變頻調速技術在污水處理廠的應用

1、變頻調速技術在污水處理廠的應用-管 理資料2019-01-01我國作為一個能源短缺的國家，節(jié)能尤為重要,。中國節(jié)能技術大綱提出水泵風機類應最大發(fā)揮其節(jié)能作用的要求，對污 水處理廠來說，水泵風機類負載作為其主要的用電設備，節(jié)約能源、降低消耗 尤為重要。在污水處理廠采用變頻調速技術，既可實現(xiàn)無級調速，滿足污水處 理工藝過程中各項指標對電機速度控制的要求，保證工藝流程的相對穩(wěn)定，乂 可實現(xiàn)節(jié)約能源、降低消耗，減少相關設備的開停次數(shù)，延長設備使用壽命， 并可解決山于工程實際運行規(guī)模與設計規(guī)模不一致帶來的運行過程的偏差，對 協(xié)調各工藝流程間匹配關系，起到重要的調節(jié)作用，因此變頻調速技術在污水 處理廠的生

2、產過程中得到越來越廣泛的應用。1. 1風機.水泵等設備調速節(jié)能特點污水處理廠內一般風機、水泵的流量有一定的變化范根據風機、水 泵的揚程-流量特性曲線，按照工藝要求的流量，實現(xiàn)變速變流量控制，是很有 效的節(jié)能方法。風機、水泵具有以下特點：電機軸功率P和流ftQ、揚程H之間的關系為:P=K*H*Q/n其中K為常數(shù);n為效率。它們與轉速X之間的關系為:Q1/Q2=N1/N2H1/H2=(N1/N2)2P1/P2=(N1/N2)3式中：QI、Q20D0D 流量，m3/s;N1、N2DD 轉速，r/min;Pl、P2DD功率，kW;H1、H20D0D 揚程，mo上圖中曲線1為風機在恒速下壓力,H和流量Q

3、的特性曲線，曲線2是管 網風阻特性（閥門開度為100%）。假設風機在設計時工作在A點的效率最高，輸 出風量Q1為100%,此時的軸功率P1=Q1XH1與面積AH10Q1成正比。根據工藝 要求，當風量需從Q1減少到Q（例如70%）時，如采用調節(jié)閥門的方法相當于增 加了管網阻力，使管網阻力特性變到為曲線3,系統(tǒng)由原來的工況A點變到新 的工況B點運行，山圖中可以看出，風壓反而增加了，軸功率P2與面積 BH20Q2成正比，減少不多。如果釆用變頻調速控制方式，將風機轉速山N1降 到2,根據風機的比例定律，可以畫出在轉速N2下壓力H和流量Q特性如曲 線4所示，可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3將大幅

4、度降低，功率 P3（相等于面積CH30Q2）也隨著顯著減少，節(jié)省的功率 P二HQ2與面積BH2H3C 成正比，節(jié)能的效果是十分明顯的。即流量與轉速成比例，而功率與流量的3次方成比例。由于風機、水泵 一般用不調速的籠型電動機傳動，當流量需要改變時，用改變風門或閥門的開 度進行控制，效率很低。若采用轉速控制，當流量減小時，所需功率近似按流 量的3次方大幅度下降。例如風量下降到80%,轉速也下降到80%時，則軸功率 下降到額定功率的51%;如風量下降到50%,功率P可下降到額定功率的13%, 當然山于實際工況的影響，節(jié)能的實際值不會有這么明顯，即使這樣，節(jié)能的 效果也是十分明顯的。2、變頻調速技術在

5、污水處理廠不同工藝流程中的應用城市污水處理工藝按流程和處理程序劃分，可分為預處理工藝.一級處 理工藝、二級處理工藝、深度處理工藝和污泥處理工藝，以及最終的污泥處 置。下面就不同階段工藝設備所選變頻設備進行預處理工藝通常包括格柵處 理、泵房抽升和沉砂處理。格柵處理的U的是截留大塊物質以保護后續(xù)水泵管線、設備的正常運 行。一般均采用格柵除污機進行清污，盡管除污機可采用變頻調速技術，實現(xiàn) 除污速度的無極調節(jié)，但口前大部分污水處理廠均利用格柵前后的液位差值給 出動作信號控制格柵除污機的動作，較少采用變頻調速裝置。污水提升泵房的U的是提高水頭，以保證污水可以黑重力流過后續(xù)建在 地面上的各個處理構筑物。污

6、水提升泵作為污水處理廠的重要耗能設備，節(jié)能 非常重要。污水提升泵采用變頻調速裝置，可根據進水流量的大小，進行調 節(jié)，避免水泵的頻繁起停，延長水泵壽命。需要注意的是，一般悄況下，應保 持集水池的髙水位運行，這樣可降低泵的揚程，在保證提升水量的詢提下降低 能耗。沉砂處理的U的是去除污水中裹攜的砂、石與大塊顆粒物，以減少它們 在后續(xù)構筑物中的沉降，防止造成設施淤砂，影響功效，造成磨損堵塞，影響 管線設備的正常運行。一般分為曝氣沉砂池及旋流沉砂池。曝氣沉砂池中設備 一般為刮泥機及鼓風機，因刮泥機運行速度很慢，一般僅設雙速電機運行;鼓風 機為沉砂池曝氣，使污水產生一定的旋流速度，以便于污水中的較大砂粒沉

7、 淀，根據工藝需要，可將沉砂池鼓風機設為變頻調速，以調整曝氣強度，可根 據進入沉砂池的水量來調整轉速。旋流沉砂池與曝氣沉砂池道理一樣，不是采 用曝氣方式產生旋流速度，而是直接采用攪拌器使水流產生旋轉速度，一般可 將攪拌器設為變頻調速。(1) 一級處理工藝主要是初次沉淀池，U的是將污水中懸浮物盡可能的沉 降去除。該部分設備主要是刮泥機，刮泥機基本是連續(xù)或間斷勻速運行，一般 不設變頻裝置。(2) 二級處理工藝主要是山曝氣池和二沉池組成，U的是通過微生物的新 陳代謝將污水中的大部分污染物變成C02和H20。該部分作為污水處理廠的主 要處理工段，組成較復雜，根據不同的工藝，設備選擇也不盡相同。以下就一

8、 般的活性污泥工藝中的一些設備及控制做一下簡單描述。曝氣池是山微生物組成的活性污泥與污水中的有機污染物質充分混和接 觸，并進而將其吸收并分解的場所，它是活性污泥工藝的核心。曝氣系統(tǒng)分為 故風曝氣及機械曝氣兩大類。曝氣設備主要有鼓風機及表曝機等，鼓風機及表曝機作為污水處理廠的 主要設備，它們的運行工況不僅關系到污水處理效果的好壞，而且和整個污水 處理廠的運行成本有極大的關系。曝氣鼓風機一般采用離心式鼓風機，乂分為單級高速離心風機及多級低 速離心風機，對于單級高速離心風機，山于風機本身的特性要求，國內大部分 污水廠均采用自動調節(jié)進口導葉片來達到節(jié)能效果，實際運行效果也不錯;對于 多級低速離心風機，

9、常采用變頻調速裝置控制，已達到節(jié)能效果。對于表曝機設備，均采用變頻調速裝置來控制曝氣量，達到節(jié)能U的。無論是鼓風機還是表曝機，一般均采用曝氣池污泥混和液的溶解氧DO值 作為控制參數(shù)對變頻調速裝置進行調節(jié)，從而調節(jié)曝氣池的曝氣量。有些曝氣池因為工藝方式的不同，設有曝氣池混和液回流泵，該泵可采 用變頻調速裝置控制來調節(jié)混和液回流量?；旌鸵旱幕亓髁坎捎脙然亓鞅瓤刂?(可根據曝氣池污泥濃度控制內回流比)，因為該參數(shù)與污水性質、溫度情況、 進水水量及運行效果等多種因素有關，該參數(shù)需要在運行過程中逐漸摸索調整 (一般人工調整)，因此該泵一般采用人工調整，0。因為混和液回流量的不確定性及連續(xù)性，采用變頻調速

10、裝置控制比較 容易實現(xiàn)。為防止污泥沉淀，曝氣池內還安裝有水下推進器，該設備定速運行，不 需要調速。二沉池的作用是使活性污泥與處理完的污水分離，并使污泥得到一定程 度的濃縮。該部分設備主要是吸泥機，基本是連續(xù)或間斷勻速運行，一般不設 變頻裝置?；亓魑勰嘞到y(tǒng)主要是把二沉池中沉淀下來的絕大部分活性污泥再回流到 曝氣池，以保證曝氣池有足夠的微生物濃度。主要設備為回流污泥泵，應采用 變頻調速裝置控制，回流污泥量主要第J回流比來調節(jié)，調節(jié)回流比的參數(shù)較 多，可以根據二沉池泥位、沉降比、回流污泥及混和液的濃度等參數(shù)綜合進行 調節(jié)。剩余污泥系統(tǒng)主要是把曝氣池中每天凈增的一部分活性污泥排放，主要 設備有剩余污泥

11、泵，因為剩余污泥量的原因，剩余污泥泵電機功率一般不大， 設變頻調速裝置一方面節(jié)能，另一方面也是工藝處理過程的需要，變頻剩余污 泥泵的控制可山生物池的混和液污泥濃度決定，現(xiàn)在越來越多的污水廠在濃縮 脫水前不設貯泥池，因此采用變頻調速來調節(jié)剩余污泥量就顯得更加重要。污水處理廠還有一種常見的工藝為氧化溝工藝，氧化溝工藝的主要設備 為轉碟或轉刷曝氣機，也有安裝表曝機的，表曝機的運行控制方式基本上采用 變頻調速裝置控制，轉碟或轉刷曝氣機因為在氧化溝中安裝臺數(shù)較多，一般為 了調節(jié)多采用雙速電機，很少采用變頻調速裝置控制。(3) 深度處理工藝主要是為污水回用于工業(yè)等特殊用途而進行的進一步處 理工藝。通常的處

12、理工藝有混凝沉淀、過濾、加藥加氯等，并設有出水泵站。 深度處理和一般的凈水廠工藝有相似之處，變頻裝置一般用在混凝沉淀池的刮 泥機、濾站的反沖洗水泵及鼓風機、加氯加藥間的加藥泵、出水泵站的出水泵 等，有關該部分的控制可參照有關凈水廠工藝控制資料，本文不再描述。(4)污泥處理工藝及污泥處置主要包括污水廠污泥部分的濃縮、消化、脫 水、堆肥或制肥、農用填埋等。污泥消化及污泥制肥在多數(shù)污水廠較少采用， 不在多述，僅就污泥濃縮及脫水工藝介紹一下變頻調速裝置的應用。污泥濃縮就是將含水率很高的污泥進行濃縮，以方便污泥的后續(xù)處理或 處置，污水廠一般常用的有重力濃縮及離心濃縮。巫力濃縮主要靠濃縮池進行濃縮，主要設

13、備有污泥濃縮機，一般濃縮機 為連續(xù)工作，不采用變頻調速裝置。由于離心濃縮具有濃縮速度快、臭味小等特點，現(xiàn)在被越來越多的污水 廠采用，主要設備有污泥濃縮機，加藥泵、進泥泵等。一般污泥濃縮機及加藥 泵均采用變頻調速裝置控制，一般在設有貯泥池時設進泥泵，因此進泥泵進泥 量一定，一般不加調速裝置?？刂莆勰酀饪s設備的主要參數(shù)為進泥量及污泥的性質、溫度等因素，速度調節(jié)比較復雜，需在運行中根據實際W況給出模型進 行控制。污泥脫水就是將濃縮后的污泥中的含水量進一步減少，使污泥體積縮 小，便于外運及堆放。一般采用機械脫水。主要設備為污泥脫水機、加藥泵. 進泥泵、沖洗泵等。脫水機常用的有帶式壓濾脫水機及離心脫水機

14、兩種，帶式脫水機帶速及 濾布的調節(jié)主要靠減速機械及其它機械裝置來完成，一般不用變頻調速裝置;離 心脫水機一般均采用變頻調速裝置控制，脫水機的控制參數(shù)需根據進泥泥質的 變化進行調節(jié)。其它如加藥泵也需要隨時進行調節(jié)，一般也采用變頻調速裝置控制，離 心脫水機的進泥泵也常采用變頻調速控制。為帶式脫水機沖洗濾布用的沖洗泵因為壓力流量的恒定，不采用調速控 制。污泥處理廠新工藝比較多，隨新工藝及新設備的投入，控制精確度、運 行等多方面的要求，需要變頻調速裝置控制的設備越來越多，這就要求設計人 員需根據工藝過程的特點，認真選擇，既要做到運行安全、經濟、節(jié)能，乂要 考慮投資的經濟合理。3. 污水處理廠變頻器選擇

15、及使用中應注意的一些問題(1)變頻器選擇中，應按電動機的額定功率及額定電流、額定電圧綜合考 慮，合理選擇變頻器的參數(shù)，與用電設備配套。污水廠中有些機械配套的電動 機屬于大電流、低轉速電機，在選擇變頻器時在按額定功率選擇變頻器時，必 須校核變頻器的額定電流要與設備配套。(2)污水廠除了水泵、風機等設備外，還有一些如轉碟、表曝機等需要較 大起動力矩的重載起動設備，有些生產廠的變頻器分水泵風機類負載及恒轉矩 類負載兩種，選擇變頻器時需特別注意，對于恒轉矩類負載或有較髙靜態(tài)轉速精 度要求的機械采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器則是比較理想的。(3)現(xiàn)在大部分生產廠商的變頻器均釆用電壓源型，功率因數(shù)較

16、高，可保 證在0. 95以上，在實際應用中應結合功率因數(shù)補償協(xié)同考慮，可不需額外增加 補償裝置。集中補償?shù)碾娙菀部蛇m當降低補償容量。但也有些生產廠變頻器為 電流源型，變頻設備隨電機轉速的變化，功率因素變化幅度較大，需要考慮補 償電容。(4) 大型電動機變頻裝置，特別是高壓變頻裝置向電網注入諧波分量應按 國家電能質量公用電網諧波標準GB/T14549-93嚴格執(zhí)行，特殊悄況還需另 行提出要求。在選用時應選擇相關附件，并對生產廠提出具體要求。(5) 變頻器選擇時還要考慮變頻器電纜的傳輸距離，大部分變頻器傳輸距 離都不超過200M,如果需要再長的話，需要增加出線電抗器、出線濾波器等其 它一些附件來完成，在設計時就需要充分考慮。(6) 由于變頻器產生的高次諧波的影響，對補償電容的影響較大，在選擇 電容器時需選擇帶電抗器的電容器，最好選擇帶消諧裝置的電容器組。(7)污水廠控制的參數(shù)較多，需綜合各種信息綜合確定控制模型，變頻裝 置應充分考慮與其它控制系統(tǒng)數(shù)據和信息通訊地能力，以便更好監(jiān)測變頻器的 各種工況及更合理的控制，充分發(fā)揮各種裝置在同一系統(tǒng)中綜合應用的潛力， 達到動態(tài)、互補、經濟運行的U的。(8)變頻器安裝及接線中，應嚴