城市污水處理廠升級(jí)變頻改造方案
發(fā)布日期:2015-07-18 14:52 瀏覽次數(shù):
一、概述
城市生活污水處理自200年前工業(yè)革命以來,越來越受到人們的重視。城市污水處理率已成為一個(gè)地區(qū)文明與否的一個(gè)重要標(biāo)志。近200年來,城市污水處理已從原始的自然處理、簡單的一級(jí)處理發(fā)展到利用各種先進(jìn)技術(shù)、深度處理污水,并回用。處理工藝也從傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝工藝發(fā)展到A/O、A2/O、AB、SBR(包括CCAS工藝)等多種工藝,以達(dá)到不同的出水要求。我國城市污水處理相對于國外發(fā)達(dá)國家、起步較晚,目前城市污水處理率只有6.7%??底靠萍荚诖罅σM(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),結(jié)合我國發(fā)展,尤其是當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,探索適合我國實(shí)際的城市污水處理系統(tǒng)。
結(jié)合我國實(shí)際情況,參考國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),我公司建設(shè)城市污水處理廠主要有以下幾個(gè)發(fā)展方向:
1總投資省。
我國是一個(gè)發(fā)展中國家,經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需資金非常龐大,因此嚴(yán)格控制總投資對國民經(jīng)濟(jì)大有益處。
2運(yùn)行費(fèi)用低。
運(yùn)行費(fèi)用是污水處理廠能否正常運(yùn)行的重要因素,是評判一套工藝優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。
3占地省。
我國人口眾多,人均土地資源極其緊缺。土地資源是我國許多城市發(fā)展和規(guī)劃的一個(gè)重要因素。
4脫氮除磷效果。
隨著我國大面積水體環(huán)境的富營養(yǎng)化,污水的脫氮除磷已經(jīng)成為一個(gè)迫切的問題。我國較新實(shí)施的國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)也明確規(guī)定了適用于所有排污單位,非常嚴(yán)格地規(guī)定了磷酸鹽排放標(biāo)準(zhǔn)和氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)。這就意味著今后絕大多數(shù)城市污水處理廠都要考慮脫氮除磷的問題。
5現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)與環(huán)保工程的有機(jī)結(jié)合?,F(xiàn)代先進(jìn)技術(shù),尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和自控系統(tǒng)設(shè)備的出現(xiàn)和完善,為環(huán)保工程的發(fā)展提供了有力的支持。目前,國外發(fā)達(dá)國家的污水處理廠大都采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)管理和自控系統(tǒng),保證了污水處理廠的正常運(yùn)行和穩(wěn)定的合格出水,而我國在這方面還比較落后。計(jì)算機(jī)控制和管理也必將是我國城市污水處理廠發(fā)展的方向。
二、污水處理工藝及變頻改造可行性變與頻節(jié)能原理
1原污水處理系統(tǒng)工藝
為了選擇出工藝上較可靠,投資上較經(jīng)濟(jì),管理上較方便的城市污水處理系統(tǒng),康卓科技在結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,我們調(diào)研了國內(nèi)外污水處理廠的成熟經(jīng)驗(yàn)和發(fā)展趨勢,并進(jìn)行了比較。目前,國內(nèi)外城市污水處理廠處理工藝大都采用一級(jí)處理和二級(jí)處理。
a.一級(jí)處理是采用物理方法:
主要通過格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質(zhì)。這一處理工藝國內(nèi)外都已成熟,差別不大。
b.二級(jí)處理則是采用生化方法:
主要通過微生物的生命運(yùn)動(dòng)等手段來去除廢水中的懸浮性,溶解性有機(jī)物以及氮、磷等營養(yǎng)鹽。目前,這一處理工藝有多種方法,歸結(jié)起來,有代表性的工藝主要有傳統(tǒng)活性污泥、氧化溝、A/O或A2/O工藝、SBR及CCAS工藝等。目前,這幾種代表工藝在國內(nèi)外都有實(shí)際應(yīng)用。
c.曝氣機(jī)和潛水泵是污水處理的核心設(shè)備,也是主要的運(yùn)行耗能設(shè)備。污水處理廠曝氣機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)是全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的,曝氣機(jī)的主要作用就是向待處理污水中通入空氣,空氣中的氧融解在污水中,污水處理好壞在溶解氧部分,溶解氧濃度對處理結(jié)果有很大影響,溶解氧濃度太低,污水不能達(dá)標(biāo);溶解濃度太高,不僅浪費(fèi)電能還可能使活性污泥上浮使出水也不能達(dá)標(biāo)。溶解氧濃度主要靠鼓風(fēng)機(jī)通入的風(fēng)量來調(diào)節(jié)。
d.目前大部分鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)是靠進(jìn)風(fēng)門及出風(fēng)門來調(diào)節(jié)的,對鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)不做速度調(diào)節(jié),此種調(diào)節(jié)方式節(jié)能有限,在不同的污水量及處理工藝的不同階段,隨然需要的風(fēng)量不一樣,但鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)消耗的電能基本不變,造成極大的電能浪費(fèi)。
2.變頻改造的可行性
隨著交流變頻調(diào)速的日益普及,變頻器補(bǔ)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)當(dāng)中。曝氣機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)加裝變頻器,鼓風(fēng)機(jī)變頻控制后,能隨時(shí)根據(jù)污水量、污水處理的不同工藝階段所需的風(fēng)量來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,從而控制供風(fēng)理,較終將曝氣池溶解氧的濃度控制在污水處理工藝所需值。
變頻調(diào)速能是一項(xiàng)節(jié)電環(huán)保的技術(shù),污水廠設(shè)備一般全天候運(yùn)行,經(jīng)過變頻改造后節(jié)能效果可觀,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,操作方便,能真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。
3.變頻節(jié)能原理
隨著科技的不斷發(fā)展,交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)被廣泛采用。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)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2中:
曲線1和2表示調(diào)速時(shí)的壓力-流量曲線;
曲線3和4表示節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)管路阻力特性曲線;
曲線5表示恒速時(shí)功率-流量曲線;
設(shè)A點(diǎn)為風(fēng)機(jī)較大工況點(diǎn)。當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q2時(shí),如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法,工況點(diǎn)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(diǎn)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。
a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(huì)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(yùn)行的場合。但是,當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,風(fēng)量減小時(shí),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(shí),對應(yīng)工況點(diǎn)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。
① 假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低10%(輸出頻率45Hz時(shí)),則功率 P2=(0.9)×P1=0.73P1,節(jié)電27%。
② 假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低20%(輸出頻率40Hz時(shí)),則功率 P2=(0.8)3×P1=0.51P1,節(jié)電49%。
b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(jí)數(shù)減少。
c按照GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式進(jìn)行節(jié)電分析,即:
風(fēng)機(jī)、泵類,采用擋板調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電機(jī)輸入功率PL與流量Q 的系
式中:Pe-額定流量時(shí)電機(jī)輸入功率KW
QN-額定流量
式中:Ki為節(jié)電率、P1為節(jié)約功率
可使用上式估算改造為的節(jié)電量。根據(jù)原工況,對采用入口導(dǎo)葉的風(fēng)機(jī),在入口導(dǎo)葉小角度開度節(jié)電效果和變頻器相差不大,即開度為10%時(shí)與采用變頻控制節(jié)能效果相當(dāng)不大可忽略不計(jì)。
4實(shí)際產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值及其估算
a旁路開度為30%,流量為70%時(shí)節(jié)電率估算:
1-((0.7)3/0.45+0.55×(0.7)2)=52%
b原工頻每月每臺(tái)估算用電量:
160×0.7×24×30=80640 KWH
c變頻改造后每臺(tái)每月節(jié)電量:
80640×52%=41933 KWH
d變頻改造后每臺(tái)每月節(jié)省電費(fèi):
41933×0.8= 33546.4元
結(jié)論:
每套變頻節(jié)能柜報(bào)價(jià):19.2萬無;投資回收周期:約 6 月
四、原設(shè)備運(yùn)行工況
1.污水處理中鼓風(fēng)機(jī)工況
鼓風(fēng)機(jī)采用入口導(dǎo)葉、出口閥門、旁路放空閥調(diào)節(jié)風(fēng)量。工作時(shí)入口導(dǎo)葉開度為10%,入口進(jìn)氣溫度為25.2度,壓力為0.1KPA;出口閥全開,出口溫度91.7度,壓力為60KPA;出口處旁路放空閥開度為30%。
2.啟動(dòng)電流對電動(dòng)機(jī)及設(shè)備的損害
電動(dòng)機(jī)采用降壓軟啟動(dòng)啟動(dòng)方式,這種方式雖然能降低啟動(dòng)電流對電動(dòng)機(jī)的損害,但由于鼓風(fēng)機(jī)慣性大,啟動(dòng)力矩要求較大,仍有高達(dá)額定電流2—3倍的啟動(dòng)電流,危害著電動(dòng)機(jī)、水泵、單向閥、管路系統(tǒng)的使用壽命。
3.設(shè)備運(yùn)行中的噪音、震動(dòng)、水錘等問題
設(shè)備在啟動(dòng)、運(yùn)行、停止的過程中,由于無法進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)節(jié),會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水錘、機(jī)械噪音增加、震動(dòng)加劇等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象都具有極大的破壞性,會(huì)引起管道破裂或癟塌、損壞閥門和固定件,并會(huì)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(shí)間來延長起動(dòng)或停機(jī)的過程,即使在運(yùn)行過程中,也可以通過對工作頻率點(diǎn)的選擇,跳過容易引起設(shè)備共震的工作點(diǎn),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。
五、變頻改造方案
根據(jù)原設(shè)備工況,考慮可靠性及配置的靈活性,采用一拖一方案,每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)加裝一套變頻節(jié)能柜,保留原軟啟動(dòng)裝置,作為變頻控制柜故障時(shí)的備用裝置,以保證生產(chǎn)的萬無一失。變頻控制柜內(nèi)含變頻器、切換接觸器、指示表、指示燈及按鈕開關(guān)等。系統(tǒng)圖如下:
六、用戶受益
1高效節(jié)能運(yùn)行,節(jié)能效果可觀,投資回報(bào)周期短
變頻改造后,鼓風(fēng)機(jī)可根據(jù)工藝需要來調(diào)節(jié)供風(fēng)量,變頻調(diào)速后節(jié)約電能。
2電機(jī)真正帶負(fù)載軟啟動(dòng),減少?zèng)_擊。
使用變頻調(diào)節(jié)以后,由于使用了SPWM技術(shù),實(shí)現(xiàn)了真正意義上的軟啟動(dòng)和緩沖停機(jī),從根本上消除了啟動(dòng)電流對電動(dòng)機(jī)及其它設(shè)備的危害,大大延長了設(shè)備的使用壽命。
3延長設(shè)備使用壽命
采用了變頻調(diào)節(jié)后,可以通過延長升、降速時(shí)間來延長起動(dòng)或停機(jī)的過程,即使在運(yùn)行過程中,也可以通過對工作頻率點(diǎn)的選擇,跳過容易引起設(shè)備共震的工作點(diǎn),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。