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污水處理廠的變頻技術(shù)

時間:2018-03-16 16:37來源:未知 作者:admin 點擊:

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污水處理廠工藝概況

觀瀾污水處理廠位于深圳市寶安區(qū)觀瀾街道桂花村,主要負(fù)責(zé)觀瀾區(qū)域的生活污水處理,首期工程污水處理能力為6萬噸/天,出水排入觀瀾河,水質(zhì)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》[GB18918-2002]的一級B標(biāo)準(zhǔn),工程采用HAS’SBR污水處理工藝(改良SBR工藝),其工藝流程如下圖1表示。

圖1:觀瀾污水處理廠工藝流程圖

該工程(首期,下同)工藝設(shè)備總裝機(jī)容量1585KW,工作容量1180KW,計算負(fù)荷876.31KW,其中用電量比較大的設(shè)備是鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)水泵,鼓風(fēng)機(jī)兩用一備,每臺容量315KW,進(jìn)水泵兩用一備,每臺容量90KW。

可見,鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)水泵占全廠能耗的92%,其中鼓風(fēng)機(jī)占了全廠能耗的72%。鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)水泵是污水處理的核心設(shè)備,都是全天候運轉(zhuǎn)的,因此在該工程中我們采用了ABB變頻器對鼓風(fēng)機(jī)及進(jìn)水泵進(jìn)行變頻控制,一方面優(yōu)化運行,保護(hù)設(shè)備;另一方面就是節(jié)約電能。

變頻節(jié)能供水系統(tǒng)配置說明

1、鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。

本設(shè)計共設(shè)置3臺鼓風(fēng)機(jī),2備1用,每臺鼓風(fēng)機(jī)各配1臺ABB公司的ACS607變頻調(diào)節(jié)器,配合美國AB公司的CONTROLOGIX 5000系列PLC實現(xiàn)系統(tǒng)的全閉環(huán)自動調(diào)節(jié);本工程共設(shè)四個反應(yīng)池,每2個反應(yīng)池為1組功能單元,各反應(yīng)池按設(shè)定的時序時間周期運行。

每一組2個反應(yīng)池對應(yīng)1臺鼓風(fēng)機(jī),該鼓風(fēng)機(jī)輸出的壓縮空氣通過1條空氣管道通至一組的2個反應(yīng)池前,再分為2條進(jìn)風(fēng)管分別進(jìn)入2個反應(yīng)池,通過控制2條進(jìn)風(fēng)管的各自進(jìn)氣閥門實現(xiàn)該1臺鼓風(fēng)機(jī)只能向每一組2個反應(yīng)池的其中1個反應(yīng)池供氣。

鼓風(fēng)機(jī)在反應(yīng)池運行過程中啟動,根據(jù)工作時對應(yīng)的反應(yīng)池中測得的DO(溶解氧)值調(diào)整該鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及工作時間,在PID(用PLC)自動控制下直到DO值濃度穩(wěn)定在設(shè)定值。其外部設(shè)備連接見圖2。

2、進(jìn)水泵系統(tǒng)。

進(jìn)水泵房集水池內(nèi)共設(shè)有3臺進(jìn)水泵?紤]到實際應(yīng)用中只可能是一臺變頻運轉(zhuǎn),另一臺是停止或工頻運轉(zhuǎn),再另外一臺是備用,同時為了節(jié)約投資,設(shè)計了3臺水泵只用一臺變頻調(diào)節(jié)。當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位最高極限水位29.00M時,最低報警水位23.70M時,用變頻調(diào)速進(jìn)水泵調(diào)節(jié)提升總水量將進(jìn)水泵房集水池水位最佳運行狀態(tài)控制在最高控制水位25.40M時,最低控制水位24.00M之間。

當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位升到24.00M時,開1臺變頻調(diào)速進(jìn)水泵。

當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位升到24.70M時,開1臺變頻調(diào)速進(jìn)水泵和1臺不能調(diào)速的進(jìn)水泵。

當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位升到25.00M時,開1臺變頻調(diào)速進(jìn)水泵和2臺不能調(diào)速的進(jìn)水泵。

水泵最多可同時開3臺,當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位達(dá)到最高極限水位29.00M或000M時,發(fā)出最高水位報警信號,手動打開進(jìn)水閘門井內(nèi)溢流閘門后,再關(guān)閉進(jìn)水閘門井中的2個進(jìn)水閘門,污水通過溢流閘門及溢流管道排至出水河道中。

當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位降到25.0M時,關(guān)1臺不能調(diào)速的進(jìn)水泵。

當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位降到24.70M時,關(guān)2臺不能調(diào)速的進(jìn)水泵。

當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位降到23.70M時,關(guān)3臺進(jìn)水泵。

當(dāng)進(jìn)水泵房集水池水位降到最低報警水位23.70M時,發(fā)出低水位報警信號。

為了避免一臺泵重復(fù)啟動,不能調(diào)速的進(jìn)水泵將依次循環(huán)投入運行,先開先停,并且每次首先啟動的泵都自動輪換,計算機(jī)程序記錄每臺泵的運行時間,自動調(diào)整啟動順序,充分延長設(shè)備的使用壽命。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖。見圖2

圖2:系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖

4、系統(tǒng)通訊實現(xiàn)的方法與編程。(略)

變頻調(diào)節(jié)的節(jié)電原理

1、變頻調(diào)控原理與特性

通過新一代全控型電子元件,用變頻器改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速方式來進(jìn)行風(fēng)機(jī)風(fēng)量或水泵流量的控制,可以大幅度減少以往機(jī)械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。

圖3:變頻調(diào)節(jié)時風(fēng)機(jī)的性能曲線

2、變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能原理

圖2中曲線1和2表示調(diào)速時的壓力-流量曲線,曲線3和4表示節(jié)流調(diào)節(jié)時管路阻力特性曲線,曲線5表示恒速時功率-流量曲線,設(shè)A點為風(fēng)機(jī)最大工況點。當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q2時,如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法,工況點由A到B,風(fēng)壓增加到H2,由圖中可看出軸功率P2下降,但減少的不太多。

如果采用變頻調(diào)節(jié)方式,風(fēng)機(jī)工況點由A到C,可見在滿足同樣風(fēng)量Q2 情況下,風(fēng)壓H3將大幅度下降,功率P3隨著顯著減少。節(jié)省的功率損耗△P=△HQ2與圖中面積BH2H3C成正比。

由以上分析可知,變頻調(diào)節(jié)是一種高效的調(diào)節(jié)方式。鼓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié),不會產(chǎn)生附加壓力損失,節(jié)能效果顯著,調(diào)節(jié)風(fēng)量范圍0%~100%,適合調(diào)節(jié)范圍寬,且經(jīng)常處于低負(fù)荷下運行的場合。但是,當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,風(fēng)量減小時,風(fēng)壓將發(fā)生很大變化,由風(fēng)機(jī)比例定律: Q1/Q2=(n1/n2),H1/H2=(n1/n2)2,P1/P2=(n1/n2) 3

可知,當(dāng)其轉(zhuǎn)速降低到原額定轉(zhuǎn)速的一半時,對應(yīng)工況點的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8,這就是變頻調(diào)節(jié)方式可以大幅度節(jié)電的原因。

假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低10%(輸出頻率45Hz時),則功率P2=(0.9)×P1=0.73P1,節(jié)電27%。

假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低20%(輸出頻率40Hz時),則功率P2=(0.8)³×P1=0.51P1,節(jié)電49%。

由于功率與轉(zhuǎn)速成三次方的關(guān)系,因此,轉(zhuǎn)速變化越大,功率的消耗將呈幾何級數(shù)減少。

3、啟動電流對電動機(jī)及設(shè)備的損害

電動機(jī)在啟動階段,往往采用自藕變壓器降壓啟動或(星—三角)啟動方式,這兩種方式雖然能降低啟動電流對電動機(jī)的損害,但仍有高達(dá)額定電流5—6倍的啟動電流,嚴(yán)重危害著電動機(jī)、水泵、單向閥、管路系統(tǒng)的使用壽命。

圖4

使用變頻調(diào)節(jié)以后,由于使用了SPWM技術(shù),實現(xiàn)了真正意義上的軟啟動和緩沖停機(jī),從根本上消除了啟動電流對電動機(jī)及其它設(shè)備的危害,大大延長了設(shè)備的使用壽命。

4、設(shè)備運行中的噪音、震動、水錘等問題

設(shè)備在全電壓啟動、運行、停止的過程中,由于無法進(jìn)行及時有效的調(diào)節(jié),會產(chǎn)生嚴(yán)重的水錘、機(jī)械噪音增加、震動加劇等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象都具有極大的破壞性,會引起管道破裂或癟塌、損壞閥門和固定件,并會增加進(jìn)線變壓器的負(fù)荷狀況。

采用了變頻調(diào)節(jié)后,可以通過延長升、降速時間來延長起動或停機(jī)的過程,即使在運行過程中,也可以通過對工作頻率點的選擇,跳過容易引起設(shè)備共震的工作點,從而使水泵葉片、單向閥、管路系統(tǒng)承受的應(yīng)力大為減小,軸承的磨損也大大減輕,設(shè)備的工作壽命將大大延長。

應(yīng)用效果

1) 節(jié)能效果顯著。該工程自2004年底建成并投入運行至2006年底,共達(dá)標(biāo)處理污水4332.82 萬噸,共用電715.46萬度,處理噸水用電量0.165度,比其他采用同樣污水處理工藝但沒采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的污水廠處理噸水用電量0.22度節(jié)電25%。每年節(jié)電89.43萬度,按現(xiàn)在電價0.80元/度測算,每年節(jié)約電費71.55萬元,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2) 實現(xiàn)了軟啟動,電機(jī)啟動電流大幅度下降,避免了電機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊;

3) 設(shè)備運行更平穩(wěn),消除了啟動和停機(jī)時的水錘效應(yīng),延長了設(shè)備的使用壽命;

4) 實現(xiàn)了閉環(huán)全自動控制,提高了自動化水平,運行安全可靠、無人值守。按有人值守需6人(三班倒,每班2人),每人平均月工資2000元測算,每年節(jié)約人員開支14.40萬元。

結(jié)語

我局在觀瀾污水處理廠的工程建設(shè)中,將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到污水處理工藝,自2004年底投入運行以來,節(jié)能效果很好,經(jīng)濟(jì)效益顯著,2005年和2006年共節(jié)省電費和人員費用171.90萬元。并能改善控制系統(tǒng),提高系統(tǒng)品質(zhì)因素,控制超調(diào)量,增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力,延長設(shè)備使用壽命。此技術(shù)已在寶安區(qū)籌建中的BOT項目固戍、龍華、沙井等污水處理廠中推廣。

(摘編自《電氣技術(shù)》,原文標(biāo)題為“變頻節(jié)能技術(shù)在污水處理廠中的應(yīng)用”,作者為陳征雄、崔文生。)

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