隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國各地出現(xiàn)了不同程度的能源和環(huán)境危機(jī),節(jié)能、環(huán)保的問題越來越被社會、政府所重視,污水處理作為環(huán)保領(lǐng)域最重要的組成部分之一,如何節(jié)能、高效的滿足污水處理工藝要求,是電氣自控專業(yè)很有必要研究的一個問題,本文以鄂爾多斯市南郊污水廠工程為例,介紹了在污水處理廠中變頻器的使用情況及節(jié)能效果。
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一、污水處理廠簡介
南郊污水處理廠污水處理流程主工藝為TU氧化溝,中水處理流程主工藝為絮凝沉淀池+V型濾池,主要工藝單體為粗格柵提升泵房、細(xì)格柵旋流沉砂池、TU氧化溝、污泥泵房、污泥脫水機(jī)房、絮凝沉淀池、V型濾池、送水泵房等。污水處理規(guī)模為2.5萬m3/d,中水處理設(shè)施規(guī)模2.5萬m3/d,目前已投產(chǎn)運(yùn)行。
南郊污水廠中采用變頻技術(shù)的設(shè)備主要為粗格柵提升泵房內(nèi)的提升泵、污泥泵房中的回流污泥泵以及送水泵房中的送水泵。
二、水泵變頻控制原理及變頻器選用
污水處理廠采用的變頻器為ABB公司ACS510系列變頻器,此系列變頻器的功率范圍為0.75kW-160kW,變頻器內(nèi)置2個AI模擬量輸入端口,2個AO模擬量輸出端口,6個DI輸入端口,3個繼電輸入端口,可方便的實(shí)現(xiàn)頻率給定、頻率輸出顯示、啟/停、恒速選擇、設(shè)備繼電互鎖等各類功能,滿足污水廠變頻設(shè)備的功能要求。
三、粗格柵提升泵變頻控制設(shè)計(jì)
粗格柵提升泵房內(nèi)提升泵的作用是將污水廠通過粗格柵過濾后的進(jìn)水由低液位提升至高液位,以實(shí)現(xiàn)后續(xù)污水處理流程實(shí)現(xiàn)重力流,污水提升泵的合理、高效運(yùn)行是污水處理流程正常執(zhí)行的重要保證。
提升泵選擇的依據(jù)為進(jìn)水量及揚(yáng)程,應(yīng)啟動2臺75kW提升泵,但污水廠所服務(wù)的區(qū)域?yàn)樾陆ㄩ_發(fā)區(qū),部分計(jì)劃內(nèi)的排水企業(yè)尚在建設(shè)中,進(jìn)水無法達(dá)到設(shè)計(jì)水量。這就造成2臺水泵同時運(yùn)行時提升泵房液位下降過快,停1臺泵后液位又會很快上漲,造成水泵頻繁啟停,縮短水泵的使用壽命。
針對這個問題,設(shè)計(jì)采用變頻方式調(diào)節(jié)水泵流量,水廠進(jìn)水提升泵共設(shè)3臺,2用1備,2臺運(yùn)行水泵中的一臺根據(jù)進(jìn)水情況調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率,滿足進(jìn)水量要求。
由于進(jìn)水量每天的瞬時流量變化很頻繁,變頻器直接根據(jù)流量控制會造成變頻器頻繁調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行頻率,影響水泵使用壽命,所以進(jìn)水提升泵根據(jù)集水井的液位調(diào)節(jié)變頻參數(shù),以控制集水井液位的方式間接調(diào)節(jié)提升水量。
集水井設(shè)超聲波液位計(jì)一臺,液位計(jì)采集到的4-20mA液位信號提供至廠內(nèi)PLC,PLC再根據(jù)程序要求輸出控制信號至變頻器,根據(jù)調(diào)節(jié)變頻值。
四、回流污泥泵變頻控制設(shè)計(jì)
污泥泵房主要需要變頻調(diào)節(jié)的設(shè)備是回流污泥泵,因?yàn)榛亓魑勰嗔颗c氧化溝內(nèi)污水的溶解氧、污泥濃度、水中污染物成份組成、進(jìn)場水量等諸多參數(shù)均有關(guān)聯(lián)性,針對這些參數(shù)做精確閉環(huán)調(diào)節(jié)的難度大,復(fù)雜程度高。
如果設(shè)定不當(dāng)或進(jìn)水條件變化還很容易造成處理效果下降的風(fēng)險,所以,根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，回流污泥泵的變頻運(yùn)行方式為：在一定時間內(nèi)采用定頻恒流量的方式運(yùn)行,采用變頻的主要目的是保證污泥泵在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)回流污泥量的能力,在污水廠進(jìn)水量和水質(zhì)發(fā)生變化時可靈活方便的調(diào)節(jié)污泥量,達(dá)到工藝要求。
回流污泥泵功率為75kW,二用一備,因?yàn)榛亓魑勰嗔康膮?shù)需待污水進(jìn)場后在試運(yùn)行調(diào)試階段再根據(jù)進(jìn)場水質(zhì)的實(shí)際檢測結(jié)果設(shè)定,所以本工程設(shè)計(jì)階段未指定具體的變頻要求,只是設(shè)計(jì)在60%-200%之間可調(diào),水廠運(yùn)行后,回流污泥泵在一段時間內(nèi)固定在一個頻率運(yùn)行,使污泥回流量相對穩(wěn)定,回流比根據(jù)進(jìn)水量做一定的波動,待水質(zhì)或進(jìn)水量有大的改變后,再調(diào)節(jié)變頻參數(shù),使氧化溝的MLSS、DO等參數(shù)滿足工藝要求。
根據(jù)以上分析,回流污泥泵控制中變頻主要采用定頻方式運(yùn)行,一段時間內(nèi)不做動態(tài)調(diào)節(jié),回流泵控制柜采用手/自動控制,控制柜變頻參數(shù)可由中控室上位機(jī)或現(xiàn)場通過變頻器AI端口設(shè)定。
五、送水泵變頻控制設(shè)計(jì)
送水泵房主要設(shè)備是送水泵,送水泵的工作原理為變頻恒壓供水系統(tǒng)。該方式通過變頻器的頻率調(diào)整改變水泵流量,從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。壓力傳感器檢測管網(wǎng)水壓,在PLC內(nèi)輸入壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號后,經(jīng)可編程控制器PLC內(nèi)部控制程序的計(jì)算,輸出給變頻器轉(zhuǎn)速控制信號,實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié),使供水管網(wǎng)的壓力值在設(shè)定值上下小范圍浮動,滿足管網(wǎng)水壓的設(shè)定要求。
采用恒壓供水方式,供電頻率升高時,水泵轉(zhuǎn)速加快,供水量相應(yīng)增大;用水量減少時,頻率降低,水泵轉(zhuǎn)速減慢,供水量亦相應(yīng)減小,這樣就保證了供水效率,同時達(dá)到了提高供水品質(zhì)和供水效率的目的,“用多少水,供多少水”,由于恒壓供水的優(yōu)越性,目前已經(jīng)在我國得到了普遍的認(rèn)可。
南郊污水處理廠管網(wǎng)壓力為0.8MPa,本工程生產(chǎn)的中水主要用途為綠化用水及景觀河補(bǔ)水,根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r,本期共設(shè)2個綠化區(qū),采用分區(qū)供水的方式運(yùn)行。其中1區(qū)出水管規(guī)格為DN400,V=0.77m/s,1000i=2.2m,本區(qū)設(shè)立式離心泵2臺,1用1備,單臺參數(shù)：Q=360m3/d,H=70m,N=132kW。2區(qū)出水管規(guī)格為DN500,V=0.93m/s,1000i=2.33m,本區(qū)設(shè)立式離心泵2臺,1用1備,單臺參數(shù)：Q=685m3/d,H=51m,N=132kW。兩組泵及管網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行,互不干擾。
根據(jù)工藝設(shè)置,電氣自控也設(shè)置2套獨(dú)立的控制系統(tǒng)控制水泵運(yùn)行。水泵控制原理是根據(jù)管道壓力上下限設(shè)定值與壓力實(shí)測值(插入式壓力傳感器傳回)的偏差進(jìn)行PLC自動控制,由PLC輸出頻率給定信號至變頻器。變頻器再根據(jù)PLC發(fā)來的頻率給定信號及預(yù)先設(shè)定好的加速時間等內(nèi)置流程控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi),實(shí)現(xiàn)恒壓控制。控制流程見圖1。
污水處理
六、結(jié)論
實(shí)踐證明,采用變頻調(diào)速技術(shù),可以改善傳統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行方式,不僅節(jié)約能源,而且對于提高整個污水處理系統(tǒng)的自動化水平,減輕廠內(nèi)操作人員的勞動強(qiáng)度,滿足處理工藝的特殊需求等方面都有很好的效果,在污水處理行業(yè)值得推廣應(yīng)用。
