污水廠接觸池動(dòng)力水泵節(jié)能改造

李根壯

一、概況

廣州市污水處理廠設(shè)計(jì)總規(guī)劃為日處理污水50萬t，分兩期工程進(jìn)行建設(shè)，一期20萬t/d，二期30萬t/d。接觸池于2010年6月30日建成并投入使用，設(shè)有氯酸鈉間、鹽酸間、配電間、動(dòng)力水泵房、二氧化氯發(fā)生器間、儀表間和PLC站。出水消毒采用二氧化氯消毒劑，二氧化氯發(fā)生器間共有10臺復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器，其中一期3用1備，二期5用1備；動(dòng)力水泵房配備6臺自吸離心泵，5用1備，一、二期接觸池進(jìn)水管上各設(shè)一個(gè)二氧化氯投加點(diǎn)，采用水射器投加，水射器進(jìn)水來自中水系統(tǒng)，進(jìn)水壓力>0.3MPa。

在自吸離心泵運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，其能耗占整個(gè)接觸池的55%,還存在振動(dòng)和噪聲較大、故障率高、維修周期長等問題。從降低能耗出發(fā)，決定對其進(jìn)行選型和相關(guān)改造。

二、改造措施

1.水泵選型

目前水泵的節(jié)能主要有以下幾個(gè)方法:一是通過改進(jìn)配套電機(jī)的設(shè)計(jì),使電機(jī)在大的范圍內(nèi)有較高的效率;二是通過對水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造性能的改進(jìn),提高水泵的性能;三是水泵、配套電機(jī)的正確選型和合理使用。

根據(jù)現(xiàn)場的運(yùn)行情況，經(jīng)過多方面調(diào)研與比較，凸輪泵較之離心泵有一定的節(jié)能優(yōu)勢，決定用一臺凸輪泵替代3臺離心泵。凸輪泵屬于容積式泵，離心泵屬于葉片式泵，兩者的驅(qū)動(dòng)部分基本相同。凸輪泵在齒輪箱和泵腔之間有一個(gè)充滿液體的隔離腔室，將同步齒輪與泵腔隔離，一方面保護(hù)同步齒輪免受流體沖刷損壞，另一方面防止齒輪箱油滲入傳輸?shù)慕橘|(zhì)中；腔內(nèi)的潤滑油潤滑轉(zhuǎn)子與軸，同時(shí)保護(hù)軸不受浸蝕；轉(zhuǎn)子易于更換，如若隔離腔發(fā)生泄漏，可以直觀判斷機(jī)械密封失效。凸輪泵的轉(zhuǎn)子材料和形式可根據(jù)不同的過流介質(zhì)，采用不同的材料與轉(zhuǎn)子類型；可快速開啟式泵蓋實(shí)現(xiàn)快速拆卸更換轉(zhuǎn)子與泵腔內(nèi)的保護(hù)襯板，維護(hù)維修方便。綜上所述，相對于離心泵，凸輪泵有如下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行噪聲低、振動(dòng)小及故障率低；運(yùn)行壽命長和維護(hù)周期短；流量穩(wěn)定及葉輪耐腐蝕；在同功率下凸輪泵的流量是離心泵流量的兩倍（表1）。

改造前后管道系統(tǒng)簡圖見圖1和圖2。

2.電氣節(jié)能改造

大量調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明,一些在運(yùn)行中需要改變工況而要求進(jìn)行調(diào)節(jié)的水泵,其能量浪費(fèi)的主要原因通常是由于不合適的調(diào)節(jié)方式。通過分析水泵運(yùn)行工況改變時(shí)的節(jié)能原理，采用變頻調(diào)速節(jié)能方式，實(shí)踐證明，節(jié)能效益可觀。

表1 水泵參數(shù)

（1）變頻節(jié)能

各種生產(chǎn)設(shè)備在設(shè)計(jì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都有一定的富余量，保證安全生產(chǎn)。當(dāng)電機(jī)不在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。泵的傳統(tǒng)調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)流量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的節(jié)流過程中。采用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。按照流體力學(xué)的理論，軸功率轉(zhuǎn)數(shù)的立方成正比，如果泵的效率一定，當(dāng)要調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例下降，而此時(shí)軸輸出功率成立方關(guān)系下降，較之調(diào)節(jié)擋板、閥門可節(jié)能40%～50%。

（2）軟啟動(dòng)節(jié)能

電機(jī)硬啟動(dòng)對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和振動(dòng)對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)約了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

（3）功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低。大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，減少無功損耗，提高了電網(wǎng)的有功功率。

三、改造效果

二氧化氯發(fā)生器進(jìn)水壓力為p>0.3MPa時(shí),在同電壓下根據(jù)啟動(dòng)泵臺數(shù)、二氧化氯發(fā)生器運(yùn)行臺數(shù)及運(yùn)行電流，進(jìn)行測試對比（表2），可看出凸輪泵的節(jié)能效果。

表2 水泵現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)一臺凸輪泵水量等于兩臺現(xiàn)有離心泵水量，以全年365天計(jì)，一年節(jié)約電量為37.19萬kW·h。

現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，污水處理廠動(dòng)力水泵經(jīng)過上述改造后，能耗由55%降至40%，每年可節(jié)約電費(fèi)30.86萬元。