變頻技術在污水處理風機節(jié)能改造中的應用

李祥

（內蒙古包頭市固陽縣金山鎮(zhèn)生活污水處理站，內蒙古 包頭 014200）

污水處理廠中的風機是生產(chǎn)中耗能最大的設備之一，在如今倡導節(jié)能降耗的社會背景下，風機的節(jié)能降耗就顯得尤為重要。而隨著變頻技術應用范圍的不斷擴大，風機的節(jié)能改造也得到了進一步的發(fā)展。

一、污水處理風機相關概念以及對其節(jié)能

在對污水進行處理的過程中，其要使用到攪拌風機、離心泵、風機以及螺桿泵等相關大型設備，其中風機使用電機功率最大，并且也是污水處理中最為必要的設備。在污水處理的好氧區(qū)中，其溶解氧濃度對處理結果有很大影響，若是溶解氧濃度比較高，其不但會對電力資源進行浪費，并且還會致使活性污泥上面的浮水無法符合標準。風機在工作時是依據(jù)在線溶解儀進行的，其能夠對監(jiān)測到的信號變化情況進行分析，進而對風機轉速進行調節(jié)，在改變風量時把溶解氧濃度把控在規(guī)定范圍中。部分系統(tǒng)中使用了工頻運轉，其使用主管路閥門開度對風量進行調節(jié)。在這種情況下電動機可以符合驅動要求，但多余力矩會產(chǎn)生有功功率的浪費，進而對電力資源形成了浪費。除此之外，溶解氧濃度調節(jié)存在很大落后性，其讓整個工作的運行存在很大的不穩(wěn)定性。這種情況下，對這種大型用電設備進行節(jié)能改造就十分的重要。而將變頻器使用在其中，能夠依據(jù)外界給予的信號對風機運轉速度進行調節(jié)，進而符合污水處理工藝時需要的風量，在節(jié)省電力資源的同時也提升了污水處理率。

二、改造的意義案例分析

變頻技術中最為關鍵的就是變頻器，要使相關的設備達到對電能進行節(jié)省的目標，變頻器就需要存在下面幾個特點：一是調速范圍很大，并且能夠符合各種調速設備需要，其固定的頻率范圍在0到400H z。二是具備自動過流以及過壓檢測保護相關的功能，以此對設備以及變頻器進行保障。三是自動節(jié)能的運行，其調節(jié)速度十分快，整個系統(tǒng)動態(tài)能力很好。四是控制能力非常強，可以符合各個不同的控制系統(tǒng)，經(jīng)過端子能夠和各個頻率設定信號相連接，比如0到10 V以及4到20 m A等。綜合污水處理工藝方面的各種要求，并且對其進行調查與研究，需要選擇具有代表性的變頻器以及在線檢測溶解儀器。除此之外，還有空氣開關以及交流基礎器等等相關的設備。針對某污水處理廠，對其大型用電設備進行節(jié)能改造，尤其是風機。風機型號為Y315M-2，控制方式為2臺132 kW的風機共用1臺變頻器控制。變頻器根據(jù)外部給定的信號自動調節(jié)風機轉速，滿足了生產(chǎn)工藝所需的風量，從而提高了污水處理率。風機變頻系統(tǒng)的改造方案。結合工藝要求進行多方調研，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、交流接觸器等設備。

風機上裝設變頻系統(tǒng)。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轉換模塊將模擬量轉換為數(shù)字量，同時變頻器的A/D將溶解氧濃度指標轉換成數(shù)字量，兩個數(shù)據(jù)同時經(jīng)過PID控制模塊進行比較，PID根據(jù)變頻器的參數(shù)設置處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理的結果以運行頻率的方式控制風機的轉速，從而調節(jié)風機的風量。這樣可以及時、精確地控制溶解氧濃度這一指標。變頻器PID設置中，KM1、KM2分別控制2臺風機的變頻運行，KM3、KM4分別控制2臺風機的工頻運行，QF1、QF2和QF3分別為2臺風機和變頻器電路的空氣開關，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。

2.保留原工頻系統(tǒng)與變頻器互為備用?？刂齐娐酚蒔LC程序實現(xiàn)?？紤]到當進水量增大以及該污水處理廠二期工程的建設會出現(xiàn)1臺變頻風機效率不夠的情況，因此需要變頻風機本身以工頻形式或其他風機以變頻形式參與供風，所以保留原工頻系統(tǒng)，且與變頻器互為備用。

3.設置本地控制和遠程控制。根據(jù)現(xiàn)場要求，為了滿足操作人員在中控室任意控制風機的要求，設置了遠程控制方式。

4.設置遠程控制和故障報警。根據(jù)生產(chǎn)工藝的方便性和安全性設置遠程控制和故障報警功能。

5.變頻器的特點。變頻器的特點主要有：①調速范圍寬，調速范圍適應各種調速設備要求，頻率范圍為0～400 Hz；②自動過流、過壓檢測保護，最大限度地保護設備和變頻器；③自動節(jié)能運行，調速速度快，系統(tǒng)的動態(tài)性能好；④控制能力強，能滿足不同的控制系統(tǒng)，通過端子可與各種頻率設定信號連接，例如0～10 V、4～20 mA等。

三、變頻器節(jié)能效果分析

ACS-800變頻器正常工作時頻率為40 Hz，對變頻器改造前、后對應的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，部分數(shù)據(jù)分析計算如下：改造前電動機平均功耗132 kW，改造后平均功耗95 kW，通過變頻器改造后，功率下降達到37 kW。按照年運行360 d計算，年節(jié)電量為37×24×360=319 680 kW·h，按0.45元/kW·h計算，則每年節(jié)能效益為319 680×0.45=143 856元。自改造投入運行以來，變頻器運行穩(wěn)定、可靠，節(jié)能效果明顯。使用變頻技術能夠讓功率相關的因數(shù)進行提升，這樣能夠減少功率因素補償裝置的使用，并且可以在很大的轉速范圍中保障其能夠高功率運轉。同時，還能夠避免因為啟動電流形成的絕緣老化和大電動力矩構成的沖擊力，進而對電機壽命形成影響，以此可以減少電機維護工作量，節(jié)省了對設備的維修費用。

變頻技術目前已經(jīng)很成熟，在很多行業(yè)都有很好的應用，通過變頻技術和工藝改進、其他節(jié)能技術手段的配合應用，使變頻器不單單是一種單體節(jié)能設備，而是使其構成一種節(jié)能系統(tǒng)，通過該節(jié)能系統(tǒng)使節(jié)能改造項目的節(jié)能效果更明顯。