高效纤维过滤器的优化

洪安安

（大唐华银株洲发电有限公司，湖南株洲412005）

高效纤维过滤器的优化

洪安安

（大唐华银株洲发电有限公司，湖南株洲412005）

介绍了LLY-高效纤维过滤器的工作原理，分析了该设备存在的问题。针对过滤水质变差、过滤效率降低等问题，对设备进行了一些工艺上的改造，更改了设备内部的主要备件的材质，优化了滤料数量，改进了多孔板布孔方式和布气装置布孔方式，取得了良好的经济效益和社会效益。

高效纤维过滤器；布孔方式；滤料；经济效益

高效纤维过滤器是20世纪90年代初出现的一种去除水中悬浮物以及其他杂质的纤维过滤装置，它具有截污容量大、滤速快、出水效果好的优点，因此，被广泛应用于电厂工业水预处理系统、循环冷却水旁滤、高纯水制备、污水深度处理系统等。LLY－高效纤维过滤器是一种性能先进的压力式纤维束过滤器，它采用了一种新型的束状软填料（纤维）作为过滤器的滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，并具有比表面积大，过滤阻力小等优点，解决了粒状滤料的过滤精度受滤料粒径限制等问题［1］。LLY－高效纤维过滤器按水流方向分为上向流式（LLY－U型）和下向流式（LLY－D型）2种类型。

在发电厂水处理工艺中预处理的过滤工艺是除盐和软化前的最后一道工序，过滤效果的好坏不仅关系到除盐和软化效果，而且直接影响离子交换树脂的工作交换容量和使用寿命［2］。某火力发电公司2×310MW机组二期技改项目采用的3台LLY－U－2000型高效纤维过滤器于1993年9月投入运行，其罐体直径为2 000 mm，目前内部纤维滤元早已处于老化阶段，且由于近年来长江水质恶化，水中杂质沉积、锈蚀使过滤器过滤效果明显降低。本研究就高效纤维过滤器设备存在的问题进行了分析，针对这些问题，对设备进行了一些工艺和技术上的改造，取得良好的经济效益和社会效益。

1 高效纤维过滤器的工作原理和存在的问题

1.1 高效纤维过滤器的工作原理

与YN高效有囊过滤器不同，LLY型高效纤维过滤器取消了“囊充水”系统，设备由固定多孔板、活动多孔板、纤维束滤料、布气装置等组成［3］。上向流式（LLY－U型）的高效纤维过滤器的活动多孔板位于下部，活动孔板可上下移动，结构如图1所示。过滤时，罐体下部进水上部出水，在水力作用下，活动多孔板上移，利用纤维柔性的特点，根据流体力学的原理［4］，纤维束滤料顺水流方向空隙由大逐渐变小，纤维堆积密度变大，形成理想的过滤层面，过滤过程既有纵向深层过滤，又有横向深层过滤，有效地提高了过滤精度和过滤速度；清洗时（反洗时）从罐体上部进水，下部出水，纤维束顺水流的方向靠水的流速及下活动多孔板和纤维束自身的重力作用使纤维达到疏松状态，同时采用气水冲洗的方法，在气泡聚散和水力冲洗过程中，纤维处于不断抖动状态，在水力和上升气泡的共同作用下，使纤维束滤料被清洗而得以再生［3］。

图1 LLY－U型高效纤维过滤器结构Fig.1Structure of LLY－U efficient fiber filter

1.2 高效纤维过滤器存在的问题

近年来，由于长江水质的变化，最初的运行操作方法和设备本身设计，已经无法满足目前的运行需求，造成过滤水质变差，过滤效率降低等问题。

高效纤维过滤器多孔板、布气装置和纤维束挂钩原先均采用碳钢材质，在长时间使用后，这些备件由于在水中浸泡时间过长，已经腐蚀严重，布气装置穿孔，支管断裂，多孔板变形甚至损坏，如图2所示，从而造成滤料清洗效果变差。同时，由于大部分的纤维束挂钩腐蚀断裂，导致纤维束滤料乱层，甚至脱落，部分纤维束碎片卡塞住阀门，造成阀门无法正常关闭和开启，使得高效纤维过滤器无法使用，如图3所示。

2 设备改进

针对以上问题，对原高效纤维过滤器设备进行了改进，更改了设备内部的主要备件的材质，将多孔板、布气装置和纤维束挂钩这些重要的备件采用304不锈钢材质制作，并在活动多孔板底部采用了井字型加固设计，大大延长了设备的使用寿命，多孔板和布孔方式示意如图4所示。

根据现场情况，优化了每台过滤器中纤维束的数量，改进了多孔板和布气装置的布孔方式，提高了出水水质和过滤效率。

图2 损坏的多孔板Fig.2Damaged multi hole plate

图3 混乱的纤维束Fig.3Chaotic fibers

图4 多孔板和布孔方式Fig.4Multi hole plate and its hole arrangement mode

2.1 滤料数量的优化

丙纶纤维的价格低廉、化学性质稳定、强度好且密度小，因此，水处理常选择丙纶长丝作为滤料［5］。与传统滤料相比较，其纤维滤层具有可压缩性，可形成孔隙沿水流方向逐渐减小的过滤通道，具有理想的深层过滤效应［6］。纤维滤层的过滤效率随滤层密度的增加和孔隙率的减小而提高，过滤效率还与纤维滤料在过滤设备中的存在状态有关，当纤维束与水流方向平行或接近平行时过滤效率低，当纤维束与水流方向呈横向垂直交叉状态或接近垂直交叉状态时过滤效率提高［2］。为了提高过滤效率可增大滤料的堆积密度，但同时也会增大滤层的阻力，因为水流阻力随纤维滤层孔隙率的减少和横卧状态纤维滤料的增加而增加［2］，如果阻力变得太大，就将得不偿失。因此，必须选择适当的滤料数量才能保证最佳的过滤效率。

纤维束滤料的装填量是根据过滤器的底面积和纤维束滤料直径来计算的。此外，还要考虑纤维束滤料之间的空隙，以避免压力过大而影响到纤维束滤料的过滤效果，一般情况下，间隔约100 mm。以直径为2 000 mm的过滤器为例，根据实践经验，当采用滤料直径为50～55 mm的纤维束时，其过滤面积为3.14 m2，填装约1 400束纤维束就能够得到最佳的过滤效率和过滤效果。

2.2 多孔板布孔方式改进

高效过滤器中多孔板采用三角形的布孔方式。与正方形的布孔方式相比，在同等条件下，三角形布孔方式增加了孔数或增大了孔间距离，根据研究发现，这种布孔方式的过滤效果较好［7］。同时，三角形布孔方式可提高多孔板的强度［7］，在同等厚度的情况下，采用三角形布孔方式的多孔板将会更坚固耐用。因此，将多孔板采用了等边三角形的布孔方式，取代了原正方形布孔方式。

2.3 布气装置布孔方式改进

原布气装置为单排出气孔，现布气管上均匀密布夹角为90°、φ6 mm的双排出气孔，布气装置和布孔方式示意如图5所示，每个气孔与水平面成45°夹角，避免了活动多孔板受到气体的垂直冲力，防止了受力不均而使得多孔板倾斜，气体分布更加合理均匀，滤料清洗更加快捷和彻底。

3 改造前、后效益对比

3.1 经济效益

改造后高效纤维过滤器的主要性能参数对比如表1所示。从表1可以看出，改造后，出水浊度由2 mg／L变成1.6 mg／L以下，纤维滤料的用量较改造前少，降低了滤料的成本。虽然主要备件布气装置、多孔板和滤料挂钩的材质成本增加，但是设备的使用寿命以及设备大修的周期均得到了延长。3台高效纤维过滤器平均每年可以节约检修费用约6.8万元。设备改进后，过滤效率提高，使用周期变长，纤维滤料清洗效果改善，清洗时间缩短，从而降低了清洗的用水量、泵的用电量。

图5 布气装置和布孔方式Fig.5Air distribution device and its hole arrangement mode

项目改造前改造后主要备件材质碳钢304不锈钢纤维束直径/mm多孔板布孔方式50~55等边三角形布气装置布孔方式流速/（m·h-1）50~55正方形两排孔成90°夹角30出水浊度/（mg·L-1）纤维填充量/（束·台-1）单排孔向上30≤1.6 1 400单位截污容量/（kg·m-3）10~1510~15反冲洗时间/min正洗时间/min≤2 2 000 30 20 20 15

高效纤维过滤器改造前、后经济效益对比如表2所示。从表2可以看出，3台过滤器每年可以节约用水量7 800 t，按4.1元／t的工业用水价格计算，每年节约水费约3.2万元，每年清洗滤料可节约用电量3 510 kW·h，按0.5元／（kW·h）的电价计算，每年节约电费约0.2万元。因此，3台高效纤维过滤器每年总共可以节约用水量、用电量和检修费用共计约10.2万元。

3.2 社会效益

设备改造后保证了水质合格率，提高了出水水质，减轻了阳离子交换器的负担，减少了大反洗周期数，节约了反洗除盐水，降低了树脂破碎率，提高了周期制水量，减少了酸碱消耗量，同时大大延长了过滤器的使用寿命和设备的大修周期。高效纤维过滤器的清洗效果有所改善，周期制水量提高，减少了清洗次数，减轻了操作人员劳动强度。

表2 高效纤维过滤器改造前、后经济效益对比Tab.2Comparison of economical benefits of efficient fiber filter before and after transformation

4 结语

针对原高效纤维过滤器存在的问题，根据实际情况，对设备进行了一些工艺上的改进，解决了原设备备件易损坏、滤料易脱落等问题，并使设备内部的结构更加合理化，使其更好地适应了目前的水质情况，提高了出水水质和过滤效率，具有显著的节水、节能效果。同时，延长了设备的使用寿命，降低了检修费用，取得了很好的经济效益和社会效益。

［1］杜海燕.高效纤维束过滤器在水处理中的应用［J］.今日科苑，2014，（6）：107-107.

［2］孟凡波.高效纤维过滤器的改进及其工程应用研究［D］.长春：吉林大学，2004.

［3］苏良，白云.高效无囊过滤器在热电厂水处理中的应用［J］.环境保护与循环经济，2012，（2）：42－43.

［4］张瑛洁，杨震，姜山.YGⅣ型浮动纤维高效过滤器的应用［J］.工业用水与废水，2000，31（5）：35－36.

［5］刘凡清，李俊文，许振达，等.LLY高效过滤器的研制［J］.工业水处理，1991，11（3）：26－29.

［6］姚兵，周国库，周向东，等.高效纤维过滤器去除原水中的胶体硅［J］.工业用水与废水，2002，33（1）：13－15.

［7］杜跃成.高效过滤器中多孔板布孔方式及孔数计算［J］.东北电力学院学报，1995，15（4）：114－117.

Optimization of efficient fiber filter

HONG An-an
（Datang Huayin Zhuzhou Power Generation Co.,Ltd.,Zhuzhou 412005,China）

The working principle of LLY-efficient fiber filter was introduced with the existing problem of the equipment analyzed at the same time.In view of the problems such as filtrated water quality deterioration, filtration efficiency decreasing,and so on,some measures including:changing materials of main inner spare parts of the equipment,optimizing filter material,improving hole arrangement modes of multi hole plate and air distribution device,were taken for the equipment technical transformation,which achieved good economic and social benefits.

high efficient fiber filter;hole arrangement modes;filter material;economic benefit

X703.3；TU991.24

A

1009－2455（2016）06－0057－04

洪安安（1983-），女，湖南湘潭人，工程师，硕士，从事电厂化学专业设备管理工作，（电话）0731-28303390（电子信箱）anan198365@163.com。

2016-07-04（修回稿）