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污水处理厂的变频技术

时间:2018-03-16 16:37来源:未知 作者:admin 点击:

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污水处理厂工艺概况

观澜污水处理厂位于深圳市宝安区观澜街道桂花村,主要负责观澜区域的生活污水处理,首期工程污水处理能力为6万吨/天,出水排入观澜河,水质达国家标准《城镇污水处理厂排放标准》[GB18918-2002]的一级B标准,工程采用HAS’SBR污水处理工艺(改良SBR工艺),其工艺流程如下图1表示。

图1:观澜污水处理厂工艺流程图

该工程(首期,下同)工艺设备总装机容量1585KW,工作容量1180KW,计算负荷876.31KW,其中用电量比较大的设备是鼓风机和进水泵,鼓风机两用一备,每台容量315KW,进水泵两用一备,每台容量90KW。

可见,鼓风机和进水泵占全厂能耗的92%,其中鼓风机占了全厂能耗的72%。鼓风机和进水泵是污水处理的核心设备,都是全天候运转的,因此在该工程中我们采用了ABB变频器对鼓风机及进水泵进行变频控制,一方面优化运行,保护设备;另一方面就是节约电能。

变频节能供水系统配置说明

1、鼓风机系统。

本设计共设置3台鼓风机,2备1用,每台鼓风机各配1台ABB公司的ACS607变频调节器,配合美国AB公司的CONTROLOGIX 5000系列PLC实现系统的全闭环自动调节;本工程共设四个反应池,每2个反应池为1组功能单元,各反应池按设定的时序时间周期运行。

每一组2个反应池对应1台鼓风机,该鼓风机输出的压缩空气通过1条空气管道通至一组的2个反应池前,再分为2条进风管分别进入2个反应池,通过控制2条进风管的各自进气阀门实现该1台鼓风机只能向每一组2个反应池的其中1个反应池供气。

鼓风机在反应池运行过程中启动,根据工作时对应的反应池中测得的DO(溶解氧)值调整该鼓风机的转速及工作时间,在PID(用PLC)自动控制下直到DO值浓度稳定在设定值。其外部设备连接见图2。

2、进水泵系统。

进水泵房集水池内共设有3台进水泵。考虑到实际应用中只可能是一台变频运转,另一台是停止或工频运转,再另外一台是备用,同时为了节约投资,设计了3台水泵只用一台变频调节。当进水泵房集水池水位最高极限水位29.00M时,最低报警水位23.70M时,用变频调速进水泵调节提升总水量将进水泵房集水池水位最佳运行状态控制在最高控制水位25.40M时,最低控制水位24.00M之间。

当进水泵房集水池水位升到24.00M时,开1台变频调速进水泵。

当进水泵房集水池水位升到24.70M时,开1台变频调速进水泵和1台不能调速的进水泵。

当进水泵房集水池水位升到25.00M时,开1台变频调速进水泵和2台不能调速的进水泵。

水泵最多可同时开3台,当进水泵房集水池水位达到最高极限水位29.00M或000M时,发出最高水位报警信号,手动打开进水闸门井内溢流闸门后,再关闭进水闸门井中的2个进水闸门,污水通过溢流闸门及溢流管道排至出水河道中。

当进水泵房集水池水位降到25.0M时,关1台不能调速的进水泵。

当进水泵房集水池水位降到24.70M时,关2台不能调速的进水泵。

当进水泵房集水池水位降到23.70M时,关3台进水泵。

当进水泵房集水池水位降到最低报警水位23.70M时,发出低水位报警信号。

为了避免一台泵重复启动,不能调速的进水泵将依次循环投入运行,先开先停,并且每次首先启动的泵都自动轮换,计算机程序记录每台泵的运行时间,自动调整启动顺序,充分延长设备的使用寿命。

3、系统硬件设计框图。见图2

图2:系统硬件设计框图

4、系统通讯实现的方法与编程。(略)

变频调节的节电原理

1、变频调控原理与特性

通过新一代全控型电子元件,用变频器改变交流电机的转速方式来进行风机风量或水泵流量的控制,可以大幅度减少以往机械方式调控流量造成的能量损耗。

图3:变频调节时风机的性能曲线

2、变频调节的节能原理

图2中曲线1和2表示调速时的压力-流量曲线,曲线3和4表示节流调节时管路阻力特性曲线,曲线5表示恒速时功率-流量曲线,设A点为风机最大工况点。当风量需从Q1减少到Q2时,如果采用节流调节法,工况点由A到B,风压增加到H2,由图中可看出轴功率P2下降,但减少的不太多。

如果采用变频调节方式,风机工况点由A到C,可见在满足同样风量Q2 情况下,风压H3将大幅度下降,功率P3随着显著减少。节省的功率损耗△P=△HQ2与图中面积BH2H3C成正比。

由以上分析可知,变频调节是一种高效的调节方式。鼓风机采用变频调节,不会产生附加压力损失,节能效果显著,调节风量范围0%~100%,适合调节范围宽,且经常处于低负荷下运行的场合。但是,当风机转速下降,风量减小时,风压将发生很大变化,由风机比例定律: Q1/Q2=(n1/n2),H1/H2=(n1/n2)2,P1/P2=(n1/n2) 3

可知,当其转速降低到原额定转速的一半时,对应工况点的流量、压力、轴功率各下降到原来的1/2、1/4、1/8,这就是变频调节方式可以大幅度节电的原因。

假设将水泵转速降低10%(输出频率45Hz时),则功率P2=(0.9)×P1=0.73P1,节电27%。

假设将水泵转速降低20%(输出频率40Hz时),则功率P2=(0.8)³×P1=0.51P1,节电49%。

由于功率与转速成三次方的关系,因此,转速变化越大,功率的消耗将呈几何级数减少。

3、启动电流对电动机及设备的损害

电动机在启动阶段,往往采用自藕变压器降压启动或(星—三角)启动方式,这两种方式虽然能降低启动电流对电动机的损害,但仍有高达额定电流5—6倍的启动电流,严重危害着电动机、水泵、单向阀、管路系统的使用寿命。

图4

使用变频调节以后,由于使用了SPWM技术,实现了真正意义上的软启动和缓冲停机,从根本上消除了启动电流对电动机及其它设备的危害,大大延长了设备的使用寿命。

4、设备运行中的噪音、震动、水锤等问题

设备在全电压启动、运行、停止的过程中,由于无法进行及时有效的调节,会产生严重的水锤、机械噪音增加、震动加剧等现象,这些现象都具有极大的破坏性,会引起管道破裂或瘪塌、损坏阀门和固定件,并会增加进线变压器的负荷状况。

采用了变频调节后,可以通过延长升、降速时间来延长起动或停机的过程,即使在运行过程中,也可以通过对工作频率点的选择,跳过容易引起设备共震的工作点,从而使水泵叶片、单向阀、管路系统承受的应力大为减小,轴承的磨损也大大减轻,设备的工作寿命将大大延长。

应用效果

1) 节能效果显著。该工程自2004年底建成并投入运行至2006年底,共达标处理污水4332.82 万吨,共用电715.46万度,处理吨水用电量0.165度,比其他采用同样污水处理工艺但没采用变频调节技术的污水厂处理吨水用电量0.22度节电25%。每年节电89.43万度,按现在电价0.80元/度测算,每年节约电费71.55万元,经济效益明显。

2) 实现了软启动,电机启动电流大幅度下降,避免了电机启动时对电网的冲击;

3) 设备运行更平稳,消除了启动和停机时的水锤效应,延长了设备的使用寿命;

4) 实现了闭环全自动控制,提高了自动化水平,运行安全可靠、无人值守。按有人值守需6人(三班倒,每班2人),每人平均月工资2000元测算,每年节约人员开支14.40万元。

结语

我局在观澜污水处理厂的工程建设中,将变频节能技术应用到污水处理工艺,自2004年底投入运行以来,节能效果很好,经济效益显著,2005年和2006年共节省电费和人员费用171.90万元。并能改善控制系统,提高系统品质因素,控制超调量,增强系统抗干扰能力,延长设备使用寿命。此技术已在宝安区筹建中的BOT项目固戍、龙华、沙井等污水处理厂中推广。

(摘编自《电气技术》,原文标题为“变频节能技术在污水处理厂中的应用”,作者为陈征雄、崔文生。)

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