變頻器在污水處理系統(tǒng)中的應用

王新青

摘要：污水處理是鋼鐵企業(yè)的重要輔助設(shè)備，供排水車間污水處理站主要負責生產(chǎn)污水回收處理，污水池水量由于生產(chǎn)變化而實時變化，針對原污水池水泵電機控制系統(tǒng)的不適應性，應用變頻器調(diào)速平滑、易于構(gòu)成閉環(huán)控制，高效節(jié)能的特點，對供排水車間污水處理站水泵電機的控制作了改造，達到了改進工藝、降低工人勞動強度、節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：污水處理；變頻調(diào)速；改造

1 污水處理站的工藝流程及存在的問題

1.1 工藝流程簡介

昆鋼污水處理站主要負責生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水，經(jīng)片區(qū)的污水干道、污水管道全部回收到污水處理站的污水池，再用水泵抽到污水凈化系統(tǒng)進行加藥、澄清處理后，加壓送入生產(chǎn)水系統(tǒng)，污水處理再利用，降低生產(chǎn)成本、加大資源再利用、減少環(huán)境污染。污水不允許外排，正常情況下每小時回收污水大約為3000--4000m3左右。

1.2 原系統(tǒng)存在的問題

污水處理站是建在螳螂川邊，污水池的污水漫出池子后就直接流人螳螂川，污染螳螂川的水及周圍環(huán)境，造成環(huán)境污染事故，受到環(huán)保部門的處罰，同時又造成資源浪費。由于用水量不均衡，所排的污水量實時變化，污水處理站回收污水量已隨著變化。需要值班人員隨時觀察污水水位，并手動調(diào)節(jié)出口閥門來提高或減少抽水量，以保證污水池液面始終處于正常液面位置，不至于漫水或水位低，水泵進空氣。水泵的起動、停止均由人工控制，自動化程度過低。

1.3 水泵直接起動對電網(wǎng)、電機、水泵、管道造成的危害

水泵直接起動時的大電流在電機定子線圈上產(chǎn)生很大的沖擊力，沖擊電流導致電機繞組產(chǎn)生大量的熱量，損傷繞組絕緣，減少電機壽命，電機直接全壓起動時的起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，電機起動時，水流會在很短的時間內(nèi)達到全速，在遇到管路拐彎時，高速的水流沖擊到管壁上，產(chǎn)生很大的沖擊力，形成水錘效應，至使管道破壞；水泵直接起動時電機速度上升很快，潤滑油不能及時到位，引起軸承干磨，降低其使用壽命；水泵電機容量較大，直接起動時引起電網(wǎng)電壓急劇下降.

2 污水處理站的變頻改造

經(jīng)過工程技術(shù)人員的論證，決定采用以變頻調(diào)速為核心的變頻恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)對污水處理站的工藝進行改造。通用變頻器問世以來，變頻技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用，其中，以變頻調(diào)速為核心的變頻恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)水量、水壓的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，總的來說體現(xiàn)在“提高效率、節(jié)省資源、降低污染”上；由于整個工藝流程都是在PLC程序控制下運行的，自動控制整個工藝流程，大大提高了工作效率；擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管，降低了人員的勞動強度，還可節(jié)省了人力資源。

3 改造后污水處理變頻控制原理分析

3.1改造后電氣控制系統(tǒng)

系統(tǒng)改造時主要考慮了節(jié)能及自動化的要求，運用了自動節(jié)能、PID、PLC及RS485通訊接口等功能，可以方便與電腦或總線進行通訊，方便值班人員操作及監(jiān)控。

污水處理系統(tǒng)是將污水池的水抽到污水處理池（低處的水抽到高處）中澄清處理，所以要保證水泵的出口壓力要恒定，能滿足生產(chǎn)工藝的需要，在水泵的出口管道上裝一個壓力傳感器，根據(jù)壓力傳感器反饋的信號，使水泵轉(zhuǎn)速始終工作在變頻器設(shè)定的下限頻率和上限頻率之間，保證水泵的出口壓力恒定。液位傳感器是監(jiān)測污水池水位，并將信號及時反饋給PLC，由PLC根據(jù)污水水位高低來控制水泵（電機）的啟停和轉(zhuǎn)速。

正常啟動按下啟動按鈕，PLC給出信號KM線圈得電，KM觸頭閉合，變頻器得電以初始頻率25Hz帶動電機運行。在運行的過程中，液位傳感器的信號反饋到PLC，經(jīng)過運算比對后給出信號到變頻器調(diào)整運行頻率，實現(xiàn)平滑調(diào)速、自動調(diào)節(jié)污水池水位。

3.2 工作原理

3.2.1 壓力變送器及水液位傳感器，將管道壓力的變化信號和水池液面的液位信號送入可編程序控制器，信號經(jīng)過處理后與設(shè)定的壓力信號進行比較運算產(chǎn)生邏輯控制信號與頻率設(shè)定信號，得出最佳參數(shù)由可編程序控制器控制變頻器和水泵組實現(xiàn)整個系統(tǒng)的連續(xù)運行，對三臺水泵實行軟啟動、軟切換及兩臺變頻運行，根據(jù)污水量的變化，系統(tǒng)可自動確定水泵投入臺數(shù)及電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)循環(huán)運行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水質(zhì)量。

3.2.2系統(tǒng)有兩套由變頻器和水泵組成的變頻泵（1用1備），另有由兩臺軟起動器和3臺水泵組成的定量泵（可切換）。系統(tǒng)正常啟動后，當污水池液面高于設(shè)定值時，傳感器將信號反饋給PLC，PLC經(jīng)過運算比較后，輸出控制信號啟動其中一臺變量泵，如果軋鋼、煉鋼過來的污水進入水池的量較大，變頻器輸出頻率為50Hz，變頻泵轉(zhuǎn)速達到最高，此時若污水池液面還高于設(shè)定液面，控制器將通過軟啟動器另起動一臺定量泵，由一臺定量泵和一臺變量泵同時供水，經(jīng)過變頻泵的調(diào)節(jié)，如污水池液面仍高于設(shè)定值，控制器以同樣的方式將起動下一臺定量泵，直至滿足排水要求。

3.2.3 當污水池液面下降，變頻泵轉(zhuǎn)速降到設(shè)定的下限頻率時，控制器自動停止最后運行的定量泵，并根據(jù)液面情況自動調(diào)整變頻泵轉(zhuǎn)速，使污水池液面始終處于設(shè)定值范圍內(nèi)。這樣，每臺定量泵的啟動均經(jīng)軟起動器控制，全部機組實現(xiàn)循環(huán)軟啟動，管道的壓力始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。當污水池液面低于設(shè)定值時，則控制器完全停止各泵工作。

4 改造后效果分析

4.1 改造后污水處理站供水系統(tǒng)能自動24小時維持恒定壓力（水位），根據(jù)監(jiān)測信號自動啟動備用泵，無級調(diào)整電機轉(zhuǎn)速來改變水泵的抽水量。改造后至今沒有發(fā)生過污水漫人螳螂川的污染事故，達到全量回收污水處理的目標。

4.2 改造后系統(tǒng)保證了水管壓力變動平緩，減少對電機、水泵的沖擊，消除了啟動和停機時的水錘效應，延長了管道、電機及水泵的使用壽命，減少了設(shè)備的維修，根據(jù)污水量的變化來調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使水泵始終工作在高效區(qū)，當系統(tǒng)零流量時，機組進入休眠狀態(tài)，水泵停止，流量增加后才進行工作，節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)束語

污水處理系統(tǒng)變頻改造后，降低了生產(chǎn)成本，污水處理系統(tǒng)的控制操作方便。變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動調(diào)節(jié)，控制精度高，能保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，提高了工作效率，節(jié)約了資源。

參考文獻：

[1]李道霖《電氣控制與PLC原理及應用》電子工業(yè)出版社 2005

[2]曾毅《變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與維護》山東科學技術(shù)出版社 2003