污水處理廠的電氣節(jié)能方法

左亞波

臥龍電氣集團(tuán)杭州研究院有限公司,浙江杭州 311258

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)重視程度的提高，各地的污水處理廠也越來(lái)越多，而目前各城市能源緊張局面日益呈現(xiàn)，這就要求各污水處理廠能夠使用較少的能源獲得較大的收益。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的很多污水處理廠因無(wú)法承受高額的運(yùn)行費(fèi)用而被迫停產(chǎn)，導(dǎo)致先前的投資未能獲得其應(yīng)有的效益，不但影響了污水處理的有效性，而且造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。本文作者結(jié)合自己多年從事污水處理的經(jīng)驗(yàn)，探討了污水處理廠的電氣節(jié)能方法。

1 污水處理廠工作機(jī)理分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)各污水處理廠所采用的處理工藝樣式繁多，但總的工作流程卻大同小異，本文以目前應(yīng)用較廣泛的微曝氧化溝為例介紹污水處理廠的工作機(jī)理，其主要工藝包括：收集污水（工廠排放水管道、雨水管道、污水管道等）、細(xì)格柵攔截、旋流沉砂池、微曝氧化溝（好氧池、缺氧池、厭氧池等）、消毒出水池、二次沉淀池以及排水管道等。污水處理廠所需要的電氣系統(tǒng)主要有：照明設(shè)備、電機(jī)及相關(guān)工藝設(shè)備、廠區(qū)內(nèi)部的電纜、低壓配電控制系統(tǒng)、10kV/0.4kV變壓器以及10kV配電系統(tǒng)等，而污水處理廠所消耗的電能也是由以上電氣設(shè)備產(chǎn)生的。為此，污水處理廠的電氣節(jié)能也主要從減少照明系統(tǒng)損耗、電機(jī)配置及控制的優(yōu)化、減少電纜的損耗、低壓配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化、變壓器配置、變配電房的選址等方面入手。

2 污水處理廠電氣節(jié)能方法分析

2.1 合理配置變壓器

對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō)，負(fù)載損耗和空載損耗是其主要的有功損耗，而前者是個(gè)常數(shù)，它并不會(huì)隨著變壓器荷載的變化而發(fā)生變化，但后者卻會(huì)隨著負(fù)荷電流而發(fā)生變化，所產(chǎn)生的損耗大小與流過(guò)電流的平方成正比。負(fù)載損耗主要與流經(jīng)變壓器電流和變壓器電阻有關(guān)，其大小和變壓器負(fù)載率的平方成正相關(guān)關(guān)系。為此，變壓器選擇時(shí)應(yīng)盡可能采用銅芯變壓器，以降低負(fù)載損耗。在進(jìn)行變壓器負(fù)荷設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將負(fù)荷率控制在80%左右。污水處理廠設(shè)計(jì)時(shí)大多進(jìn)行超前設(shè)計(jì)和建設(shè)，開(kāi)始使用時(shí)未能全部應(yīng)用，若廠區(qū)內(nèi)只設(shè)置一臺(tái)變壓器，開(kāi)始應(yīng)用時(shí)會(huì)使得負(fù)荷率過(guò)低而不經(jīng)濟(jì)，為此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能設(shè)計(jì)兩臺(tái)或以上的變壓器，依據(jù)廠區(qū)實(shí)際負(fù)荷情況來(lái)決定投入使用變壓器數(shù)量。

2.2 優(yōu)化供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償

對(duì)于供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償來(lái)說(shuō)，主要有分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償兩種。分散補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償具備以下特點(diǎn)：1）操作容易；采用分散補(bǔ)償?shù)姆绞?，只需要將一臺(tái)專用電容器并聯(lián)到用電設(shè)備上即可，而不必要再單獨(dú)設(shè)置保護(hù)裝置；2）分散補(bǔ)償可以使功率因素得到提升，進(jìn)而減少線路損耗；3）經(jīng)濟(jì)效果好；4）有利于末端電壓波動(dòng)的平緩，并能夠提升污水處理廠低壓線路的功率因素。采用分散補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)于配電線路效果良好，但是卻不能有效降低變壓器的銅損。采用集中補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償，可以根據(jù)污水處理廠實(shí)際的負(fù)荷狀況進(jìn)行無(wú)功量的調(diào)整，它能夠有效降低變壓器的銅損，但卻不會(huì)對(duì)配電線路產(chǎn)生有效作用。對(duì)于污水處理廠來(lái)說(shuō)，其日常負(fù)荷較為集中，負(fù)荷中心位置應(yīng)當(dāng)采用低壓配電集中補(bǔ)償。

2.3 降低線路損耗

為了降低污水處理廠電路上的損耗，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面入手：1）所用的電路傳輸電纜電阻率應(yīng)盡可能低，相比于鋁芯電纜，銅芯電纜的電阻率要低得多，雖然銅芯電纜價(jià)格比較高，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)效果來(lái)看選擇銅芯電纜要更為經(jīng)濟(jì)；2）盡可能降低線路電纜的長(zhǎng)度，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置電纜走向，將污水處理廠的配電房安放在風(fēng)機(jī)房、提升泵房附近，而將回流污泥泵房等負(fù)荷集中、距離較遠(yuǎn)的負(fù)荷點(diǎn)處設(shè)置分配電放，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的二次分配，這樣可以有效降低電纜長(zhǎng)度和線路損耗；3）加大線路電纜橫截面的面積，對(duì)于長(zhǎng)度較大的線路，線路電纜截面要符合電壓損失、保護(hù)的配合、熱穩(wěn)定、載流量要求，此外應(yīng)當(dāng)將電纜橫截面加大一級(jí)，這么做雖然會(huì)增大建設(shè)投資額，但是使用過(guò)程中所節(jié)省的電能會(huì)抵消初次增加的投資額。

2.4 優(yōu)化電機(jī)控制和配置

污水處理廠所使用的電機(jī)主要包括攪拌器、風(fēng)機(jī)、污泥泵、各類水泵等，而污水處理廠中電能主要是電機(jī)消耗的，因而應(yīng)注重在電機(jī)方面的節(jié)能設(shè)計(jì)。導(dǎo)致電機(jī)能耗變化的因素主要有電機(jī)的運(yùn)行管理、電機(jī)的控制方式、電機(jī)數(shù)量配置及容量、電機(jī)自身特性等。在進(jìn)行污水處理廠電機(jī)選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能選用效率高、運(yùn)行可靠的電機(jī)，而當(dāng)前國(guó)內(nèi)大多數(shù)污水處理廠的電機(jī)源于進(jìn)口。當(dāng)根據(jù)污水處理廠的實(shí)際情況合理選用電機(jī)容量，盡可能使機(jī)械負(fù)載功率與電機(jī)的輸出功率相當(dāng)，進(jìn)而有效提升電機(jī)的負(fù)債率，改善電機(jī)的自然功率因數(shù)。污水處理廠實(shí)際 運(yùn)行情況要隨著用水時(shí)間、天氣、季節(jié)等改變，當(dāng)前主要根據(jù)最大流量進(jìn)行水泵的選擇，并適當(dāng)預(yù)留一定的額度，因而電機(jī)完全達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間將小于10%，大多數(shù)的時(shí)間完全處于低效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而電機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)大幅度節(jié)省電能。為此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合污水處理廠的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)控方式的選擇，有效設(shè)置處理廠電機(jī)的輸出負(fù)荷，確保電機(jī)能夠始終處于高校運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2.5 照明節(jié)能措施

污水處理廠的廠區(qū)室外、車間的室內(nèi)、綜合樓等照明也會(huì)消耗較大的電能。在進(jìn)行照明燈具選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量選用控光性能合理、直射光通比例高的燈具，所用照明附件應(yīng)當(dāng)具備性能穩(wěn)定、功率損耗低的特點(diǎn)。目前，社會(huì)對(duì)于照明選擇的標(biāo)準(zhǔn)是在滿足照明需求的基礎(chǔ)上，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)際使用中應(yīng)當(dāng)選用節(jié)能型、環(huán)保型、綠色型照明。為此，應(yīng)將智能控制系統(tǒng)用于室外照明上，對(duì)不同時(shí)段、不同區(qū)域的照明開(kāi)關(guān)進(jìn)行智能控制；相鄰的燈具所采用的控制回路和開(kāi)關(guān)應(yīng)有所區(qū)別，以便廠區(qū)操作人員能夠根據(jù)實(shí)際需要有選擇的使用，這樣就能有效降低照明電能損耗。

3 結(jié)論

在進(jìn)行污水處理廠電氣設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合廠區(qū)實(shí)際情況合理配置變壓器、優(yōu)化供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償、優(yōu)化電機(jī)控制和配置等，進(jìn)而有效降低電能損耗。

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