1、首钢 180000 吨/天 D 型滤池设计计算一、已知条件设计水量：Q=180000m 3/d滤池规格：共有 14 格，每格 28 ，分 2 组，每组 7 格。反冲洗流程：第一阶段：单独气冲，冲洗历时 35 min，气洗强度 23L/（m 2s） ；第二阶段：气水同时反冲洗，历时 810 min，气洗强度 23L/（m 2s） ，水冲洗强度 6L/（m 2s） ；第三阶段：清水漂洗，冲洗历时 35 min，冲洗强度 6（L/m 2s） ；反冲洗全过程中伴有表面扫洗，表面扫洗强度 2.8 L/m2s；冲洗时间共计 t=1520min，冲洗周期 T=24h。 （取 20min=1/3h）二、设计计
2、算1、池体设计（1） 、滤速： v=Q/（F24 ）F滤池总面积，14 28=392v=180000/（ 39224）=19.1m/h（2） 、校核强制滤速 vv=Nv/(N1)=7 19.1/(71)=22.3m/h23m/h（3） 、滤池高度的确定滤板下布水区高度 H1=0.9m滤板高度 H2=0.03 m滤网板（承托层）高度 H3=0.07 m滤网板与注塑盖板之间高度 H4=1.9 mV 型槽与注塑盖板之间距离为 H5=0.1 mV 型槽高度为 H6=0.635 mV 型槽顶至滤池顶高度为 H7=0.965 m则滤池总高H= H1 +H2+ H3+H4 +H5+ H6+ H7=0.9+0
3、.03+0.07+1.9+0.1+0.635+0.965=4.6 m（4） 、水封池的设计按照试验数据，DA863 彗星式纤维滤料清洁滤层的水头损失取 H 清 =0.4 m正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失 H0.22 m，取 0.2 m。忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤的水头损失为：H 开始 =0.4+0.2=0.6m为保证滤池正常时滤池内的液面高出滤料层，水封井出水堰顶标高与滤料层相同。堰底板与滤池底版标高相同，水封井出水堰总高H 水封 = H1 +H2+ H3=0.9+0.1+0.8=1.8 m。2、反洗水量和气量计算（1） 、反洗水量计算按水冲强度最大时计算，单独水洗时反洗强
4、度最大为 6 L/（m 2s）Q 反 =q 水 f=628=168L/s=0.168m3/s=604.8m3/hD 型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行，其流量Q 表水 =q 表水 f=0.002828=0.0784m3/s（2） 、反洗气量 Q 气 的计算按单独气冲强度最大时的空气流量计算，这时气冲强度为 23L/（m 2s）Q 反气 =q 气 f=2328=644L/s=38.64m3/min3、滤池管渠的布置（1） 、反冲洗管渠A、气水分配渠气水分配渠起端宽取 0.8m,高取 2.3m；末端宽取 0.8 m，高取 1.75 m。则起端截面积 1.84 ，末端截面积 1.4。两侧沿程各布置 2
5、8 个配气小孔和 23 个布水方孔，共 56 个配气小孔和 46 个布水方孔。B、排水集水槽排水集水槽槽顶端高出滤料层顶面 1.35 米，则排水集水槽起端槽高H 起 =H1+H2+ H3+滤料层厚度+1.35 2.30.1=0.9+0.03+0.07+0.8+1.35 2.3 0.1=0.75 米式中，H 1 H2 H3 同前，2.3 米为气水分配渠起端高度，0.1 为排水集水槽板厚。排水集水槽末端高H 末 = H1+H2+H3+滤料层厚度+1.351.750.1= 1.3 米 底坡=（1.30.75）/7.04=0.078C、排水集水槽排水能力校核。由矩形端面暗沟（非满流，n=0.013）计
6、算公式校核集水槽能力 。设集水槽超高 0.3 米，则槽内水位高 h 排集 =0.45 米，槽宽 b 排集 =0.8 米，湿周 X=b+2h=0.8+20.45=1.7 米 水流断面。A 排集 =bh=0.80.45=0.36 米 2水力半径：R= A 排集 /X=0.36/1.7=0.212 米水流速度：v=(R 2/3i1/2)/n =(0.2122/30.078 1/2)/0.013=0.3560.28/0.013=7.67m/s过水能力 Q 排集 =A 排集 v=0.367.67= 2.76m3/s ,实际水量：Q 反 =Q 反水 +Q 表水 =0.168+0.0784=0.2464m3
7、/s2.76 m3/s （2） 、进水管渠A、进水总渠8 座滤池双侧进水，每 4 座滤池共用一个进水渠，进水渠流量为Q=180000/4m3/d=0.52m3/s,进水总渠流速取 0.8m/s，则水流断面积 A 进总 =Q/v=0.52/0.8=0.65m2水面高 1.2m，总渠宽 1.4m，实际流速 v=0.52/1.21.4=0.31m/s。B、每座滤池的进水孔每座滤池由进水侧开一个进水孔，进水总渠的水通过这个进水孔进入滤池。进水孔设电动闸门，在反冲洗时调节阀门的开启度，供给反洗表扫水。孔口面积按孔口淹没出流公式 Q=0.8A（2gh ） 1/2 计算，其面积按滤池强制过滤水量计，孔口两侧
8、水位差取 0.1m，则孔口面积：A 孔 =Q 强 /（0.8（2gh ） 1/2）Q 强 =180000/（1286400）=0.174m 3/sA 孔 =0.174/（0.8（29.810.1） 1/2）=0.155m 2孔口宽高=400400，实际孔口面积 0.16 m2C、滤池内设的宽顶堰为保证进水稳定性，进水总渠引来的水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠，再经滤池内的配水渠分配到两侧的 V 型槽。宽顶堰堰宽 b 宽顶 =5.28m，宽顶堰与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相距0.7m，堰上水头由矩形堰的流量公式 Q=1.84bh3/2 得：h 宽顶 =Q 强 /（1.84b 宽顶 ） 3
9、/2=0.174/（1.845.28） 2/3=0.04m。D、每座滤池的配水渠进入每座滤池的水经过宽顶堰溢流于配水渠，由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的 V 型槽。滤池配水渠宽 b 配渠 =0.7m，渠高 1.5m，渠总长等于滤池总宽，则渠长 L 配渠=5.28。当渠内水深 h 配渠 =1.00m 时，流速（进来的浑水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去，每侧流量为 Q 强 /2）v 配渠 =Q 强 /（ 2b 配渠 h 配渠 ）=0.174/（20.7 1.00）=0.124m/sE、配水渠过水能力校核配水渠的水力半径R 配渠 =b 配渠 h 配渠 /（2h 配渠 +b 配渠 ）=0.71.00/
10、 （2 1.00+0.7）=0.7/2.7=0.26m,配水渠的水力坡降：I 渠 =（nv 渠 /R 渠 2/3） 2=（0.013 0.124/0.262/3） 2=1.5510-5渠内水面降落量 h 渠 =I 渠 L 渠 /2=1.5510-55.28/2=4.0910-5m配水渠最高水位 h 配渠 +h 渠 1.0m渠高 1.6m。进 V 型槽配水孔断面积为 A=0.374m2进 V 型槽配水孔流速 v= Q 强 /2A=0.174/（20.374）=0.23m/s 。4、V 型槽的设计V 型槽槽底设表面扫洗水出水孔，直径取 d 孔 =0.03m,间隔 0.1m，每槽共计 70个。则单侧
11、 V 型槽表扫水出水孔总面积 A 表孔=（3.14 0.032/4）70=0.0495表扫水出水孔中心标高与排水集水槽堰顶相平，即 V 型槽底低于排水集水槽堰顶 0.05m。 据潜孔出流公式 Q=0.8A（2gh ） 1/2,其中 Q 应为单格滤池的表扫水流量。则表面扫洗时 V 型槽内水位高出滤池反冲洗时液面hv 液 =Q 表水 /（20.8A 表孔 ） 2/（2g）=0.0784/(20.8 0.0495)2/(29.81)=0.05m反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh3/2 求得，其中 b 为集水槽长，b=L 排槽 =7m，Q 为单格滤池反冲洗流量表扫水的流量
12、Q 反单 =（6+2.8）28/1000=0.246m 3/sh 排槽 = Q 反单 /(1.847)2/3=0.072m。V 型槽倾角 500，垂直高度 0.9m，壁厚 0.1m。反冲洗时 V 型槽顶高出滤池内液面的高度为0.90.05h 排槽 =0.90.050.072=0.778m。反冲洗时 V 型槽顶高出槽内液面高度为0.9h 排槽 h v 液 =0.90.0720.05=0.778m5、反冲洗水的供给（1） 、反洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失h 1反冲洗配水管用钢管，DN350，管内流速 1.68m/s,1000i=11.5 布置钢总长计50m,则反冲洗总管的沿程水头损失h f=
13、Il=0.011550=0.575m表 41 冲洗管配件及阻力系数配件名称 数量 /个 局部阻力系数900 弯头阀门等径三通63460.78=4.6830.2=0.640.1=0.4总计 5.68h j= v2/(2g)=5.681.68 2/(29.81)=0.82m则冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失h 1=h f+ h j=0.575+0.82=1.395m（2） 、集水池最低取水水位与滤池排水槽堰顶的高差 H0=4.415m（3） 、滤池配水系统的水头损失h 2A、气水分配干渠的水头损失按最不利条件，即气水同时反冲洗时计算。此时渠上部是空气，下部是反冲洗水，按矩形暗管（非满流 n=0
14、.013）近似计算。气水同时反冲洗时 Q 反气水 =0.168m3/s,则气水分陪渠内水面高为：h 反水 =Q 气水 /（v 水干 b 气水 ）=0.168/（1.680.8）=0.125m水力半径：R 反水 =b 气水 h 反水 /（2h 反水 +b 气水 ）=0.80.125/（20.125+0.8）=0.095m水力坡降：i 反渠 =（nv 渠 /R 渠 2/3） 2=（0.013 1.68/0.0952/3） 2=0.011渠内水头损失h 反水 =I 反水 l 反水 =0.0117=0.077m。B、气水分配干渠底部配水方孔水头损失h 方孔Q=0.8A（2gh ） 1/2 计算。其中
15、Q 为 Q 反气水 ，A 为配水方孔总面积，A 方孔=0.552，则， h 方孔 =Q 反气水 /（0.8A 方孔 ） 2/2g=0.168/（0.80.552）2/（29.81）=0.019mC、查手册，反冲洗水经过滤头的水头损失h 滤 0.22mD、气水同时通过滤头时增加的水头损失h 增气水同时反冲洗时气水比 n=23/6=3.83，长柄滤头配水布气系统的滤柄孔口总面积与滤池过滤总面积之比约为 1%，则长柄滤头中的水流速度v 柄 =Q 反气水 /（ 1%f）=0.168/(1 %28)=0.6m/s通过滤头增加的水头损失 h 增 =9810n(0.01-0.01v+0.12v2)=9810
16、3.83(0.01-0.010.6+0.120.62)=1773.4pa=0.177mH2O则滤池配水系统的水头损失h 2 为： h2=h 反水 +h 方孔 +h 滤 +h 增=0.077+0.019+0.22+0.177=0.493m（4） 、滤料层水头损失 h3滤料为 DA863 彗星式滤料。容重 1 比水略重，水的容重 =1000 /m 3，纤维滤料膨胀前的空隙率 m0=0.9，滤料层膨胀前的厚度 H3=0.3m，则滤料层水头损失 h3=（ 1/-1） （1-m 0）H 3取 0.5m（5） 、富裕水头 h 4 取 1.5m则反冲洗水泵的最小扬程为：H 水泵 =H0+h 1+h 2+h
17、3+h 4=4.415+1.395+0.493+0.5+1.5=8.303m选 3 台 SB250-250A 型的单级单吸离心泵，2 用 1 备，Q=600m3/h，H=10m，P=37KW。5、反洗空气的供给（1） 、长柄滤头的气压损失 P 滤头根据资料，在该气体流量下的压力损失最大为：P 滤头 = 3Kpa。（2） 、气水分配渠配气小孔的气压损失 P 气孔反冲洗时气体通过配气小孔的流速v 气孔 =Q 气孔 /A 气孔 =0.644/（2 280.7850.052）=5.86m/s压力损失按孔口出流公式 Q=3600A（2gp/） 1/2 计算式中：孔口流量系数，=0.6A孔口面积，0.00
18、196P 压力损失 水柱g重力加速度， g=9.81/sQ气体流量，m 3/h水的相对密度，=1P 气孔 =（Q 2 气孔 ）/（23600 2 2A2 气孔 g）=41.42/(2360020.620.0019629.81)=4.9H 2O0.0478 Kpa（3） 、配气管道的总压力损失 P 管A、配气管道的沿程压力损失 P 1反冲洗空气流量 0.644m3/s,配气干管用 DN250 钢管，流速 13.1m/s,反冲洗空气管总长约 50m,气水分配渠内的压力忽略不计。反冲洗管道内的空气气压计算公式P 气压 =（1.5+H 气压 ）9.81P 气压 空气压力，KpaH 气压 长柄滤头距反冲
19、洗水面高度，m，H 气压 =2.25m则反冲洗时空气管内气体压力P 空气 =（1.5+H 气压 ）9.81=（1.5+2.25）9.81=36.79 Kpa空气温度按 30oC 考虑，查表，空气管道的摩阻为 9.8 Kpa/1000 m则配气管道沿程压力损失 P 1=9.850/1000=0.49 KpaB、配气管道的局部压力损失 P 2主要配件及去度换算系数 K 见表表 51 反冲洗空气管配件及长度换算系数配件名称 数量/个 长度换算系数 K90 弯头阀门等径三通8330.78=5.60.253=0.751.333=3.99K 10.34当量长度的换算公式：L 0=55.5KD1.2式中 L
20、0管道当量长度，mD管径，mK长度换算系数空气配管换算长度 L0=55.5KD1.2=55.510.340.251.2=108.73m。则局部压力损失为 P 2=108.739.8/1000=1.07 Kpa配气管道的总压力损失：P 管 =P 1+P 2=0.49+1.07=1.56 Kpa（4） 、取富余压力 P 富 =4.9Kpa本系统采用气水同时反冲洗，对气压要求最不利情况发生在气水同时反洗时，此时要求鼓风机或贮气罐调压阀出口的静压力为：P 出口 =P 滤头 +P 气孔 + P 管 +P 富 +9.81Kh配气系统出口至空气溢出面的水深按滤板顶至排水槽顶高度计算 h=2.22m。P 出口 =P 滤头 +P 气孔 + P 管 +P 富 +9.81Kh=3+0.0478+1.56+4.9+9.811.12.22=31.9 Kpa选 3 台 BK8024 型罗茨风机，2 用 1 备，Q=39.6m 3/min，P=50 Kpa， P=55KW。总进水管：DN1000，v=0.66m/s总出水管：DN900 ，v=0.82m/s反冲洗水管：DN350 ，v=1.66m/s反冲洗气管：DN250 ，v=13.1m/s初滤水管：DN300 ，v=1.01m/s反冲洗排污：DN400 ，v=0.52m/s
