變頻調(diào)速技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用

1、變頻調(diào)速技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用-管 理資料2019-01-01我國作為一個(gè)能源短缺的國家，節(jié)能尤為重要,。中國節(jié)能技術(shù)大綱提出水泵風(fēng)機(jī)類應(yīng)最大發(fā)揮其節(jié)能作用的要求，對(duì)污 水處理廠來說，水泵風(fēng)機(jī)類負(fù)載作為其主要的用電設(shè)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(diào)速技術(shù)，既可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，滿足污水處 理工藝過程中各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)電機(jī)速度控制的要求，保證工藝流程的相對(duì)穩(wěn)定，乂 可實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、降低消耗，減少相關(guān)設(shè)備的開停次數(shù)，延長設(shè)備使用壽命， 并可解決山于工程實(shí)際運(yùn)行規(guī)模與設(shè)計(jì)規(guī)模不一致帶來的運(yùn)行過程的偏差，對(duì) 協(xié)調(diào)各工藝流程間匹配關(guān)系，起到重要的調(diào)節(jié)作用，因此變頻調(diào)速技術(shù)在污水 處理廠的生

2、產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。1. 1風(fēng)機(jī).水泵等設(shè)備調(diào)速節(jié)能特點(diǎn)污水處理廠內(nèi)一般風(fēng)機(jī)、水泵的流量有一定的變化范根據(jù)風(fēng)機(jī)、水 泵的揚(yáng)程-流量特性曲線，按照工藝要求的流量，實(shí)現(xiàn)變速變流量控制，是很有 效的節(jié)能方法。風(fēng)機(jī)、水泵具有以下特點(diǎn)：電機(jī)軸功率P和流ftQ、揚(yáng)程H之間的關(guān)系為:P=K*H*Q/n其中K為常數(shù);n為效率。它們與轉(zhuǎn)速X之間的關(guān)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(zhuǎn)速，r/min;Pl、P2DD功率，kW;H1、H20D0D 揚(yáng)程，mo上圖中曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下壓力,H和流量Q

3、的特性曲線，曲線2是管 網(wǎng)風(fēng)阻特性（閥門開度為100%）。假設(shè)風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)工作在A點(diǎn)的效率最高，輸 出風(fēng)量Q1為100%,此時(shí)的軸功率P1=Q1XH1與面積AH10Q1成正比。根據(jù)工藝 要求，當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q（例如70%）時(shí)，如采用調(diào)節(jié)閥門的方法相當(dāng)于增 加了管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到為曲線3,系統(tǒng)由原來的工況A點(diǎn)變到新 的工況B點(diǎn)運(yùn)行，山圖中可以看出，風(fēng)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(diào)速控制方式，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速山N1降 到2,根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，可以畫出在轉(zhuǎn)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(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)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(zhuǎn)速成比例，而功率與流量的3次方成比例。由于風(fēng)機(jī)、水泵 一般用不調(diào)速的籠型電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，當(dāng)流量需要改變時(shí)，用改變風(fēng)門或閥門的開 度進(jìn)行控制，效率很低。若采用轉(zhuǎn)速控制，當(dāng)流量減小時(shí)，所需功率近似按流 量的3次方大幅度下降。例如風(fēng)量下降到80%,轉(zhuǎn)速也下降到80%時(shí)，則軸功率 下降到額定功率的51%;如風(fēng)量下降到50%,功率P可下降到額定功率的13%, 當(dāng)然山于實(shí)際工況的影響，節(jié)能的實(shí)際值不會(huì)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(diào)速技術(shù)在

5、污水處理廠不同工藝流程中的應(yīng)用城市污水處理工藝按流程和處理程序劃分，可分為預(yù)處理工藝.一級(jí)處 理工藝、二級(jí)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(shè)備所選變頻設(shè)備進(jìn)行預(yù)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(zhì)以保護(hù)后續(xù)水泵管線、設(shè)備的正常運(yùn) 行。一般均采用格柵除污機(jī)進(jìn)行清污，盡管除污機(jī)可采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 除污速度的無極調(diào)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(dòng)作信號(hào)控制格柵除污機(jī)的動(dòng)作，較少采用變頻調(diào)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(gè)處理構(gòu)筑物。污

6、水提升泵作為污水處理廠的重要耗能設(shè)備，節(jié)能 非常重要。污水提升泵采用變頻調(diào)速裝置，可根據(jù)進(jìn)水流量的大小，進(jìn)行調(diào) 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(yīng)保 持集水池的髙水位運(yùn)行，這樣可降低泵的揚(yáng)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(gòu)筑物中的沉降，防止造成設(shè)施淤砂，影響功效，造成磨損堵塞，影響 管線設(shè)備的正常運(yùn)行。一般分為曝氣沉砂池及旋流沉砂池。曝氣沉砂池中設(shè)備 一般為刮泥機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)，因刮泥機(jī)運(yùn)行速度很慢，一般僅設(shè)雙速電機(jī)運(yùn)行;鼓風(fēng) 機(jī)為沉砂池曝氣，使污水產(chǎn)生一定的旋流速度，以便于污水中的較大砂粒沉

7、 淀，根據(jù)工藝需要，可將沉砂池鼓風(fēng)機(jī)設(shè)為變頻調(diào)速，以調(diào)整曝氣強(qiáng)度，可根 據(jù)進(jìn)入沉砂池的水量來調(diào)整轉(zhuǎn)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(chǎn)生旋流速度，而是直接采用攪拌器使水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度，一般可 將攪拌器設(shè)為變頻調(diào)速。(1) 一級(jí)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(shè)備主要是刮泥機(jī)，刮泥機(jī)基本是連續(xù)或間斷勻速運(yùn)行，一般 不設(shè)變頻裝置。(2) 二級(jí)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(fù)雜，根據(jù)不同的工藝，設(shè)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(shè)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(jī)污染物質(zhì)充分混和接 觸，并進(jìn)而將其吸收并分解的場(chǎng)所，它是活性污泥工藝的核心。曝氣系統(tǒng)分為 故風(fēng)曝氣及機(jī)械曝氣兩大類。曝氣設(shè)備主要有鼓風(fēng)機(jī)及表曝機(jī)等，鼓風(fēng)機(jī)及表曝機(jī)作為污水處理廠的 主要設(shè)備，它們的運(yùn)行工況不僅關(guān)系到污水處理效果的好壞，而且和整個(gè)污水 處理廠的運(yùn)行成本有極大的關(guān)系。曝氣鼓風(fēng)機(jī)一般采用離心式鼓風(fēng)機(jī)，乂分為單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)及多級(jí)低 速離心風(fēng)機(jī)，對(duì)于單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)，山于風(fēng)機(jī)本身的特性要求，國內(nèi)大部分 污水廠均采用自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉片來達(dá)到節(jié)能效果，實(shí)際運(yùn)行效果也不錯(cuò);對(duì)于 多級(jí)低速離心風(fēng)機(jī)，

9、常采用變頻調(diào)速裝置控制，已達(dá)到節(jié)能效果。對(duì)于表曝機(jī)設(shè)備，均采用變頻調(diào)速裝置來控制曝氣量，達(dá)到節(jié)能U的。無論是鼓風(fēng)機(jī)還是表曝機(jī)，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(duì)變頻調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)曝氣池的曝氣量。有些曝氣池因?yàn)楣に嚪绞降牟煌O(shè)有曝氣池混和液回流泵，該泵可采 用變頻調(diào)速裝置控制來調(diào)節(jié)混和液回流量?；旌鸵旱幕亓髁坎捎脙?nèi)回流比控制 (可根據(jù)曝氣池污泥濃度控制內(nèi)回流比)，因?yàn)樵搮?shù)與污水性質(zhì)、溫度情況、 進(jìn)水水量及運(yùn)行效果等多種因素有關(guān)，該參數(shù)需要在運(yùn)行過程中逐漸摸索調(diào)整 (一般人工調(diào)整)，因此該泵一般采用人工調(diào)整，0。因?yàn)榛旌鸵夯亓髁康牟淮_定性及連續(xù)性，采用變頻調(diào)速

10、裝置控制比較 容易實(shí)現(xiàn)。為防止污泥沉淀，曝氣池內(nèi)還安裝有水下推進(jìn)器，該設(shè)備定速運(yùn)行，不 需要調(diào)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(shè)備主要是吸泥機(jī)，基本是連續(xù)或間斷勻速運(yùn)行，一般不設(shè) 變頻裝置。回流污泥系統(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(shè)備為回流污泥泵，應(yīng)采用 變頻調(diào)速裝置控制，回流污泥量主要第J回流比來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)回流比的參數(shù)較 多，可以根據(jù)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(jìn)行 調(diào)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(shè)備有剩余污泥

11、泵，因?yàn)槭Ｓ辔勰嗔康脑颍Ｓ辔勰啾秒姍C(jī)功率一般不大， 設(shè)變頻調(diào)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(shè)貯泥池，因此采用變頻調(diào)速來調(diào)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(shè)備 為轉(zhuǎn)碟或轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)，也有安裝表曝機(jī)的，表曝機(jī)的運(yùn)行控制方式基本上采用 變頻調(diào)速裝置控制，轉(zhuǎn)碟或轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)因?yàn)樵谘趸瘻现邪惭b臺(tái)數(shù)較多，一般為 了調(diào)節(jié)多采用雙速電機(jī)，很少采用變頻調(diào)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(jìn)行的進(jìn)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(shè)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(jī)、濾站的反沖洗水泵及鼓風(fēng)機(jī)、加氯加藥間的加藥泵、出水泵站的出水泵 等，有關(guān)該部分的控制可參照有關(guān)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(nóng)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(diào)速裝置的應(yīng)用。污泥濃縮就是將含水率很高的污泥進(jìn)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(jìn)行濃縮，主要設(shè)

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

14、兩種，帶式脫水機(jī)帶速及 濾布的調(diào)節(jié)主要靠減速機(jī)械及其它機(jī)械裝置來完成，一般不用變頻調(diào)速裝置;離 心脫水機(jī)一般均采用變頻調(diào)速裝置控制，脫水機(jī)的控制參數(shù)需根據(jù)進(jìn)泥泥質(zhì)的 變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。其它如加藥泵也需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般也采用變頻調(diào)速裝置控制，離 心脫水機(jī)的進(jìn)泥泵也常采用變頻調(diào)速控制。為帶式脫水機(jī)沖洗濾布用的沖洗泵因?yàn)閴毫α髁康暮愣?，不采用調(diào)速控 制。污泥處理廠新工藝比較多，隨新工藝及新設(shè)備的投入，控制精確度、運(yùn) 行等多方面的要求，需要變頻調(diào)速裝置控制的設(shè)備越來越多，這就要求設(shè)計(jì)人 員需根據(jù)工藝過程的特點(diǎn)，認(rèn)真選擇，既要做到運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，乂要 考慮投資的經(jīng)濟(jì)合理。3. 污水處理廠變頻器選擇

15、及使用中應(yīng)注意的一些問題(1)變頻器選擇中，應(yīng)按電動(dòng)機(jī)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(shè)備配套。污水廠中有些機(jī)械配套的電動(dòng) 機(jī)屬于大電流、低轉(zhuǎn)速電機(jī)，在選擇變頻器時(shí)在按額定功率選擇變頻器時(shí)，必 須校核變頻器的額定電流要與設(shè)備配套。(2)污水廠除了水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備外，還有一些如轉(zhuǎn)碟、表曝機(jī)等需要較 大起動(dòng)力矩的重載起動(dòng)設(shè)備，有些生產(chǎn)廠的變頻器分水泵風(fēng)機(jī)類負(fù)載及恒轉(zhuǎn)矩 類負(fù)載兩種，選擇變頻器時(shí)需特別注意，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載或有較髙靜態(tài)轉(zhuǎn)速精 度要求的機(jī)械采用具有轉(zhuǎn)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(chǎn)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(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合功率因數(shù)補(bǔ)償協(xié)同考慮，可不需額外增加 補(bǔ)償裝置。集中補(bǔ)償?shù)碾娙菀部蛇m當(dāng)降低補(bǔ)償容量。但也有些生產(chǎn)廠變頻器為 電流源型，變頻設(shè)備隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，功率因素變化幅度較大，需要考慮補(bǔ) 償電容。(4) 大型電動(dòng)機(jī)變頻裝置，特別是高壓變頻裝置向電網(wǎng)注入諧波分量應(yīng)按 國家電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93嚴(yán)格執(zhí)行，特殊悄況還需另 行提出要求。在選用時(shí)應(yīng)選擇相關(guān)附件，并對(duì)生產(chǎn)廠提出具體要求。(5) 變頻器選擇時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)就需要充分考慮。(6) 由于變頻器產(chǎn)生的高次諧波的影響，對(duì)補(bǔ)償電容的影響較大，在選擇 電容器時(shí)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(yīng)充分考慮與其它控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息通訊地能力，以便更好監(jiān)測(cè)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(yīng)用的潛力， 達(dá)到動(dòng)態(tài)、互補(bǔ)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的U的。(8)變頻器安裝及接線中，應(yīng)嚴(yán)