隨著社會經濟的發(fā)展,我國各地出現了不同程度的能源和環(huán)境危機,節(jié)能、環(huán)保的問題越來越被社會、政府所重視,污水處理作為環(huán)保領域最重要的組成部分之一,如何節(jié)能、高效的滿足污水處理工藝要求,是電氣自控專業(yè)很有必要研究的一個問題,本文以鄂爾多斯市南郊污水廠工程為例,介紹了在污水處理廠中變頻器的使用情況及節(jié)能效果。
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一、污水處理廠簡介
南郊污水處理廠污水處理流程主工藝為TU氧化溝,中水處理流程主工藝為絮凝沉淀池+V型濾池,主要工藝單體為粗格柵提升泵房、細格柵旋流沉砂池、TU氧化溝、污泥泵房、污泥脫水機房、絮凝沉淀池、V型濾池、送水泵房等。污水處理規(guī)模為2.5萬m3/d,中水處理設施規(guī)模2.5萬m3/d,目前已投產運行。
南郊污水廠中采用變頻技術的設備主要為粗格柵提升泵房內的提升泵、污泥泵房中的回流污泥泵以及送水泵房中的送水泵。
二、水泵變頻控制原理及變頻器選用
污水處理廠采用的變頻器為ABB公司ACS510系列變頻器,此系列變頻器的功率范圍為0.75kW-160kW,變頻器內置2個AI模擬量輸入端口,2個AO模擬量輸出端口,6個DI輸入端口,3個繼電輸入端口,可方便的實現頻率給定、頻率輸出顯示、啟/停、恒速選擇、設備繼電互鎖等各類功能,滿足污水廠變頻設備的功能要求。
三、粗格柵提升泵變頻控制設計
粗格柵提升泵房內提升泵的作用是將污水廠通過粗格柵過濾后的進水由低液位提升至高液位,以實現后續(xù)污水處理流程實現重力流,污水提升泵的合理、高效運行是污水處理流程正常執(zhí)行的重要保證。
提升泵選擇的依據為進水量及揚程,應啟動2臺75kW提升泵,但污水廠所服務的區(qū)域為新建開發(fā)區(qū),部分計劃內的排水企業(yè)尚在建設中,進水無法達到設計水量。這就造成2臺水泵同時運行時提升泵房液位下降過快,停1臺泵后液位又會很快上漲,造成水泵頻繁啟停,縮短水泵的使用壽命。
針對這個問題,設計采用變頻方式調節(jié)水泵流量,水廠進水提升泵共設3臺,2用1備,2臺運行水泵中的一臺根據進水情況調節(jié)運行頻率,滿足進水量要求。
由于進水量每天的瞬時流量變化很頻繁,變頻器直接根據流量控制會造成變頻器頻繁調節(jié)水泵運行頻率,影響水泵使用壽命,所以進水提升泵根據集水井的液位調節(jié)變頻參數,以控制集水井液位的方式間接調節(jié)提升水量。
集水井設超聲波液位計一臺,液位計采集到的4-20mA液位信號提供至廠內PLC,PLC再根據程序要求輸出控制信號至變頻器,根據調節(jié)變頻值。
四、回流污泥泵變頻控制設計
污泥泵房主要需要變頻調節(jié)的設備是回流污泥泵,因為回流污泥量與氧化溝內污水的溶解氧、污泥濃度、水中污染物成份組成、進場水量等諸多參數均有關聯(lián)性,針對這些參數做精確閉環(huán)調節(jié)的難度大,復雜程度高。
如果設定不當或進水條件變化還很容易造成處理效果下降的風險,所以,根據以往設計經驗，回流污泥泵的變頻運行方式為：在一定時間內采用定頻恒流量的方式運行,采用變頻的主要目的是保證污泥泵在一定范圍內調節(jié)回流污泥量的能力,在污水廠進水量和水質發(fā)生變化時可靈活方便的調節(jié)污泥量,達到工藝要求。
回流污泥泵功率為75kW,二用一備,因為回流污泥量的參數需待污水進場后在試運行調試階段再根據進場水質的實際檢測結果設定,所以本工程設計階段未指定具體的變頻要求,只是設計在60%-200%之間可調,水廠運行后,回流污泥泵在一段時間內固定在一個頻率運行,使污泥回流量相對穩(wěn)定,回流比根據進水量做一定的波動,待水質或進水量有大的改變后,再調節(jié)變頻參數,使氧化溝的MLSS、DO等參數滿足工藝要求。
根據以上分析,回流污泥泵控制中變頻主要采用定頻方式運行,一段時間內不做動態(tài)調節(jié),回流泵控制柜采用手/自動控制,控制柜變頻參數可由中控室上位機或現場通過變頻器AI端口設定。
五、送水泵變頻控制設計
送水泵房主要設備是送水泵,送水泵的工作原理為變頻恒壓供水系統(tǒng)。該方式通過變頻器的頻率調整改變水泵流量,從而使管網水壓連續(xù)變化。壓力傳感器檢測管網水壓,在PLC內輸入壓力設定信號和壓力反饋信號后,經可編程控制器PLC內部控制程序的計算,輸出給變頻器轉速控制信號,實現管網水壓的閉環(huán)調節(jié),使供水管網的壓力值在設定值上下小范圍浮動,滿足管網水壓的設定要求。
采用恒壓供水方式,供電頻率升高時,水泵轉速加快,供水量相應增大;用水量減少時,頻率降低,水泵轉速減慢,供水量亦相應減小,這樣就保證了供水效率,同時達到了提高供水品質和供水效率的目的,“用多少水,供多少水”,由于恒壓供水的優(yōu)越性,目前已經在我國得到了普遍的認可。
南郊污水處理廠管網壓力為0.8MPa,本工程生產的中水主要用途為綠化用水及景觀河補水,根據當地情況,本期共設2個綠化區(qū),采用分區(qū)供水的方式運行。其中1區(qū)出水管規(guī)格為DN400,V=0.77m/s,1000i=2.2m,本區(qū)設立式離心泵2臺,1用1備,單臺參數：Q=360m3/d,H=70m,N=132kW。2區(qū)出水管規(guī)格為DN500,V=0.93m/s,1000i=2.33m,本區(qū)設立式離心泵2臺,1用1備,單臺參數：Q=685m3/d,H=51m,N=132kW。兩組泵及管網獨立運行,互不干擾。
根據工藝設置,電氣自控也設置2套獨立的控制系統(tǒng)控制水泵運行。水泵控制原理是根據管道壓力上下限設定值與壓力實測值(插入式壓力傳感器傳回)的偏差進行PLC自動控制,由PLC輸出頻率給定信號至變頻器。變頻器再根據PLC發(fā)來的頻率給定信號及預先設定好的加速時間等內置流程控制水泵的轉速以保證水壓保持在壓力設定值的上、下限范圍之內,實現恒壓控制。控制流程見圖1。
污水處理
六、結論
實踐證明,采用變頻調速技術,可以改善傳統(tǒng)的設備運行方式,不僅節(jié)約能源,而且對于提高整個污水處理系統(tǒng)的自動化水平,減輕廠內操作人員的勞動強度,滿足處理工藝的特殊需求等方面都有很好的效果,在污水處理行業(yè)值得推廣應用。
