机电工程在燃煤电厂废气脱硫及水处理方面的应用

机电工程在燃煤电厂废气脱硫及水处理方面的应用

邸江波权亚星

（陕西铜川西川矿业有限公司陕西铜川727102）

摘要：机电工程渗透于各行各业，在方方面面工程工作中发挥其作用。本文结合燃煤电厂废气脱硫和环境保护水处理工程方面的机电工程、电气、自动化方面的工作，特别是基于某高校生活污水处理工程，具体分析和讨论了机电工程在其中的应用，最后提到了环保行业也对机电行业具有反总用。

关键词：机电工程；电气；燃煤电厂；废气脱硫；水处理

1前言

机电工程既是我国很多高等院校中长期设置的专业培养方向，又是生产工作中必不可少的一项专业职业范畴。机电工程专业方向的人才一般非常熟悉诸如机械制造技术、电机拖动与控制、工厂供电、机床数控技术、机电设备故障分析与维修和单片机原理等等这些该专业方向的主干课程。就目前的生产发展看，机电工程要求其本身具有智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化和系统化的优势和特长。电厂多以火力发电为主，燃煤是其主要产能方式。然而，燃煤所带来的环境污染不言而喻。煤炭燃烧会向大气中引入硫，如二氧化硫等有害气体。所以，电厂废气必须要进行脱硫处理。另一方面，环境保护行业专家指出：污水处理厂、站的机电设备及其调试运行乃该污水厂、站的施工重要组成部分，此乃关系到污水处理厂、站能否进行正常运转的关键工作。为能确保水站可以实现高效率、长时间的稳定运行，做好这一方面的建造施工处理工作是非常重要的。随着现代城市规模的进一步扩展，城镇人口强势增多，各种废水的排放也相应越来越大，环境本身的承载能力也日益危机，废水处理的任务亦是迫在眉睫。目前国家对于环境污染的问题非常关注，环境保护也从而开始逐渐地走上了法制化的轨迹。多年以来，各个地方的政府与基层连年加大污水处理问题的整治力度，相应地引入了许许多多先进的国外污水处理设备等，对于污水处理厂、站的高效运行也起到了一定的推动作用，但与此同时，也给我们对于污水处理设备的安装和调试等这些机电化的工作方面带来了新的挑战。可以说，机电工程是作为一种服务性很强的为其他行业作为基础和支撑的硬件保障。我们就以电厂废气脱硫和环境保护工程方面的水处理工程方向具体是如何同机电工程发生关联的，也就是机电工程是如何在水处理工程方面发挥其专业功用和效应的进行一定的讨论。

2燃煤电厂废气脱硫

电厂锅炉烟气经袋式除尘器除去固体粉尘颗粒，之后进入脱硫塔进行脱硫，脱硫采用石灰湿法脱硫工艺，烟气与制备好的石灰浆液逆向接触，达到脱硫目的，硫份以石膏浆液的形式储存，从塔底排出，经过脱硫烟气经塔顶除雾器除去小液滴后达到排放标准排空。此法一可将烟气中的硫脱除达标排放，二可副产石膏，三可除去气体中其余大部分酸性气体，达到脱硫脱硝的目的。具体来说，电厂燃煤发电产生的废气脱硫处理工艺流程如下图（图1）所示。

3水处理工程简介

环境保护工程方面所谈到的水处理工程大多指污水处理工程，也就是说水处理工程就是一种将一种水，一般是不能满足某种标准和要求的水，经过一定的步骤和手段处理之后，使其能够满足某种要求或达标排放的技术。污水处理主要有生活污水处理和工业水处理两个大的方向，工业污水由于生产行业的不同，会产生成分复杂各异、处理难度有差别的各种各样的污水，而生活污水一般来说组分并不复杂，COD可降解的比例大，因此生活污水处理起来相对各行业的工业污水来说更加容易，具体的工艺路线也就更加成熟。当然，前述谈到机电工程应用在环境保护行业的水处理工程之中，我们就具体在这工艺路线成熟的生活污水处理上谈其二者之间的有机关联和具体应用关系。

4水处理工艺流程

前已述及，生活污水处理工艺流程非常成熟，构筑物的搭建也是基本上没有非常大的差别。我们就以我省某高校的生活污水处理工程为例，来讨论机电工程是如何在水处理工程方面发挥作用的。

该高校属于综合性院校，虽然包含理工科专业，但是其废水排放中不含有毒有害类的化学药品等物质，因此其废水处理就是采取了一般生活污水处理的设计方案，采用了一套较为常见的工艺路线。具体构筑物有如下几样：机械格栅、隔油池、化粪池、调节池、好氧池、排泥沟、排水沟等。具体工艺路线见下图（图1）所示：

结合上述工艺路线图，对该校生活污水处理工艺流程简要进行说明。首先，该校排出的生活污水汇集到污水处理站，水中含有各种杂质和污物，先经过机械格栅的筛滤作用，将大块的污物进行去除，主要包含废弃的塑料袋、树叶、包装袋、废纸等各种杂物；随后，液体流经隔油池，经过分流后将油污送至化粪池，污水继续向下进入调节水池；调节池液位高度从侧面反映了来水量的大小，进而通过提升泵将调节池收集的污水排入好氧池进行好氧活性污泥法进行曝气处理，降解其中的氨氮和COD等污水指标；曝气器将空气鼓入好氧池中，随之增大水中的溶解氧含量，进而使得好氧活性污泥，即里面的好氧菌种利用氧气消耗污水之中的有机物，从而将水体COD数值降低至可达标排放的地步；当然，该系统的泥水分离是需要间歇操作的，因此，曝气处理一定时间之后，需要进行一定时间的沉降处理，使得泥水分离，这样上层处理后的较清水即可通过排水沟排放入市政管网，而下层的活性污泥根据增长情况适当排放，排入排泥沟之后进入化粪池。

5机电工程在其中的应用

5.1结合水处理工艺过程的概述

由于电厂燃煤废气脱硫工艺是环保行业的废气处理，而污水处理工程又是环保行业当中的废水处理，属同一行业当中的不同工程方向，因此，机电工程在这两方面的应用均属过程控制方面的支撑作用，所以，我们主要从其中一方面，即水处理过程的角度看去机电工程在其中的应用。

前两节内容是对该校污水处理工程整个工艺过程的简要概述，那么根据上述内容建筑起所述的构筑物之后，仅仅是机械性地布置起了整个水处理工艺的设备，但是要使得其中各个构筑物，各种设备发挥作用，形成一个有机的、系统的工艺过程，就必须要用到机电工程。

首先，机械格栅本身就是一个自动化的设备，其本身就需要机械制造专业知识和人才才能生产出来这样的构筑物和设备。其次，机械格栅的运行，是需要自动控制装置进行控制的，否则也不可能实现污水处理站的连续运行。最后，当运行起来之后，最为关键的就是稳定性，设备的稳定性和运行的稳定性，不能发生这样的情况，比如：机械格栅的链条、齿轮转动过程中由于卡扣、咬合等发生异常情况后，机械格栅整体不能转动和工作了，这样也就使得格栅作用不能发挥，整个水处理系统的运行就必将会受到阻碍。

然后，经过隔油池简单处理后的污水要进入调节池，调节池存在一个液位的问题，当其液位低的时候，也就是说校园排放汇集过来的污水量并没有那么大，这个时候进入调节池的水量势必要小很多。如果调节池中的水量非常小，即液面很低的情况下还要机械地向好氧池中通过提升泵来打水，很有可能会在液面低于泵口以下之后发生烧泵的情况出现。液位传感器、电缆浮球开关，即浮漂、浮子，就是感应和控制这一过程的有效手段。通过上下两个浮漂来确定高低液位，低液位到了就不要再向好氧池进水了，高液位到了就先不要从来水方向继续向调节池来水了，其一保持了调节池的液位，避免了溢池的情况出现，其二也保护了提升泵不被空转引发烧泵的现象出现，可谓一举两得。

接下来就是好氧池了，好氧池首先是需要通过提升泵将调节池的水打入一定量，然后达到好氧池处理能力，即一定液面之后，进行曝气处理，过程是间歇的，曝气一定时间之后，需要进行一定时间的沉降过程，将活性污泥沉入池底，上层的较为清澈的处理后的水通过滗水器排入排水沟中，进而流入市政管网。这一过程存在以下几个阶段：第一，进水阶段。和调节池来水情况相似，液位计控制进水的时间，当达到高液位，即好氧池处理能力时，提升泵就不再从调节池向好氧池泵水。第二，曝气处理阶段。进水完毕后，曝气器随之开始运行，将空气鼓入好氧池的污水之中，用来提升池水的溶解氧含量，这一过程就是一个纯粹的时间控制过程，计时器就开始发挥作用了，曝气处理过程达到一定的时间之后，就需要停止曝气开始进行下一步处理了。第三，沉降阶段。此阶段就是要将曝气之后完全混合的泥水体系进行沉降处理，达到泥水分离的目的，事实上，经过此阶段处理之后，下层的污泥得到回用，上层的处理之后的清液可以达标排放。

这样，在整个这个水处理过程当中，采用到机电工程的方面基本上都谈到了。综合上述内容我们可以看到，如果没有机电工程，根本不可能实现上述过程的自动化，也不可能达到你污水处理工程师所设计出来的这样一套构筑物下的这样一个有机处理的方案的运行。可以说，如果我们将污水处理工程比作一个人，那么环境工程师所设计出来的这一套流程，即这一系列我们可以看到的环保设施构筑物就是这个人的骨架，一系列的管线就构成了他的血管和肉体。但最为关键的生命，是机电工程、自动化所赐予的。因此，机电工程和自动化对于水处理行业的作用可见一斑。

5.2电气施工方案与措施

具体地，我们需要将上述理论和环保工程设计层面的内容转化为实际的有机实体可供运行，这就需要通过施工组织设计来将其计划安排并付诸实践。于是我们就可以结合该生活污水处理施工组织设计中的电气施工方案与措施，从中可以看出机电工程、电气、自动化等内容对于一个项目的重要性。

首先，要做的工作就是施工前的准备工作。施工前主要是技术人员会同班组一起熟悉图纸，对工程情况有详细的了解，提出设计图纸的问题，并对施工做出周密详尽的计划。电气施工人员是要有若干名随同其他专业人员前期进入施工现场的。

其次，要进行的工作是隔离开关及操作机构的安装。此部分工作要保证以下几项内容落实：接线端子及载流部分应清洁，且接触良好，触头镀银层无脱落；瓷瓶表面应洁净、无破损、无裂纹、无松动；安装的标高、水平度和垂直度应符合设计和规范要求，触头接触良好，上下中心偏差符合产品说明书的要求；拉杆、延长轴应操作灵活，触头接触时三相不同期值不超过5毫米；隔离开关闭锁装置应动作灵活、准确可靠。

第三，接下来就要进行盘柜的安装工作了。盘柜到现场后应会同甲方一起开箱检查，技术资料及备件应妥善保管；成套盘柜就位一般以不妨碍其他柜就位为原则，先内后外；当柜较少时，先精确地调整第一台柜，再以第一台柜为标准调整其他柜，使其柜面一致，排列整齐，间隙合格；当柜子较多时，宜先安装中间一台，再调整两侧其他柜；低压进线柜通过母线桥与变压器连接时，要与土建预留孔及母线桥的位置综合考虑；动、静触头的中心线应一致，触头接触紧密，机械连锁装置动作应可靠；手车与柜体间的接地触头应接触准确、紧密，手车推进或者拉出时，其接地触头应先或者后与主触头接触；盘顶小母线不同相或不同极的裸露载流部分之间，裸露载流部分与未经绝缘的金属体之间电气间隙不得小于12毫米，爬电距离不得小于20毫米；二次回路应按施工图接线正确牢固，编号清晰；进盘柜的电缆排列整齐，固定牢固，所接端子不受机械应力。

第四，实现机电自动化的关键在于线路，所以这步工作即电缆沟和电缆线路的施工。电缆沟应在其走向上工艺地下管道基本完成后开挖，开挖应采用机械方式，为防止坍塌应按规定的边坡系数放坡；电缆沟施工应严格按照标准图集进行，不得偷工减料和擅自改变材料的强度；电缆沟两侧不应有浮土堆积，以防下雨时沉降积压电缆沟；电缆沟内设集水井，坡向集水井的坡度应不小于规定值；雨后排水要及时；电缆敷设前，要进行土建预埋管的整理、电缆桥架的安装、电缆沟内支架的安装及明管的敷设；注意电缆管口宜做成喇叭形，管口应无毛刺和尖锐棱角且焊好接地螺栓，电缆管弯制时不应有弯扁现象，弯曲度应符合规范规定；电缆沟内支架应固定牢固、横平竖直、防腐良好，且应有与电缆沟相同的坡度，电缆支架通长应有良好的接地；电缆桥架在每个支吊架上的固定应牢固，连接板的螺栓应紧固，螺母应置于桥架外侧；电缆敷设采用人工敷设，原则上先集中，后分散，先长后短，先敷设电力电缆，后敷设控制电缆，敷设前应进行电气试验；电缆敷设时应排列整齐，不宜交叉，固定牢固，并及时装设标志牌；直埋电缆表面距地面距离应符合设计规定，直埋电缆上、下部位应铺以不少于100毫米厚的软土或沙层，并加盖保护板，其覆盖宽度应超过电缆两侧各50毫米；穿越大直径工艺管时电缆穿钢管，在管道上部敷设；穿越马路时穿钢管保护。

第五，是电机安装、电气接地和电气照明等具体电气工作。电机运到现场后，应进行外观检查，并应符合规范要求，当电机有下列情况之一时，应进行抽芯检查：第一，出厂日期超过制造厂保证期限；第二，外观检查或电气试验质量可疑时；第三，当制造厂无保证期限、出厂日期。电机抽芯检查，其项目和内容要符合规范要求，电机试运转前，要进行电气试验，其项目和内容要符合《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的规定。电气装置的下列金属部分，均应接地或接零：电机、变压器的金属底座或外壳，电气设备的传动装置，配电、控制保护用的屏或柜、箱及操作台等的框架或底座，电力电缆的接头盒，终端头的金属外壳，电缆的金属护层，可触及的电缆金属保护管和穿线的钢管，电缆桥架、支架，封闭母线的外壳及其他裸露的金属部分，电热设备的金属外壳，控制电缆的金属护层。接地体顶部埋设深度应符合设计规定。每个电气装置的接地应以单独的接地干线相连接，不得在一个接地线中串接几个需要接地的电气装置。接地体或线的连接应采用焊接，焊接必须牢固无虚焊。接地体搭接焊的搭接长度：扁钢为其宽度的2倍，且至少三个棱边焊接，圆钢为其直径的6倍。接地电阻的测试应符合相应气候下的规定值。电气照明方面，灯具及配件应齐全，无机械损伤、变形、油漆剥落和灯罩破裂等缺陷。灯具应固定牢固可靠。插座、开关应标高正确、安装牢固。

第六，最为关键的工作步骤，电气调整、试验和试车。此项工作为污水处理站建设的关键步骤之一，以下要求是必不可少的。电气设备、电缆等的试验标准均应执行GB50150-91《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》。根据图纸检查设备、元件，各动力线、操作线的型号、规格及各个元件的容量、行程与接触情况。在通电空操作和系统试验前，应利用导通法对各设备元件与端子板之间以及它们相互之间的连线进行检查，应符合设计图纸要求。对于各种电机和盘、箱、柜之间的主回路必须在安装后或通电前进行一次校对。调整时所用仪器仪表应良好，其误差应在规定范围内。所有绝缘试验应选择良好的天气，一般在周围环境不低于+5℃的条件下进行。电气设备和元件除按规定的项目进行试验外，在出厂资料中提出特殊要求应按厂家要求进行试验。保护继电器、油断路器等元件与设备作值的测定，一般在同一条件下取其三次的平均值，比如电流、电压、时间与速断等。系统通电空操作，一般应在各单元、单体设备试验合格后及线路绝缘达到要求的情况下进行。重要的继电器采用微机继电保护测试仪在室内进行试验，以保证调试质量。断路器的同期性检查及分和闸速度必须用高压开关测试仪进行试验。对所有继电器在试验完后，应加装铅封。在调整试验时应作好原始记录，对可疑之处应予以复查，以便得出正确的结论。电机在送电、试运转前应再对系统控制、保护、信号回路进行空操作检查，主体设备附属设备的联络与各工段仪表的联锁都应加入系统试验模拟事故状态下，停车、报警信号的动作程序应符合设计要求。在电气连锁接入PLC系统后，每次试验都应会同自控专业的人员进行，电气专业不得单独进行此类试验。电机在空转前应手动盘车，转动应灵活。在试车前应检查通风及润滑系统是否良好，其油压保护是否灵活可靠。如对系统中某一机械单独进行试车而暂时解除与其他设备联锁时，应事先通知有关人员，以免发生事故。变电所及大型电机送电或起动试运转，应制定专项的送电方案。变压器具体试验项目应按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》进行，检查变压器的分接头切换开关的位置是否正确。在送电或起动大型电机前通知上级变配电室监测，并应有一定的通讯设施进行联络。送电试车人员应分工负责，并应准备必要的安全用具。送电时应先送主电源，然后送操作电源，切断时则反之。

5.3水处理专业人员应具备的机电工程专业技能

有关专家就提到了，一个合格的污水处理工不仅需要懂得污水处理的相关基本知识，还应掌握诸如化验、设备、电器仪表及安全等相关知识范畴。其中所谈到的设备、电器、仪表、安全等内容，都应是机电工程专业人才所应掌握的相关知识和具备的技能。就拿机泵操作工应该掌握的基本知识来说，首先，其需要掌握泵站内的各岗位的工艺操作参数、调试方法、输送介质的工艺参数、控制指标，以及变配电装置的原理和电气操作原理及操作方法。其次，掌握各类型号机泵的规格、结构、性能、特点及维护保养知识，熟悉泵站的各种自动控制设备及其计量原理与维护的常识。此外，还需要掌握机械、水力学、机电学专业的基本理论知识，熟悉有关的自动化概念和仪表检测知识；熟悉泵站内各种事故隐患、预防措施及手段，掌握安全用电的组织措施和技术措施并能够对触电、电击灼伤人员进行紧急的救护处理；还应了解更多的机泵和电气专业工艺与设备的自动控制技术现状和其发展方向。与此同时，除了应该掌握一些机械设备的相关知识与技能外，环境保护污水处理人员还应该了解很多电气与仪表的相关知识与技能，比如：交流电和直流电的基本知识、三相异步电动机的基本知识、调速电机的应用、二次回路图的基本知识、继电保护装置的基本知识、安全用电和污水处理常用电气仪表等的相关知识。

6环保行业对于机电行业的反作用

最近一些年我们也都知道全球的机电产业发展迅猛，产品更新换代的速率也是愈来愈快，虽然给广大人民生活带来了不可估量的便利，但与此同时客观地讲也给社会留下了不计其数的电子垃圾，对全球的环境和生态造成了巨大的污染和破坏。面对日益严峻的这种现状，各个国家和地区纷纷采取措施加强了治理环境污染的力度，其中的典型代表即欧盟。欧洲联盟相继出台了和正在计划出台许多项针对或有所涉及的机电产品环保指令。比如：报废电子电气设备指令，限用有害物质指令，耗能产品生态设计指令，关于化学品注册、评估、授权和限制指令，电池指令等等。这些环保指令的出台势必会对我国的机电产业造成影响，比如对产品结构的影响，以及对出口产品竞争力的影响等等。总而言之，以上所述欧盟的环保指令制度的存在，势必将导致我国的部分具有环保指令认证的企业具备了进入欧盟市场的通行证，也将会导致部分短时期内无法达到这些环保指令所要求的环境和技术标准的企业没有办法进入欧盟市场，从而对这些产品的市场进入形成障碍。因此，从市场准入的角度看去，一定时期内，环保指令对于机电产品的出口竞争力具有积极的影响；但是短期当中，在以出口导向的产业政策下，这将会成为我国机电产品出口的重要障碍之一。因此，这就需要我们中国机电产业面对上述影响，从多个方面入手，促进贸易和保护环境发挥更大的作用。比如，在行业层面，要建立和完善我国的环保指令制度，做好沟通和整合工作，行业协会一方面可以组织中小企业进行联合认证，另一方面可以帮助中小企业与大型有能力进行环保指令认证的企业进行协商，促成他们结成集团进行联合认证，或者直接让中小企业挂靠经过环保指令认证的企业，从而在短期内解决环保指令对我国机电产品的出口限制。在企业层面，要做到正确认识和积极应对。在决定进行环保指令认证的同时，一方面应当对当前产品的主流市场做好充分调研和考察，看环保指令对于自身产品的出口影响是否较真有如此之大，已经经过认证的该类产品在市场上的情况如何，主要出口市场的环保指令的发展趋势究竟是怎样的。另一方面，应当从企业自身的生产情况、财务状况和发展方向出发，选取受环保指令影响较大并且市场占有率较高的产品进行认证工作，而不是盲目地对本企业没有太大盈利价值的产品投入大量人力、物力和财力。由此看来，不仅仅向之前所述的那样，机电工程赋予了环保行业水处理工程的一系列软件和硬件体系，同样地，环保行业对于机电行业而言，也具有着非常巨大的反影响作用。这两个行业之间的这种互动作用的存在，势必对两个行业来说存在着表面上看上去的一种相互制约，但从长远角度看去，却是互相促进与共同发展的。

7结语

由以上所论述的内容我们可以看出，机电工程专业其实渗透于各行各业和在方方面面的工程工作之中，它所发挥的作用就好比一个国家的基础设施建设，同时它还具备更新换代快速的前沿。从电厂燃煤发电产生废气的处理过程和一个简单的生活污水处理工程的实施过程之中，我们就感受到了机电工程给其所带来的巨大支撑作用，无论是软件方面还是硬件方面都是如此。以小见大，由具体看到一般，我们可以想象到机电工程行业对于整个国民生产所起到的巨大作用。当然，正如环保行业对于机电行业具有反作用一样，其它各行各业也都会不同程度、或多或少的对机电行业形成制约、冲击、帮助、支持、互利等等各种各样的影响和作用。总而言之，机电工程在各行业和方方面面的工作中发挥着巨大的作用。

参考文献：

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[2]胡石，丁绍峰，樊兆世．燃煤电厂脱硫废水零排放工艺研究[J]．洁净煤技术，2015，21（2）：129-133

[3]纪轩．污水处理工必读[M]．北京：中国石化出版社，2004

[4]唐欣，吴红梅．欧盟环保指令与中国机电产品环境友好化[J]．商场现代化，2009（11）

作者简介：

邸江波（1988-），男，河北保定人，大专，研究方向：机电一体化；

权亚星（1990-），男，河北新乐人，大专，研究方向：机电一体化，