的流量或减少液体的流入流量；在检测水位和设定水位相等的情况下，若此时的水位变化率是负值，那么还需要降低液体的流出流量或者增加液体的流入流量；在检测水位和设定水位相等的情况下，若此时的水位变化率是正值，那么则要增大液体的流出流量或者降低液体的流入流量；在检测水位和设定水位相等的情况下，位变化率等于零，则不改变液体的流入流量和流出流量。

本文中根据模糊逻辑控制的基本特点，研究探讨了关于该控制方式在火电厂热工过程中应用的必要性和可行性，在热工过程中引入模糊控制的思想，对模糊逻辑控制系统设计步骤做了相关总结。并对热工过程中的水位、温度等典型对象设计了模糊逻辑控制系统，仿真效果非常理想。

参考文献

给水系统设计步骤范文篇3

[关键词]水泥；仿真教学系统；分析

[作者简介]郑海晖，广西理工职业技术学校，广西南宁，530031

[中图分类号]G712[文献标识码]A[文章编号]1007-7723（2013）02-0066-0003

一、仿真教学系统说明

（一）系统设计背景

硅酸盐专业实践教学环节有多方面的难点。受资金投入和教学经费、场地、专业人员等因素的限制，学校不可能针对硅酸盐专业建立自己的实习工厂；水泥企业从自身的管理、安全生产、效益等出发越来越不愿意接纳在校学生的实习教学；即使真正落实了实习教学的企业，其教学的组织、教学手段和方法等也无法真正达到学生的实践教学要求；在实践中出现的定期检修、生产中的故障现象较少被学生在实习企业正好遇上。那么，如何在社会对职业教育的较高期望和录取分数普遍较低的学生之间寻找教学最佳模式？仿真教学系统是一个较好的解决办法。

该系统的设计要求，就是构建一套完善的水泥生产线教学仿真系统，通过控制系统及仿真教学软件，完整地模拟水泥生产线各个工段的生产情况，使学员在学校中对水泥生产线的生产工艺、生产设备及各种控制操作进行熟悉和了解，并通过正规的培训和考核手段，培养出一批合格的水泥生产线中的操作人员。

（二）系统主要模块操作界面及功能说明

1.生产工艺教学

教师指导学生按照指定的步骤进行生产流程控制及故障解决，学员操作步骤存入教师站及时进行分析和显示。

根据不同工段划分为：水泥选粉系统模块、物料输送及自动配料系统模块、窑炉煅烧系统模块及水泥生产工艺及设备模块。

水泥选粉系统模块：该模块根据生产线以及安装场地的实际情况，按照一定比例设计制造而成，球磨机――选粉机――收尘，系统以及各种物料输送设备（如斗式提升机、埋刮板输送机、皮带输送机、空气斜槽等）。该模块能够满足学生进行的工程实践及实验有：选粉机风量调节及控制、选粉粒径调节、皮带跑偏的解决办法，球磨机设计计算及控制等。

物料输送及自动配料系统模块：该模块搭建微机自动配料系统，包括四组分配料控制系统、动静态计量设备、物料存储及回收装置等。在采用了比较优化的系统设计方案的情况下，系统构建完全采用工业秤，能够完成配料系统实验和提供系统开发平台。该模块能够满足学生进行的工程实践及实验有：现场传感测试及信号处理技术、配料系统软件编制等。

窑炉煅烧模拟仿真系统模块：该模块建立水泥厂窑炉煅烧控制仿真屏、多功能控制器及实验台。窑炉煅烧控制仿真屏在控制器的控制下能完成设备启动顺序的演示，窑炉煅烧温度的实时仿真等。控制台给学生提供综合控制实验平台。该模块能满足学生的典型实习工程有：窑炉温度检测及控制，控制系统开发。

水泥生产工艺及设备模块：该模块模拟从水泥生料原料配料开始直到成品水泥入库的水泥生产工艺过程的装备。整个生产线反映了水泥生产流程以及各种装备在工艺流程的作用。包括：水泥库、皮带输送机、提升机、螺旋输送机、立磨、预热系统、回转窑等。

系统完全仿真现场实际生产情况，学生可以按照生产操作步骤标准逐步操作直到达到生产控制要求的最终目的。当学生遇到无法解决的故障情况时，系统将给出相应的解决方案以提示学生。学生通过反复地仿真操作，在整套水泥生产线上的工艺熟悉度和突发事故的处理能力将得到提升。

经过软硬件的平台搭建，构建一套完善的水泥生产线教学仿真系统。通过控制系统及仿真教学软件，完整地模拟水泥生产线各个工段的生产情况；通过搭建水泥仿真系统，模拟企业水泥的整体生产过程；通过搭建生产模型，设置相关参数、回路及计算公式，整体模拟了水泥生产线中从生料制备、煤粉制备、熟料烧成、熟料储存到水泥粉磨等环节的生产过程。

在系统模拟仿真过程中插入现场实景照片实时体现现场操作环境，经过此部分功能的应用，使学员在实验室内就可以对生产现场有实际的了解并一定程度地熟练掌握生产工艺和生产操作。

2.生产操作考核

通过通信网络对选择相应的学生机进入考试模式，教师机可以在预设的故障情况中选择相应的选项作为学生的考试用题，当教师选定好相应的预设故障时，学生机模拟考试开始，并能够将考试结果自动上传至教师站进行存储备案。

水泥生产操作流程

工作模式主要分为三种：常规仿真模式、软件考试模式、模拟屏模式。

教师站可以设置不同考试类型，可以按照正常生产流程操作步骤设置考试环境和题目，学员按照标准步骤进行操作，系统记录操作步骤和过程进行自动评分。教师站也可以设置不同的故障模式，安排学员按照标准的操作步骤对故障进行诊断和解决。如果不及时进行解决或者操作失误，模拟仿真会显示出现的严重后果（严重的生产安全事故或者设备损坏等），系统记录操作步骤和过程进行自动评分。

考核功能可以按照设定的标准操作答案对比学员的实际操作过程自动评分，也可根据教师的意见进行实际调整，最终汇总成考核结果，进行公示。

经过此部分功能的应用，通过构建一套完善的水泥生产线教学仿真系统进行仿真教学，学员在学校就可以熟悉和了解水泥生产线的生产工艺、生产设备及各种控制操作。通过正规的培训和考核手段，可以培养出一批合格的水泥生产线操作人员。

3.提供多媒体教学管理平台

在仿真教学平台基础上安装多媒体教学管理平台，可以在教师站进行一对一、一对多的实际操作步骤教学演练管理，使学员在自己上机练习之前先对整个系统架构、工艺流程、操作步骤、故障情况、解决方案等有个初步了解和印象。

二、系统在教学中遇到的问题及解决方法

（一）开机

1.标题：应改为“5000TD熟料水泥生产仿真系统”（已修改）。

2.开机画面：开机的画面是单系列的预热器，基本上是2000T/D以下规模的生产线，而现在主流的生产线是5000T/D，都是双系列的。所以换成一幅双系列的较好（已更换）。

3.开机程序：设置成双击桌面的图标后就直接进入到让学生输入学号这个界面较好（已更改设置）。

4.字体：很多比较小的文字看不清，有的文字显示不完整，另外启动按钮上的字体是黄色的也看不清，应改成深蓝或黑色（已更换）。

（二）系统参考参数存在的问题

1.生料喂料量430T/H，据此算出窑的产量为6600t/d，如此高的产量，各方面要求是很高的。作为教学用的仿真系统，达产达标（5000t/d）比较稳妥。而且，如果生料喂料量430T/H确定无误，那么煤磨40t/h的产量实在是小了，至少有52t/h才能匹配。如果生料喂料量确实是330T/H，那么煤磨40t/h的产量是对的。

2.C1、C2、C3的出口温度分别是540、600、680℃，太高了。窑的产量那么高，烧的煤那么少，C1、C2、C3的出口温度那么高，工况参数不对应。虽说是参考参数，但我们平常了解到的参数为C1出口温度：320±20℃、C2出口温度：520～540℃、C3出口温度：670～690℃。

3.生料配比为硫酸渣21.66、砂岩5.83、煤矸石3.84、石灰石68.66。实际生产中各原料的配比（%）大致是这样：石灰石――百分之八十几，粘土（砂岩、煤矸石等）――百分之十几，铁矿石（硫酸渣等）百分之四左右。仿真系统的相应参数和我们平常了解到的偏离较大。

3.考试模式

自动评分功能：如果有此功能，并能输出打印，可以减少老师的工作量，对老师的帮助将是很大的（已添加）。

4.缺少现场图片

学生看到仿真系统示意图，但还不了解设备具体是什么样子、起到什么作用、各设备之间具体如何连接等问题，最好是有生产线的3D模型，或是能配上对应生产流程的详尽的现场图片，会有助于学生的学习。

三、系统应用的收获和体会

通过对广西理工职业技术学院硅酸盐专业2010级学生和2011级学生使用这套仿真教学系统的情况进行观察、记录和分析，得出了以下结论：

首先，仿真系统激发了学生的学习热情。仿真系统有些功能是传统生产实践中无法做到的，如：对操作过程的主要工艺参数进行修改以观察相关其他参数的变化；学生的操作情况可以自动跟踪、记录、做出评判、打出分数；学生从得到的分数可主动去找原因，积极动手反复修正，使自己的操作结果得到满意的成绩；学生的操作结果还可汇总成表打印出来，客观、公正地反映其操作情况，智能系统还可以帮助分析原因。学生既可以自己动手，又能看到操作结果，更不能敷衍了事，大大地提高了学生的学习兴趣，激发了学习的主动性和积极性。

通过仿真教学，学生对实践环节的兴趣程度、工艺流程的熟悉程度、分析问题解决问题的能力都有较大幅度的提高。仿真教学提供了生动逼真的环境，使其在实践环节的教学上具有传统教学模式无可比拟的突出优点。

其次，仿真教学系统提高了学生观察能力和应变能力。仿真操作可以人手一机，人人亲自动手，熟悉正常的开停车操作。教师还可以设定一些事故，让学生通过现场的现象进行分析、判断，找出原因，并加以处理。训练过程中，学生还可自行设计事故、观察现象、进行处理，摆脱对教师的依赖，增强他们的独立性，大大地提高了教学质量。仿真教学系统的应用能较好地实现人人亲自动手进行操作训练、教学更方便、考核更科学的理想教学愿望。

使用这个仿真教学系统，不用承担实际操作失误的风险，不用经过生产现场的反复演练实习，降低了培养学生的成本。在模拟中央控制操作台前，学员们也能熟练、正确地掌握现代水泥生产技术。在学校教师的耐心指导下，依靠计算机操作软件提供的生产现场仿真数据，学员们也能准确地处理各种生产参数的变化和事故隐患，这些都是企业期望达到的目标。

[参考文献]

[1]农荣，黄宁康.新型干法水泥生产5000t/d熟料中央控制室操作实训[M].广西理工职业技术学校校本教材，2013.

[2]蒋治国.仿真技术在职业教育的应用和前景[Z].2013.