第５期

李宇斌：环保设备集成与系统优化研究初探

器标准及系列、固体废物焚烧炉标准及系列等。标
准可分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准

等。在企业标准和地方标准的基础上，重点推进行

业标准和国家标准的制订颁布和实施。

设备型号及处理能力的标准化、系列化将有助

于用户选型，便于制造专业化、模块化，有利于设备
组装流水作业。型号标准应能反映环保设备的基本
工艺原理和处理能力以及相关的安装连接尺寸。如
反映水处理设备及大气处理设备处理能力时，一般
与待处理的介质在设备内的停留时间有关，停留时
间长，则处理能力小，反之则处理能力大。由于处理

不同的介质，其需要的停留时间不同，因而其处理能

力也就不同，所以为了确定某一型号水处理或大气
环保设备的处理能力时，应该设定通用的停留时间

如８ ｈ或６

ｈ等，对大气处理设备可能的停留时问从

几秒到几十分钟不等，通过确定主处理工作室的容

积，根据工艺设计的停留时间，就可推算出该设备的
处理能力。因此，设备型号及处理能力标准应反映

主处理设备的工作室容积，并根据设定的停留时间

确定其标准处理能力。

３环保设备的集成

所谓的集成，即是不同型号单元设备的组合完

成污水或废气等处理。如除尘器有旋风除尘器、布

袋除尘器、静电除尘器、文丘里除尘器、麻石水膜除

尘器等旧Ｊ。根据需要，可以将旋风除尘器与布袋除
尘器或麻石水膜除尘器组合，通过旋风除尘器的预
处理，除去大颗粒物，然后通过布袋或麻石水膜进一

步除去细小颗粒物，这样可大大提高设备的处理效

率和使用寿命，发挥不同型号设备的优势，节省设备
投资和运行费用。也可以选择专用单元处理设备与

上述各种除尘器的集成，如静态混合器、文丘里管与

旋风分离器【７１的集成实现脱硫除尘一体化功能。特
殊功能的操作元件与传统除尘器的集成应用是环保
设备集成的重要发展方向。集成以实现环保处理任
务为目的，同时也是一个系统工程。它需要考虑整
体布局、空间配置及流程的合理性等，对于水处理设

备、固体废物处理设备等也同样存在不同型号单元

设备的集成研究。从处理方法上分析，也有物理法、
化学法、生物法等不同的处理技术方法的集成研究。

４环保设备的系统优化

所谓的系统优化，即对不同的集成方案进行比

较，选出最优方案，实现在投资、运行费用、占地面

积、停留时间最小化的约束条件下，完成污染物的去

除任务。其相互关系可用下式表达：

ｆ＝ｆ（ｃｏ，８，ｓ，ｏ，ｔ，口）

（１）

式（１）中，ｃ为污染物出口浓度，一般为设计值或排

放标准值；ｆ。为污染物入口浓度；ｅ为设备投资；ｓ为
设备占地面积；ｏ为运行费用；ｔ为设计停留时间，与
设计处理能力、处理工艺有关；ｖ为设备有效工作容

积，决定处理能力。

在通常情况下，这一问题可以简化为在设备一

次性投资、占地、运行费用、停留时间最小的条件下，

使污染物的出口浓度达到国家标准或要求的浓度，

是一个四目标优化问题。其通用表达式【８］：

ｎｄｌｌＦ（ｚ）＝ｍ血［，ｌ（ｚ），ｆ２（ｚ），ｆ３（ｚ），…，．厶（ｚ）】（２）

ｓ．ｔ：Ｇ（上）≤０，ｃ（ｘ）＝［９１（ｚ），９１（。），…，ｇＩ，（ｚ）］

根据式（１），可将上述优化问题具体表达为：

ｍｉｎＦ（ｚ）＝ｍｉｌｌ［．‘（ｚ），工（ｚ），ｆｏ（ｚ），上（。）］

（３）

５．ｔ：ｃ＝厂（印，ｅ，５，ｏ，ｔ，口）≤ｃ（排放限值）

当然可根据实际进行增加或减少目标个数。如

停留时间是一个与处理能力有关的目标，在大多数
情况下，设备处理能力已经设定，停留时间由工艺确

定，这时上述问题变为三目标优化问题。也可以用
单目标优化来研究，即在投资、运行费用、占地面积、

污染物出口浓度确定的情况下，使处理的物料在系

统的停留时间最小（处理能力最大），其表达式：

Ｉｎｉｒ址（。）

（４）

ｓ．ｔ：ｃ＝，（Ｃｏ，ｇ，ｓ，ｏ，ｔ，口）≤Ｃ

ｅ＝知（ｚ）≤Ｅ

ｓ＝ｆｓ（ｚ）≤Ｓ

ｏ＝ｆｏ（ｚ）≤ｏ

式（４）中，Ｅ，Ｓ，Ｏ分别代表设备投资、占地面积和运
行费用限值。同样可选取设备投资、占地面积、运行
费用或出口浓度等作为单目标进行优化设计。对单

目标优化可采用线性规划模型深入分析，其表达式：

ＩＩｌｉｎ，＝Ｃ１－Ｔ１＋Ｃ２Ｘ２＋，…，ｃ∥。

（５）

ｓ．ｔ：ａｌｌ３Ｅ１十ａ１２。２十，…，ａ１．ｘｎ２

ｂｌ

ａ２１２１＋ａ２２－Ｅ２＋，…，ａ２ｎ．ｚｎ＝ｂ２

…，

口ｍｌＸｌ＋４卅２Ｘ２＋，…，ａｍ”ｚｑ＝ｂ辨

式（４）可改为：

ｍｉｎ（ｔ）＝‘ｌｆ＋。２‘ｏ＋‘３ｅ＋Ｃ４０十６＂５掣

（６）

５．ｆ：ｔ２１１Ｃ＋ａ１２Ｃ０十ａ１３ｅ＋ａ１４０＋ａ１５ｖ＝ｂｌ（ｃ）

ａ２１ｆ＋４２２ｃｏ＋ａ２３ｅ＋ａ２４０＋ａ２５口＝１７２（如）

ａ３１ｃ＋ａ３２ｃ０＋ａ３３ｅ＋ａ３４０＋ａ３５ｖ＝ｂｓ（ｅ１

ａ４１ｃ＋ａ４２ｃｏ＋ａ４３ｅ＋０／４４０＋ａ４５钉＝扫４（ｓ）

ａ５１Ｃ＋ａ５２ｃｏ＋ａ５３ｅ十ａ５４０十ａ５５ｖ＝ｂ５（ｏ）

５环保设备的自动控制

所谓的自动控制，应对设备的出人口参数进行

连续检测、计量并反馈到整个处理系统的调节控制
中．实现设备在正常优化的条件下运行。应有明显

的显示装置，对整个系统的操作参数显示并起到预

　

万方数据