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水及水处理

6000系列变频器在南宁污水处理厂的应用

城市生活污水处理自200年前工业革命以来,越来越受到人们的重视。城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。

一、概述

      城市生活污水处理自200年前工业命以来,越来越受到人们的重视。城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。近200年来,城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水,并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A2/O、AB、SBR(括CCAS工艺)等多种工艺,以达到不同的出水要求。我国城市污水处理相对于国外发达国家、起步较晚,目前城市污水处理率只有6.7%。在我们大力引起国外先进技术、设备和经验的同时,必须结合我国发展,尤其是当地实际情况,探索适合我国实际的城市污水处理系统。 

结合我国实际情况,参考国外先进技术和经验,建设城市污水处理厂应符以下几个发展方向: 

1 总投资省。我国是一个发展中国家,经济发展所需资金非常庞大,因此严格控制总投资对国民经济大有益处。 

2 运行费用低。运行费用是污水处理厂能否正常运行的重要因素,是评判一套工艺优劣的主要指标之一。 

3 占地省。我国人口众多,人均土地资源极其紧缺。土地资源是我国许多城市发展和规划的一个重要因素。 

脱氮除磷效果。随着我国大面积水体环境的富营养化,污水的脱氮除磷已经成为一个迫切的问题。我国最新实施的国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)也明确规定了适用于所有排污单位,非常严格地规定了磷酸盐排放标准和氨氮排放标准。这就意味着今后绝大多数城市污水处理厂都要考虑脱氮除磷的问题。 

5 现代先进技术与环保工程的有机结合。现代先进技术,尤其是计算机技术和自控系统设备的出现和完善,为环保工程的发展提供了有力的支持。目前,国外发达国家的污水处理厂大都采用先进的计算机管理和自控系统,保证了污水处理厂的正常运行和稳定的合格出水,而我国在这方面还比较落后。计算机控制和管理也必将是我国城市污水处理厂发展的方向。 

二、污水处理工艺及变频改造可行性节能原理

1 原污水处理系统工艺

      为了选择出工艺上最可靠,投资上最经济,管理上最方便的城市污水处理系统,结合当地的实际情况,我们调研了国内外污水处理厂的成熟经验和发展趋势,并进行了比较。 目前,国内外城市污水处理厂处理工艺大都采用一级处理和二级处理。

    一级处理是采用物理方法主要通过格栅拦截、沉淀等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质。这一处理工艺国内外都已成熟,差别不大。

    b 二级处理则是采用生化方法主要通过微生物的生命运动等手段来去除废水中的悬浮性,溶解性有机物以及氮、磷等营养盐。目前,这一处理工艺有多种方法,归结起来,有代表性的工艺主要有传统活性污泥、氧化沟、A/O或A2/O工艺、SBR及CCAS工艺等。目前,这几种代表工艺在国内外都有实际应用。 

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    曝气机和潜水泵是污水处理的核心设备,也是主要的运行耗能设备。污水处理厂曝气机的鼓风机是全天候运转的,曝气机的主要作用就是向待处理污水中通入空气,空气中的氧融解在污水中,污水处理好坏在溶解氧部分,溶解氧浓度对处理结果有很大影响,溶解氧浓度太低,污水不能达标;溶解浓度太高,不仅浪费电能还可能使活性污泥上浮使出水也不能达标。溶解氧浓度主要靠鼓风机通入的风量来调节。

    d 目前大部分鼓风机的风量调节是靠进风门及出风门来调节的,对鼓风机电机不做速度调节,此种调节方式节能有限,在不同的污水量及处理工艺的不同阶段,随然需要的风量不一样,但鼓风机电机消耗的电能基本不变,造成极大的电能浪费。

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2 变频改造的可行性

      随着交流变频调速的日益普及,变频器补广泛应用于各行各业当中。曝气机的鼓风机加装变频器,鼓风机变频控制后,能随时根据污水量、污水处理的不同工艺阶段所需的风量来调节鼓风机转速,从而控制供风理,最终将曝气池溶解氧的浓度控制在污水处理工艺所需值。

变频调速能是一项节电环保的技术,污水厂设备一般全天候运行,经过变频改造后节能效果可观,运行稳定可靠,操作方便,能真正实现节能环保的目的

3 变频节能原理

    随着科技的不断发展,交流电机调速技术被广泛采用。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。

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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。 

a 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。 

① 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%。                     

② 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%。 

b 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。

c 按照GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式进行节电分析,即:

风机、泵类,采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量的系

 

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式中:Pe-额定流量时电机输入功率KW

QN-额定流量

 

 

 

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式中:Ki为节电率、P1为节约功率

可使用上式估算改造为的节电量。根据原工况,对采用入口导叶的风机,在入口导叶小角度开度节电效果和变频器相差不大,即开度为10%时与采用变频控制节能效果相当不大可忽略不计。

4 实际产生经济价值及其估算 

a 旁路开度为30%,流量为70%时节电率估算:             

1-((0.7)3/0.45+0.55×(0.7)2)=52%

b 原工频每月每台估算用电量:160×0.7×24×30=80640  KWH

c 变频改造后每台每月节电量:80640×52%=41933 KWH

d 变频改造后每台每月节省电费41933×0.8= 33546.4元

结论:每套变频节能柜报价:19.2万无;投资回收周期:约 6 月

三、原设备运行工况

1 设备参数   

a 南宁污水处理厂有离心式鼓风机一共3台,型号:1TYC27

b 配套的三相异步电动机型号为:Y2-315L1-2-160KW,2极电机,额定转                                              

速2975RPM。

原启动方式为软启动器(非变频启动)。

2 污水处理中鼓风机工况

    鼓风机采用入口导叶、出口阀门、旁路放空阀调节风量。工作时入口导叶开度为10%,入口进气温度为25.2度,压力为0.1KPA;出口阀全开,出口温度91.7度,压力为60KPA;出口处旁路放空阀开度为30%。

3 启动电流对电动机及设备的损害

      电动机采用降压启动启动方式,这种方式虽然能降低启动电流对电动机的损害,但由于鼓风机惯性大,启动力矩要求较大,仍有高达额定电流23倍的启动电流,危害着电动机、水泵单向阀管路系统的使用寿命。 

4 设备运行中的噪音、震动、等问题

     设备在启动、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。

四、变频改造方案

      根据原设备工况,考虑可靠性及配置的灵活性,采用一拖一方案,每台鼓风机电机加装一套变频节能柜,保留原软启动装置,作为变频控制柜故障时的备用装置,以保证生产的万无一失。变频控制柜内含变频器、切换接触器、指示表、指示灯及按钮开关等。系统图如下:

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五、用户受益

1 高效节能运行,节能效果可观,投资回报周期短变频改造后,鼓风机可根据工艺需要来调节供风量,变频调速后节约电能。

2 电机真正带负载软启动,减少冲击。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。 

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3 延长设备使用寿命采用了变频调节后,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。

 
 
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