變頻技術(shù)在污水處理廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用探討

孔慧聰

摘 要：主要針對變頻技術(shù)在污水處理廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用展開了探討，詳細(xì)闡述了風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的必要性，并對節(jié)能改造的方案和效果作了系統(tǒng)的分析，以期能為有關(guān)方面提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；風(fēng)機(jī)節(jié)能改造；變頻器；工頻系統(tǒng)

中圖分類號：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.135

污水處理廠中的風(fēng)機(jī)是生產(chǎn)中耗能最大的設(shè)備之一，在如今倡導(dǎo)節(jié)能降耗的社會(huì)背景下，風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗就顯得尤為重要。而隨著變頻技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造也得到了進(jìn)一步的發(fā)展?；诖?，本文就變頻技術(shù)在污水處理廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，相信對有關(guān)方面有一定幫助。

1 風(fēng)機(jī)概述

污水處理廠有諸如攪拌風(fēng)機(jī)、離心泵、風(fēng)機(jī)、回流泵、螺桿泵等大型用電設(shè)備，其中，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率最大，且是污水處理的核心設(shè)備。風(fēng)機(jī)在工藝運(yùn)行中的作用如圖1所示，該圖能直觀且比較迅速地反映出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

污水處理的好氧區(qū)溶解氧濃度對處理結(jié)果有很大影響——溶解氧濃度太高，不僅浪費(fèi)電能，還會(huì)導(dǎo)致活性污泥上浮出水不達(dá)標(biāo)；溶解氧濃度太低，污水就會(huì)不達(dá)標(biāo)。

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中根據(jù)在線溶解氧儀分析監(jiān)測到的信號變化，發(fā)出改變風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)工作頻率的4～20 mA信號，從而調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)量的大小，這樣就可以將溶解氧濃度控制在一定區(qū)間。

2 風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的必要性

原系統(tǒng)采用工頻運(yùn)行，利用主管路的閥門開度調(diào)節(jié)風(fēng)量。雖然這樣電動(dòng)機(jī)往往可達(dá)到驅(qū)動(dòng)要求，但多余的力矩增加了有功功率的損耗，造成電能的浪費(fèi)，同時(shí)，對其中的溶解氧濃度調(diào)節(jié)存在很大的滯后性，在整個(gè)工藝的運(yùn)行中產(chǎn)生了不穩(wěn)定因素。針對工藝現(xiàn)狀，在污水處理廠的配合下，對其大型用電設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，尤其是風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)型號為Y315M-2，控制方式為2臺(tái)132 kW的風(fēng)機(jī)共用1臺(tái)變頻器控制。變頻器根據(jù)外部給定的信號自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足了生產(chǎn)工藝所需的風(fēng)量，從而提高了污水處理率。

3 風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)的改造方案

結(jié)合工藝要求進(jìn)行多方調(diào)研，最后選擇ACS800變頻器和00M223在線檢測溶解氧儀，另外還有空氣開關(guān)、交流接觸器等設(shè)備。

3.1 風(fēng)機(jī)上裝設(shè)變頻系統(tǒng)

變頻控制電氣原理圖如圖2所示。

本變頻控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式。通過智能在線溶解氧儀把數(shù)據(jù)采集至變頻器，再通過變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，同時(shí)變頻器的A/D將溶解氧濃度指標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，兩個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)經(jīng)過PID控制模塊進(jìn)行比較，PID根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運(yùn)行頻率的方式控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。這樣可以及時(shí)、精確地控制溶解氧濃度這一指標(biāo)。變頻器PID設(shè)置流程圖如圖3所示。

在圖3中，KM1、KM2分別控制2臺(tái)風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行，KM3、KM4分別控制2臺(tái)風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行，QF1、QF2和QF3分別為2臺(tái)風(fēng)機(jī)和變頻器電路的空氣開關(guān)，F(xiàn)U1、FU2分別為主電路和變頻器的熔斷器，F(xiàn)R1、FR2分別為主電路和變頻器的熱繼電器和ACS800變頻器。

3.2 保留原工頻系統(tǒng)與變頻器互為備用

原工頻系統(tǒng)主電路如圖4所示，控制電路由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。

考慮到當(dāng)進(jìn)水量增大以及該污水處理廠二期工程的建設(shè)會(huì)出現(xiàn)1臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)效率不夠的情況，因此需要變頻風(fēng)機(jī)本身以工頻形式或其他風(fēng)機(jī)以變頻形式參與供風(fēng)，所以保留原工頻系統(tǒng)，且與變頻器互為備用。

3.3 設(shè)置本地控制和遠(yuǎn)程控制

根據(jù)現(xiàn)場要求，為了滿足操作人員在中控室里任意控制風(fēng)機(jī)的要求，設(shè)置了遠(yuǎn)程控制方式。

3.4 設(shè)置遠(yuǎn)程控制和故障報(bào)警

根據(jù)生產(chǎn)工藝的方便性和安全性設(shè)置遠(yuǎn)程控制和故障報(bào)警功能。

3.5 變頻器的特點(diǎn)

變頻器的特點(diǎn)主要有：①調(diào)速范圍寬，調(diào)速范圍適應(yīng)各種調(diào)速設(shè)備要求，頻率范圍為0～400 Hz；②自動(dòng)過流、過壓檢測保護(hù)，最大限度地保護(hù)設(shè)備和變頻器；③自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行，調(diào)速速度快，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好；④控制能力強(qiáng)，能滿足不同的控制系統(tǒng)，通過端子可與各種頻率設(shè)定信號連接，例如0～10 V、4～20 mA等。

4 變頻器節(jié)能效果分析

ACS-800變頻器正常工作時(shí)頻率為40 Hz，對變頻器改造前、后對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，部分?jǐn)?shù)據(jù)分析計(jì)算如下：改造前電動(dòng)機(jī)平均功耗132 kW，改造后平均功耗95 kW，通過變頻器改造后，功率下降達(dá)到37 kW。按照年運(yùn)行360 d計(jì)算，年節(jié)電量為37×24×360=319 680 kW·h，按0.45元/kW·h計(jì)算，則每年節(jié)能效益為319 680×0.45=143 856元。自改造投入運(yùn)行以來，變頻器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)束語

綜上所述，風(fēng)機(jī)是污水處理廠生產(chǎn)中耗能最大的設(shè)備之一，因此，對其的節(jié)能改造勢在必行。而將變頻技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造中不僅可以提高風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的可靠性，還能有效降低設(shè)備的運(yùn)營成本。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕

Abstract： This paper mainly according to the frequency conversion technology in wastewater treatment wind turbine energy saving in the application was discussed. Elaborated the necessity of fan energy saving transformation， and makes a systematic analysis on energy saving and effectiveness of the project， in order to for providing beneficial reference and reference.

Key words： frequency conversion technology； wind turbine energy saving； inverter； power frequency system