變頻器在污水處理廠的應(yīng)用及節(jié)能原理

呂冰

（甘肅省八冶建設(shè)集團(tuán)有限公司第二安裝公司 甘肅省蘭州市蘭州新區(qū) 730300）

1 變頻控制在污水處理工藝中的應(yīng)用

污水處理工藝按流程和處理程序可分為預(yù)處理、一級(jí)處理、二級(jí)處理、深度處理、污泥處理、最終污泥處置，以下就不同階段的變頻應(yīng)用進(jìn)行論述：

1.1 預(yù)處理工藝中的泵房抽升和沉砂處理

泵房中的污水提升泵是主要耗能設(shè)備，根據(jù)進(jìn)水量的大小，變頻調(diào)速，避免水泵的頻繁起停，達(dá)到節(jié)能并延長(zhǎng)水泵壽命的目的。

將為沉砂池曝氣的鼓風(fēng)機(jī)設(shè)為變頻調(diào)速，根據(jù)進(jìn)入池中的水量調(diào)整曝氣強(qiáng)度。旋流沉砂池的攪拌器為變頻調(diào)速。

1.2 二級(jí)處理工藝的曝氣池和二沉池

曝氣池的設(shè)備主要有鼓風(fēng)機(jī)及表曝機(jī)等，鼓風(fēng)機(jī)和表曝機(jī)均采用變頻調(diào)速，達(dá)到節(jié)能目的。有些曝氣池設(shè)有混和液回流泵，由于回流量的不確定性及連續(xù)性，采用變頻調(diào)速比較容易實(shí)現(xiàn)。

回流污泥泵把二沉池中沉淀下來(lái)的大部分活性污泥回流到曝氣池，采用變頻調(diào)速。

剩余污泥泵采用變頻調(diào)速，如果在濃縮脫水工藝前不設(shè)貯泥池，利用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)剩余污泥量就顯得更加重要。

1.3 污泥處理及污泥處置的的濃縮、消化

離心濃縮的設(shè)備主要有加藥泵、污泥濃縮機(jī)等，均采用變頻調(diào)速。

污泥脫水的設(shè)備主要有加藥泵、進(jìn)泥泵、污泥脫水機(jī)等，均采用變頻調(diào)速控制。

上面簡(jiǎn)單介紹了水泵在污水處理廠的使用情況，幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)泵進(jìn)行變頻調(diào)速，可見變頻調(diào)速的重要性。

2 變頻調(diào)速應(yīng)用在水泵和風(fēng)機(jī)上時(shí)的節(jié)能作用

2.1 基本概念

（1）H揚(yáng)程：指的是單位質(zhì)量的水經(jīng)過(guò)水泵后獲得的能量，分析時(shí)一般把水被提升的高度視為揚(yáng)程，單位是m。

（2）管阻：管道系統(tǒng)對(duì)水流的阻力。

（3）Q流量。

（4）揚(yáng)程特性

管路在閥門開度為100%的情況下，全揚(yáng)程H和流量之間的函數(shù)關(guān)系H=f（Q）叫揚(yáng)程特性，隨著管路中流量的增大而全揚(yáng)程變小。揚(yáng)程特性是從用水流量的角度來(lái)講。

（5）管阻特性

在閥門開度一定的情況下，提供一定流量的水與所需揚(yáng)程的函數(shù)關(guān)系H=f（Q）被稱為管阻特性，隨著供水流量的增大其所需的揚(yáng)程也增大。這點(diǎn)是從供水流量的角度來(lái)講。

（6）水泵及管道組成的系統(tǒng)的供水功率P=c×Q×H，它與揚(yáng)程和流量的乘積成正比。

（7）水泵及管道組成的系統(tǒng)的工作點(diǎn)

系統(tǒng)的工作點(diǎn)就是揚(yáng)程特性曲線與管阻特性曲線的交點(diǎn)，這時(shí)系統(tǒng)處于供需平衡狀態(tài)，系統(tǒng)工作狀況穩(wěn)定。

2.2 水泵管路系統(tǒng)的控制方法

一般的控制方法是水泵轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)閥門開度改變管路阻力從而調(diào)節(jié)流量，也就是系統(tǒng)的揚(yáng)程特性不變，通過(guò)改變系統(tǒng)的管阻特性，達(dá)到工藝或用戶的流量要求。

另一種方法就是閥門的開度不變，但水泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)需求變化，這種方法的本質(zhì)就是系統(tǒng)的管阻特性不變，而揚(yáng)程特性發(fā)生變化。

2.3 變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理

圖1中曲線1和2是管阻曲線，曲線3和4是揚(yáng)程曲線。水泵開始運(yùn)行在曲線1和曲線3交點(diǎn)A時(shí)，如果轉(zhuǎn)速不變，只關(guān)小閥門，則揚(yáng)程曲線不變，管阻曲線由1變?yōu)榍€2。則工作點(diǎn)將會(huì)移到B點(diǎn)，供液功率P=C×Q2×H3，相當(dāng)于Q2BH3O的面積；當(dāng)閥門開度保持不變，降低水泵速度時(shí)，則管阻曲線1不變，而揚(yáng)程曲線變?yōu)?，供液功率P=C×Q2×H1，相當(dāng)于Q2CH1O的面積；可以看出二種調(diào)節(jié)方法都是把流量從Q1降到Q2，但調(diào)速方法比調(diào)閥門的方法少用功率CBH3H1，就是變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理。

圖1 流量調(diào)節(jié)方法對(duì)比圖

2.4 從水泵的工作效率看節(jié)能

工作效率就是供液系統(tǒng)的供液功率和水泵軸上輸入功率的比值，水泵工作效率的計(jì)算公式近似為：η*=c1×Q*/n*-c2×（Q*/n*）2

C1和c2是常量，η*、Q*和n*分別表示效率的相對(duì)值、流量的相對(duì)值和轉(zhuǎn)速的相對(duì)值，相對(duì)值指實(shí)際值和額定值的比值。

由上式看出，水泵的工作效率只取決于流量和轉(zhuǎn)速的比值，因此水泵轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其流量和效率的曲線圖大致如圖2。

圖2 流量和效率關(guān)系圖

曲線1表示n*=100%時(shí)流量和效率的關(guān)系，曲線2表示n*=60%時(shí)流量和效率的關(guān)系。從圖中可以看出，轉(zhuǎn)速不變時(shí)，流量從A點(diǎn)100%降到B點(diǎn)60%，其效率將從100%降到80%。但如果采用變頻調(diào)速，流量從100%降到60%時(shí)，轉(zhuǎn)速也相應(yīng)地降低，流量和效率的關(guān)系將變?yōu)榍€2，因此效率仍然為100%。

2.5 從電動(dòng)機(jī)的效率看節(jié)能

設(shè)計(jì)只是理論上的計(jì)算，而實(shí)際的施工和管阻特性無(wú)法準(zhǔn)確掌握，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)用液需求留有一定的余度，因此即便是在用液流量最大時(shí)，電動(dòng)機(jī)也不會(huì)滿負(fù)載運(yùn)行，其效率和功率因數(shù)很低，極大地浪費(fèi)能源。采用變頻調(diào)速后，當(dāng)用液流量小時(shí)，通過(guò)變頻器自動(dòng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，這時(shí)變頻器的輸出電壓也會(huì)降低.從而提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。

從以上三個(gè)方面來(lái)看，基本了解了變頻器的應(yīng)用對(duì)污水處理廠節(jié)能的重要性。大型的污水處理廠，水泵和風(fēng)機(jī)數(shù)量更多，更應(yīng)該合理利用變頻調(diào)速。當(dāng)然變頻器使用越多、投資將會(huì)越大，但節(jié)能的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于增加的投資。