變頻器設(shè)備在污水處理廠電氣改造中的應(yīng)用

邢衛(wèi)東

（鄭州東興環(huán)保能源有限公司，河南 鄭州 451470）

變頻器設(shè)備在污水處理廠電氣改造中的應(yīng)用

邢衛(wèi)東

（鄭州東興環(huán)保能源有限公司，河南 鄭州 451470）

各種利用電機(jī)帶動的設(shè)備在污水處理廠中應(yīng)用廣泛，文章通過對其電氣設(shè)備進(jìn)行改造，引入變頻器設(shè)備，在控制水流、降低設(shè)備能耗、延長設(shè)備壽命等方面都發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

變頻器；污水處理廠；電氣改造

近些年來，城市污水處理廠發(fā)展迅速，為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展社會提供了很好的技術(shù)支持，但污水處理廠自身的能耗問題也日益凸顯，大量大功率的電氣設(shè)備給傳統(tǒng)型的污水處理廠運(yùn)行增加了沉重的成本，這也與目前我們建設(shè)節(jié)約型社會的目標(biāo)相悖，這樣的背景下，亟需對污水處理廠電氣工程系統(tǒng)進(jìn)行改造，增設(shè)變頻設(shè)備，使得在污水處理的過程中能夠及時有效地調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的污水處理調(diào)控目的。文章將以此為背景，對變頻器設(shè)備在污水處理廠電氣改造中的應(yīng)用進(jìn)行探討，希望為污水處理廠的未來發(fā)展提供一定的參考意見。

1 變頻器設(shè)備的工作原理以及應(yīng)用意義

變頻器設(shè)備主要是在電力半導(dǎo)體器件的通斷作用之下，將工頻電源轉(zhuǎn)換為另一頻率的電能對裝置進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟啟動、變頻調(diào)速、提升運(yùn)轉(zhuǎn)井段、轉(zhuǎn)變功率參數(shù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)以及過載保護(hù)等功能。變頻器設(shè)備在電氣改造中的作用主要是通過改變交流電機(jī)供電頻率與幅值，進(jìn)而使其運(yùn)動磁場周期發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)平滑控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的[1]。正因?yàn)樽冾l器設(shè)備的投入使用，使得原來較為復(fù)雜的調(diào)速控制更為簡便化，利用“變頻器+交流電動機(jī)”的組合便可替換傳統(tǒng)大部分的只能使用直流電動機(jī)完成的工作，并且其體積更小，故障率更低，使得傳動技術(shù)發(fā)展邁向了新的臺階。

變頻器設(shè)備的節(jié)能效用在風(fēng)機(jī)、水泵中的應(yīng)用表現(xiàn)得最為明顯。實(shí)質(zhì)上，為確保生產(chǎn)活動的可靠性，各類生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)之初對于配用動力驅(qū)動的考慮時，都會預(yù)留一定的富余量，在電機(jī)無法滿負(fù)荷運(yùn)行時，除非達(dá)到了動力驅(qū)動要求，否則多余的力矩會增加有功功率的效率，對電能是一種極大的浪費(fèi)。在風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的使用當(dāng)中，為調(diào)節(jié)其風(fēng)量與給水量，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式是對其出入口的擋板、閥門開合度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于輸入功率大并且在擋板、閥門的截流工作中會消耗大量能源。而使用變頻器設(shè)備對其進(jìn)行改造，便可利用變頻器去降低泵和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減小流量的目的。

基于流體力學(xué)的角度進(jìn)行分析，P(功率)=Q(流量)×H(壓力)，其中流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比例關(guān)系，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比例關(guān)系，那么可得知功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比例關(guān)系，倘若水泵的效率不變，那么所需要的流量進(jìn)行下降調(diào)節(jié)時，其轉(zhuǎn)速N也應(yīng)成比例下降，此時的軸輸出功率P則會成立方關(guān)系下降，具體來講也即是水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速相近于立方比關(guān)系，因此當(dāng)流量Q要求減少時，可按照比例利用變頻器設(shè)備對其轉(zhuǎn)速N進(jìn)行降速調(diào)節(jié)[2]。此時，電動機(jī)功率P則會大幅降低，要比傳統(tǒng)的擋板、閥門調(diào)節(jié)更為節(jié)能，從而有效節(jié)省電能投入成本。

2 變頻器設(shè)備在污水處理廠電氣改造中的具體應(yīng)用

2.1 變頻器設(shè)備在潛水泵中的應(yīng)用

潛水泵是一種用于深井提水的關(guān)鍵設(shè)備，在具體使用工作中需要將整個潛水泵機(jī)組潛入水中，利用其將地下水提取至地表，在生活用水、工業(yè)冷卻、礦山搶險(xiǎn)等工作中都有著廣泛的應(yīng)用。隨著近年來我國對于污水處理工作的重視度逐漸提高，潛水泵也被應(yīng)用于具體的污水處理工作當(dāng)中。從我國的污水處理工作實(shí)情來看，有相當(dāng)大一部分的污水是直接排放到了地下水系統(tǒng)中，為了將污水提取出來，需要使用潛水泵設(shè)備。然而，潛水泵在工頻狀態(tài)下啟動時，電流帶來的沖擊非常大，極易產(chǎn)生電網(wǎng)電壓波動，潛水泵啟動瞬間的急扭與停止瞬間出現(xiàn)的水錘現(xiàn)象，都很有可能導(dǎo)致管道松動或破裂，甚至還會直接損壞電機(jī)，并且電機(jī)在啟停時需要開關(guān)閥門去減小水錘帶來的影響，這樣一來工作強(qiáng)度會增大，而且難以達(dá)到工藝要求。

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，變頻器設(shè)備也逐漸被應(yīng)用到了潛水泵當(dāng)中，有效地解決了以往難以解決的問題。將變頻器設(shè)備安裝在潛水泵上之后，工作人員便可在進(jìn)行污水提取時，結(jié)合具體的需求對電機(jī)的運(yùn)行與停止進(jìn)行調(diào)整，有效解決了之前的急扭與水錘現(xiàn)象帶來的不良影響。通常來講，在污水處理流向較小時，可利用變頻器設(shè)備的調(diào)節(jié)功能去適度降低潛水泵的轉(zhuǎn)速，這樣一來能夠避免潛水泵像以往那樣一直處于高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，有效延緩了電機(jī)的老化，使其能夠使用更長的時間，并且提升了污水處理廠的工作效率，減少了后期的維護(hù)成本，提升經(jīng)濟(jì)效益[2]。此外，變頻器設(shè)備的應(yīng)用，還能夠減小潛水泵啟動時對機(jī)械造成的沖擊，降低設(shè)備損壞率，同時能夠充分發(fā)揮節(jié)能減排的效果，這與國家的“環(huán)境友好型”“可持續(xù)發(fā)展”理念相符。由此可見，變頻器設(shè)備對污水處理廠電氣改造中潛水泵的應(yīng)用有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，所發(fā)揮的作用也較為顯著。

2.2 變頻器設(shè)備在鼓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

在污水處理廠電氣設(shè)備中，鼓風(fēng)機(jī)同樣是其中最重要的設(shè)備之一，在具體的污水處理工作中發(fā)揮著重要的作用。通常來講，鼓風(fēng)機(jī)在污水處理廠的作用主要有兩個方面，（1）利用鼓風(fēng)機(jī)將壓縮空氣經(jīng)過管道送到曝氣池，讓空氣當(dāng)中的氧在污水中溶解，為活性淤泥中的微生物提供補(bǔ)給，這樣一些微生物便能夠更好地適應(yīng)生存環(huán)境，進(jìn)而發(fā)揮其凈水效果；（2）利用鼓風(fēng)機(jī)的工作，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的通風(fēng)效果。在具體的污水處理工作當(dāng)中，通常會產(chǎn)生各種各樣的生化反應(yīng)，極有可能釋放產(chǎn)生毒性氣體，如沼氣或其他的分解氣體，這部分氣體通常味道難聞，對工作人員的工作造成巨大影響，并且會對人體的生命健康造成威脅，因此需要利用鼓風(fēng)機(jī)對污水處理現(xiàn)場進(jìn)行通風(fēng)，改善污水處理工作環(huán)境。然而，在鼓風(fēng)機(jī)的使用當(dāng)中仍然暴露出來一些問題，其在工頻狀態(tài)下啟動時，所帶來的電流沖擊較大，同樣會產(chǎn)生電網(wǎng)電壓波動，并且在鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓一定時，其風(fēng)量僅能夠通過增減鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量與出氣閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)際工作中則大部分是通過對出氣閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)去增加管道阻力而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)量的控制，所以在閥門上浪費(fèi)過多的能量。

隨著變頻器設(shè)備在鼓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，有效提升了其使用效率，將變頻器設(shè)備安裝在鼓風(fēng)機(jī)的控制柜上，能夠有效減少電機(jī)啟動瞬間對電網(wǎng)造成的沖擊，能夠延長設(shè)備的使用壽命。此外，利用變頻器設(shè)備強(qiáng)大的調(diào)節(jié)功能，能夠?qū)娘L(fēng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，能夠結(jié)合實(shí)際的需求對污水中的氧氣含量進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)與改變，有效提升污水處理的工作效率。同時，變頻器設(shè)備的應(yīng)用，使得污水處理工作的自動化進(jìn)一步提升，節(jié)約了大量的人力、物力以及財(cái)力的投入，有效助推污水處理廠的發(fā)展。由此可見，變頻器設(shè)備對污水處理廠電氣改造中鼓風(fēng)機(jī)方面的應(yīng)用極為重要，能夠發(fā)揮著非常大的效能。

2.3 變頻器在污水處理廠其他設(shè)備中的應(yīng)用

除了上述在潛水泵與鼓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用之外，變頻器設(shè)備在污水處理廠電氣改造的其他設(shè)備中也有著廣泛的應(yīng)用，同時也發(fā)揮中良好的效果。（1）變頻器在旋流沉砂攪拌器中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度的有效調(diào)節(jié)，能夠更好實(shí)現(xiàn)沉砂目的。（2）采用機(jī)械曝氣的二級處理工藝曝氣，其設(shè)備表曝氣機(jī)通常采用曝氣池污泥混合液的溶解氧DO值作為參數(shù)對變頻器設(shè)備調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此對曝氣池的曝氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）污水處理中的深度處理工藝，所需要用到的設(shè)備有混凝沉淀池刮泥機(jī)、濾站反沖洗水泵、加氯加藥間加藥泵、出水泵站出水泵等等，都可利用變頻器設(shè)備對其進(jìn)行改造，進(jìn)而滿足工藝要求，發(fā)揮節(jié)能效果[3]。（4）污水處理廠中的污泥處理工藝，會用到的設(shè)備主要有離心濃縮機(jī)、離心脫水機(jī)、進(jìn)泥泵、加藥泵等等，通過變頻器設(shè)備的安裝控制，能夠大大提升其脫水效果與節(jié)能效果。

3 變頻器設(shè)備在污水處理廠電氣改造中的應(yīng)用效果

污水處理廠電氣改造中應(yīng)用變頻器設(shè)備之后，不僅能夠?qū)⑦^去繁復(fù)的人工操作自動化，同時也有效消除了許多不安全的隱患元素，使得整個污水處理系統(tǒng)都處在節(jié)能狀態(tài)下，有效延長了設(shè)備的使用壽命，降低了故障發(fā)生概率，更為符合當(dāng)前生產(chǎn)的實(shí)際需求。

從實(shí)際情況來看，我國屬于一個能源短缺的國家，在各項(xiàng)生產(chǎn)活動中都需要提高對節(jié)能的重視?！吨袊?jié)能技術(shù)大綱》中有明確指出，水泵、風(fēng)機(jī)類設(shè)備應(yīng)最大限度發(fā)揮出節(jié)能的效用，而這兩樣設(shè)備在污水處理廠的生產(chǎn)中極為關(guān)鍵，所以節(jié)約能源、降低消耗要成為當(dāng)前污水處理廠工作的重要指導(dǎo)理念。通過利用變頻器設(shè)備對于污水處理廠的電氣設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行改造，變頻調(diào)速技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速，更好地滿足污水處理工作中的對電機(jī)速度的控制要求，保障整個工藝流程的穩(wěn)定性，同時實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源的重要目標(biāo)。此外，相關(guān)電氣設(shè)備在應(yīng)用變頻技術(shù)之后，其啟停次數(shù)大幅減少，不僅延長使用壽命，也能夠解決工程實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)不相符所帶來的運(yùn)行偏差，有效協(xié)調(diào)了各個工藝間的關(guān)系匹配，發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用，有著非常明顯且良好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)如今人們對于環(huán)境保護(hù)問題一直保持著熱切的關(guān)注度，相關(guān)職能部門對于污水處理廠的監(jiān)管力度也在逐步加大，污水處理廠對于自身的要求也越來越高，對技術(shù)工藝的控制要求也越來越精。隨著新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝的出現(xiàn)，污水處理廠對于工作經(jīng)濟(jì)性與效率性有了更高的追求，在今后的電氣改造中需要用到變頻器的設(shè)備將會越來越多。

[1]張海亮.談變頻器在污水處理廠電氣改造中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（13）：5-10.

[2]沈勤，賈利明，黃國賢.變頻器在污水處理廠電氣改造中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012（3）：134-135.

[3]劉用林，李愛民.變頻器在中小城市污水處理廠運(yùn)行調(diào)節(jié)和節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].中州建設(shè)，2012（20）：72-73.

Application of frequency converter in electrical renovation of sewage treatment plant

Xing Weidong
(Zhengzhou Dongxing Environmental Protection Energy Co.,Ltd., Zhengzhou 451470, China)

All sorts of use of motor driven equipment are widely used in sewage treatment plant, through the modification of electrical equipment, this article introduces the frequency converter device, which has played a key role in controlling of water flow, reducing energy consumption and extending equipment life.

frequency converter; sewage treatment plants; electric transformation

邢衛(wèi)東（1983— ），男，河南鹿邑人，工程師，學(xué)士；研究方向：電氣工程。