淺談離心水泵在污水處理廠節(jié)能應(yīng)用方案

陳剛

摘 要：通過系統(tǒng)運(yùn)行工況點(diǎn)與水泵高效區(qū)的匹配提出節(jié)能改造的方案，并計(jì)算了節(jié)能改造的效果，同時(shí)也總結(jié)了今后運(yùn)行系統(tǒng)水泵節(jié)能的操作手法，力求在實(shí)際生產(chǎn)中貫徹節(jié)能降耗的技術(shù)，以達(dá)到降低污水處理成本、減少用電量的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：污水處理；工況點(diǎn)；節(jié)能；軸功率；

前言

在活性污泥處理系統(tǒng)中，污水處理廠能耗成本占污水處理廠運(yùn)營(yíng)成本的30%～80%。根據(jù)我國(guó)學(xué)者的研究結(jié)論，我國(guó)城市污水處理廠能耗主要用于污水、污泥的提升，生物處理的供氧，以及污泥處理這幾個(gè)工藝過程，本文就離心水泵在污水提升方面的節(jié)能方案著重進(jìn)行解析討論。

正文

污水處理廠在運(yùn)行工藝流程中，一般采用重力流的方法使污水通過各個(gè)構(gòu)筑物和設(shè)備，但是由于廠區(qū)地形和地質(zhì)的限制，必須在前處理處加提升泵站將污水提到某一高度后才能按重力流方法運(yùn)行。污水提升泵站中離心水泵的作用就是將上游來(lái)的污水提升至后續(xù)處理單元所要求的高度，使其實(shí)現(xiàn)重力流。提升泵站一般由水泵、集水池和泵房組成。

離心水泵的節(jié)能運(yùn)行是要求水泵運(yùn)行的工況點(diǎn)盡可能處于水泵的最高效區(qū)域。水泵的特性曲線與管路特性曲線的相交點(diǎn)，就是水泵的工況點(diǎn)。水泵的工況取決于水泵的性能、管路的性能和進(jìn)出水池的水位差三種因素，其中任一因素的變化，水泵的實(shí)際工況點(diǎn)都將隨之改變。

筆者所在的企業(yè)，在2018年3月份細(xì)格柵技改后、廠區(qū)恢復(fù)運(yùn)行時(shí)就發(fā)生了離心污水泵工況點(diǎn)偏離高效區(qū)運(yùn)行的情況。技改前，開啟一臺(tái)水泵，流量Q大約是1100m3/h，正常開啟兩臺(tái)水泵即可滿足日處理5萬(wàn)噸的生產(chǎn)要求，但是技改后，開啟一臺(tái)水泵的流量Q僅有700m3/h左右，這樣需開啟3臺(tái)水泵才能滿足每天的生產(chǎn)要求。對(duì)于該情況，初始按工況點(diǎn)的運(yùn)行要素檢查分析原因：檢查過水泵，發(fā)現(xiàn)水泵的進(jìn)出口無(wú)明顯堵塞、水泵的葉輪無(wú)明顯的腐蝕損壞等；檢查集水池，液位正常且管路無(wú)堵塞；后在檢查出水時(shí)，發(fā)現(xiàn)水流過細(xì)格柵的流速與以前不一致。通過查閱新舊細(xì)格柵的技術(shù)資料得知，現(xiàn)場(chǎng)原先使用的細(xì)格柵是網(wǎng)板式階梯格柵，過水孔隙為5mm，技改后細(xì)格柵變更為內(nèi)進(jìn)流式格柵，過水孔隙為3mm，格柵形式和過水孔隙的改變，引起水泵出口管路的壓力變大，從而使水泵的運(yùn)行揚(yáng)程變高，最終導(dǎo)致水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)偏移、水泵運(yùn)行流量偏小。

水泵長(zhǎng)期偏小流量工況運(yùn)行，是不利于水泵的維護(hù)的，危害主要體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：

1、水泵效率明顯降低，總體運(yùn)行功率增大。離心泵在偏小流量工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行效率會(huì)下降的很快，一般情況下，同一臺(tái)泵流量越小，效率就越低。

2、泵振動(dòng)變大，易造成泵的零部件損壞，從而影響泵的使用壽命，增加后期維護(hù)維修費(fèi)用。

3、長(zhǎng)期偏小流量運(yùn)行會(huì)使水泵內(nèi)液體溫度升高，容易引起汽蝕、損壞葉輪。

通過聯(lián)系水泵廠家，得知水泵運(yùn)行在1100m3/h的流量時(shí)，揚(yáng)程約10m，工況點(diǎn)的效率約為81%，水泵運(yùn)行在700m3/h的流量時(shí)，揚(yáng)程約13m，工況點(diǎn)的效率約為74%。

那么根據(jù)離心水泵軸功率計(jì)算公式：P=ρgQH/η（注：ρ為水的密度；g為重力加速度；Q為水泵運(yùn)行流量；H為水泵運(yùn)行揚(yáng)程；η為水泵運(yùn)行工況點(diǎn)的效率）可知：

技改前每臺(tái)水泵的軸功率是36.97KW，兩臺(tái)水泵每天消耗總功率為1774.56KW；技改后每臺(tái)水泵的軸功率是33.48KW，三臺(tái)水泵每天消耗總功率為2410.56KW。技改后比技改前的功率消耗增加了35.84%。相對(duì)于只增加3米揚(yáng)程的水泵來(lái)講，水泵的能耗增幅還是很大的，那么有沒有辦法去降低這個(gè)能耗損耗呢？

根據(jù)水泵的水力模型特征和水泵的設(shè)備特征，筆者認(rèn)為可以從兩個(gè)方向去思考解決問題：

方案一：修正葉輪直徑

根據(jù)水泵的性能曲線，水泵葉輪隨著直徑的增加，水泵運(yùn)行工況的高效區(qū)會(huì)往大流量、高揚(yáng)程的方向偏移。所以可以聯(lián)系水泵廠家，根據(jù)水泵的參數(shù)咨詢水泵廠家葉輪直徑是否有增大的空間，如能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)增大葉輪直徑，那么就能在花費(fèi)很少的情況下改善水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)所在的效率區(qū)域、降低能耗；如果水泵葉輪直徑?jīng)]有增加的空間，那么只能選擇第二種方案了。

方案二：更換匹配工況點(diǎn)處于曲線高效區(qū)的水泵

筆者就系統(tǒng)所需的新的工況點(diǎn)咨詢水泵廠家，獲得相應(yīng)水泵的性能曲線，如下：

更換水泵要考慮到充分利用原有管路、電氣控制等設(shè)備的情況，盡可能的降低改造的費(fèi)用，所以這里筆者就工況點(diǎn)Q=1100m3/h、H=13m向廠家咨詢了水泵并獲得上述水泵型號(hào)，且從廠家技術(shù)部得知該泵在要求的工況點(diǎn)的實(shí)測(cè)效率值約為82.5%。由水泵軸功率計(jì)算公式P=ρgQH/η，可知若換上新水泵，單臺(tái)水泵的軸功率為47.18KW，兩臺(tái)水泵一天消耗的總功率為2264.64KW，比原先三臺(tái)偏工況運(yùn)行的水泵每天可節(jié)約145.92KW的功率損耗。筆者所在廠區(qū)的電費(fèi)平均為0.72元/kW·h，更換水泵后，每天可節(jié)約電費(fèi)105.06元，一年365天全天候運(yùn)行可節(jié)約電費(fèi)為38346.9元，如此差不多一兩年就能回收更換水泵的所有成本。且泵在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，可比泵長(zhǎng)期在偏工況運(yùn)行少了很多的維護(hù)維修費(fèi)用。

在日常生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，節(jié)能降耗的使用水泵主要有以下幾個(gè)途徑：

1、水泵水力模型和水泵廠家的選擇

因?yàn)榧夹g(shù)水平、制造能力的差異，不同廠家的水泵在Q-H曲線上的型譜分布、曲線的高效區(qū)域分布基本也不一致，制造出的水泵運(yùn)行效果也有差異，所以我們要根據(jù)自己需要的工況參數(shù)，參考各個(gè)廠家的水泵型譜、對(duì)應(yīng)水泵的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以及各個(gè)廠家水泵實(shí)際運(yùn)行的可靠性，來(lái)綜合選擇最適合自己廠區(qū)系統(tǒng)的一款水泵。

2、水泵運(yùn)行工況點(diǎn)匹配水泵性能曲線的高效區(qū)

一般來(lái)說，設(shè)計(jì)院在水泵的設(shè)計(jì)方案中，水泵的參數(shù)總會(huì)較實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)相應(yīng)的留有一些余量，所以我們要一切以實(shí)際使用為基準(zhǔn)，通過相應(yīng)的調(diào)整手段，盡可能使水泵的工況點(diǎn)滿足于該水泵的性能高效區(qū)內(nèi)。

3、高能效等級(jí)電機(jī)的使用

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，污水處理廠的電機(jī)運(yùn)行所消耗的電力約占總電耗的90%，影響電機(jī)效率主要因素有供電電壓、電機(jī)的尺寸、設(shè)計(jì)以及運(yùn)行載荷等。一般高效電機(jī)的效率比普通電機(jī)高出8%左右，雖然高效電機(jī)的一次性投資比普通電機(jī)高10%～15%，但在電機(jī)投入運(yùn)行后，該部分投資的回收期很短，一般幾個(gè)月或者數(shù)年就可回收增加的成本。

4、變頻控制的使用

變頻技術(shù)是一種可以調(diào)節(jié)現(xiàn)有流量至實(shí)際需求的流量、并且還能維持水泵的工況點(diǎn)在高效區(qū)的節(jié)能手段，實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)需求調(diào)節(jié)變頻，可以使耗電量大大地降低，體現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。

結(jié)語(yǔ)

污水處理廠的節(jié)能降耗是一項(xiàng)綜合性工作，涉及工藝、設(shè)備等多個(gè)環(huán)節(jié)，是多學(xué)科的交叉和各種技術(shù)融合的結(jié)果。今后污水處理廠的節(jié)能方案應(yīng)從設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行貫徹審核，以減少用電量，從而降低污水處理成本，且在實(shí)踐中檢驗(yàn)節(jié)能降耗的成果。

參考文獻(xiàn)

[1]徐強(qiáng).污水處理節(jié)能減排新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：12～15.

[2]沈曉南.污水處理廠運(yùn)行和管理問答.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：42～43.

（作者單位：高郵市海潮污水處理廠）