水廠運行的節(jié)能降耗措施探析

胡俊杰，李麗紅

（1.江西省水務(wù)集團有限公司，江西 南昌，330095；2.江西省新干縣河道圩堤維護中心，江西 新干，331300）

0 引言

我國傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)能耗較大，導致運行成本高，目前部分水廠運行時間年限較長，相對供水工藝技術(shù)也較為陳舊，供水動力能耗較大，所占能耗比重大，導致成本增加，暴露出來的節(jié)能必要性問題尤為突出。隨著我國城鎮(zhèn)化步伐的加快，國民經(jīng)濟發(fā)展迅猛，隨之而來的就是城市用水的需求增加，因此，城市水廠如何高效節(jié)能的供給低成本、安全水是未來研究的重點，探析水廠運行的節(jié)能降耗有效措施具有重要的現(xiàn)實意義。

1 水廠運行過程中的能耗問題

1.1 水廠電耗概況及研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外學者對泵站的合理搭配優(yōu)化運行研究較為成熟，主要采用枚舉法、圖解法、動態(tài)規(guī)劃法來進行水泵運行優(yōu)化[1]。但是目前國內(nèi)大部分的現(xiàn)有水廠在選取水泵時，往往是依據(jù)水泵能否承受最不利的工況即整個供水管網(wǎng)所需的最大用水量和最大的供水壓力的要求，以此為基礎(chǔ)來選擇對應(yīng)的流量和揚程的水泵；這種方式選擇的水泵雖然能夠滿足供水管網(wǎng)最不利工況下的正常運行，但是卻無法做到節(jié)約能耗；在水廠日常運行中，大部分時間段都處于最高揚程和最大壓力的平均流量和揚程狀態(tài)下工作，有時甚至處于較低的揚程和流量工況下運行，水泵工作時的軸功率并不是水泵運轉(zhuǎn)的最佳功率范圍，低效率工作容易引發(fā)水泵的汽蝕。在水廠實際運行中，有的水廠經(jīng)常采取關(guān)小出水閥門的方式，這種方式可以改變供水管網(wǎng)的管道特性曲線，進而使得水泵改變其自身的最佳工況區(qū)間，以此達到讓水泵一直處在高效率區(qū)間內(nèi)安全運行的目的；這一方式雖然頗有成效，但是卻使得水廠在閥門上消耗了大量的能量，同樣也造成了能耗的增加；此外，一些老水廠的水泵因為年久失修，經(jīng)常會出現(xiàn)停水的現(xiàn)象，這些都不利于水廠的高效運行[2]；還有些水廠的出水管網(wǎng)不能及時更新，老舊的管網(wǎng)就會形成較大的出水阻力，這也在無形中增加了能耗。管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化首先要選擇好典型模型，在此基礎(chǔ)上再應(yīng)用相關(guān)方法進行運行過程模擬確定設(shè)計參數(shù)，使優(yōu)化后的管網(wǎng)工程既能滿足基本設(shè)計要求又能節(jié)約工程耗資和運行成本，以利于工程后期建設(shè)和運行管理[3]。鐘淳昌[4]等系統(tǒng)研究了給水過程中的眾多能耗因素，分析了給水處理中的各種能耗。

1.2 水廠的藥耗分析

水廠的消毒環(huán)節(jié)作為水處理工藝的重要環(huán)節(jié)，可通過添加氯化物等來實現(xiàn)消毒的目的，這是目前技術(shù)條件下絕大多數(shù)國家和地區(qū)采用最多的消毒方式之一。我們都知道氯有一定的毒性，在用氯進行消毒的過程中就會產(chǎn)生一系列有害的副產(chǎn)物，這就要求水廠要特別注意加氯點位置，更加需要考慮如何來實現(xiàn)更好地控制前加氯等問題。通過調(diào)查，我們知道江西省水務(wù)集團使用的消毒劑主要有二氧化氯、次氯酸鈉和液氯（極少）。

2 水廠水泵工作原理及運行過程中的節(jié)能降耗措施

2.1 水廠水泵工作原理

目前絕大多數(shù)水廠都在使用離心泵；離心泵的工作方式是在水泵開啟之前真空泵運行使水泵與進水管灌滿水，當水泵開始運行后，葉輪流道中的水在葉輪高速旋轉(zhuǎn)離心力的作用下向四周高速的旋轉(zhuǎn)，隨后被壓入蝸殼中，最終在葉輪入口處產(chǎn)生真空條件。此外水池中的水可在氣壓作用下吸入吸水管對空間進行填補，隨后又被葉輪甩出。吸水管連續(xù)的壓水以及吸水工作可有效推壓水向上傳送，如果葉輪片與泵殼的構(gòu)造較為良好，可呈現(xiàn)出較好的水流狀態(tài)，從而有效提高水泵的工作效率。所以可以通過更換效率高的水泵來實現(xiàn)節(jié)能減耗的目的，在選擇水泵設(shè)備的過程中我們也需要考慮其是否具有較好的葉輪片以及泵殼，這些都可能影響水泵的工作效率，較好的設(shè)備也能起到降低能耗的作用[5]。

2.2 水廠水泵運行過程中的節(jié)能降耗措施

2.2.1 對水泵機組變頻調(diào)速改造

目前江西省宜春市上高縣城第二水廠規(guī)劃建設(shè)用地8.71hm2，總規(guī)模為9萬t/日，分兩期建設(shè)，第一期（2020年）建設(shè)規(guī)模6萬t/日；二期（2030年）建設(shè)3萬t/日。目前第一期已經(jīng)建設(shè)完工投入使用。改造前水廠水泵機組性能參數(shù)如表1和表2。

表1 上高縣城第二水廠原水泵機組性能參數(shù)表

通過分析，我們可以很明顯地看到，在日常運行過程中機組的水泵揚程遠遠大于實際工作所需要的揚程，且運行工況與高效運行區(qū)域相差甚遠。以前采取的考慮最大供水量的設(shè)計方案極其不合理，造成了嚴重的電耗浪費。

經(jīng)過實際計算對比以及多方征求專家意見，我們對水泵進行了改造，改造后水廠水泵機組性能參數(shù)如表3。

表3 上高縣城第二水廠改造后水泵機組性能參數(shù)表

機組改造工程已經(jīng)于2020年7月14日開工，至2020年8月20日試運行成功，歷時37天。水泵機組改造工程投入運行后，取得了令人滿意的效果，實現(xiàn)了能源的節(jié)約，運行后水廠現(xiàn)場數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 2020年8月21日～8月31日上高縣城第二水廠水泵機組改造后現(xiàn)場數(shù)據(jù)表

根據(jù)上高縣城實際用水量、日均用水量及最大時用水量對水泵改造選型之后，水泵水量、水壓在滿足日常使用的同時，考慮了遠期供水、水泵運行最佳工況及節(jié)約能耗。改造前后水泵機組選型對比如表5。

表5 上高縣城第二水廠水泵選型對比表

通過以上數(shù)據(jù)分析可知，改造后水泵可以實現(xiàn)日節(jié)電（0.224～0.130）*50 000（日平均供水量 t）。調(diào)速機組年均運行約300天，年節(jié)約電量1 410 000kW·h。年均節(jié)約電費84.6萬元。

2.2.2 水廠降低氯耗技術(shù)

每個水廠抽取的最初水質(zhì)可謂千差萬別，因此，在加礬時，要嚴格控制其用量；應(yīng)按照實際需要，并通過實際經(jīng)驗來嚴格制定出混凝劑在不同原水中的濁度加藥量圖表，同時也需要考慮藥液的稀釋濃度越低從側(cè)面也就反映出水的處理效果越好的情況。我們通常采用游動電流檢測儀對手動加礬進行精準控制，確定加礬的數(shù)量，以此來保證水質(zhì)的達標。與一些發(fā)達國家相比較，我國國內(nèi)在用氯消毒方面仍有很多不足之處，需要加強研究加氯的方法和方式。氯易產(chǎn)生不利于人體健康的有毒性副產(chǎn)物，要嚴禁氯浪費的情況發(fā)生，所以，水廠應(yīng)科學合理地確定加氯量，根據(jù)原水的水量和水質(zhì)，控制氯的濃度，推進加氯系統(tǒng)工藝自動化改造。

2.3 提高運行管理水平

管理人員的綜合素質(zhì)對水廠的運行起到不可替代的作用，也影響著水廠的運行效率。從調(diào)研情況來看，絕大多數(shù)供水企業(yè)，在建廠之初都樹立了先進的管理理念，但并沒有與時俱進地強化管理理念的提升；部分水廠員工管理意識和管理理念較為落后，甚至有些管理人員不明白自身職責，嚴重影響了水廠節(jié)能降耗工作的實施。因此，為適應(yīng)水廠的發(fā)展需求，使水廠達到預(yù)期的節(jié)能降耗效果，應(yīng)該逐步創(chuàng)新與完善管理體系。管理層應(yīng)加強對水廠員工的定期培訓，邀請相關(guān)專家開展多種形式的講座，推廣先進的管理理念，增加員工對水廠的歸屬感和對水廠文化的認同感，使每一位員工都能做到愛廠如家，在實現(xiàn)節(jié)能降耗軟件方面就成功了一大半；同時，管理層更應(yīng)該重視技術(shù)人員的專業(yè)能力提高，可以與開設(shè)水務(wù)工程及給排水工程技術(shù)專業(yè)的高等院校合作，有計劃地組織技術(shù)人員到相關(guān)高校學習，提升其專業(yè)技能和工作能力。

3 結(jié)語

隨著我國節(jié)能環(huán)保進程的不斷推進，水廠作為消耗能量較多的單位，在實際運行過程中往往會損耗較多的電能，其主要電能損耗來自水泵機組的給水處理以及電能消耗兩個部分，所以應(yīng)優(yōu)化管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計，采用多種方式與手段降低電能損耗，并對生產(chǎn)工藝加以改進；針對我國許多水廠的氯耗以及礬耗較高的情況，應(yīng)研究加氯方法和方式以降低藥耗，并加快推進加氯系統(tǒng)工藝自動化改造。同時，供水企業(yè)要加強文化建設(shè)和員工的繼續(xù)教育，重視職工能力培養(yǎng)和理念更新，讓管理人員明確自身職責，將管理工作內(nèi)容真正落到實處，讓技術(shù)人員對生產(chǎn)流程進行優(yōu)化，定期對水廠設(shè)備進行保養(yǎng)和維修，科學合理地使用調(diào)速泵數(shù)量，在適當?shù)臅r候使用水泵變頻節(jié)能技術(shù)，有效提高電機水泵運行的可靠性，從而起到節(jié)流以及節(jié)電的最終效果。