随着社会经济的发展,我国各地出现了不同程度的能源和环境危机,节能、环保的问题越来越被社会、政府所重视,污水处理作为环保领域最重要的组成部分之一,如何节能、高效的满足污水处理工艺要求,是电气自控专业很有必要研究的一个问题,本文以鄂尔多斯市南郊污水厂工程为例,介绍了在污水处理厂中变频器的使用情况及节能效果。
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一、污水处理厂简介
南郊污水处理厂污水处理流程主工艺为TU氧化沟,中水处理流程主工艺为絮凝沉淀池+V型滤池,主要工艺单体为粗格栅提升泵房、细格栅旋流沉砂池、TU氧化沟、污泥泵房、污泥脱水机房、絮凝沉淀池、V型滤池、送水泵房等。污水处理规模为2.5万m3/d,中水处理设施规模2.5万m3/d,目前已投产运行。
南郊污水厂中采用变频技术的设备主要为粗格栅提升泵房内的提升泵、污泥泵房中的回流污泥泵以及送水泵房中的送水泵。
二、水泵变频控制原理及变频器选用
污水处理厂采用的变频器为ABB公司ACS510系列变频器,此系列变频器的功率范围为0.75kW-160kW,变频器内置2个AI模拟量输入端口,2个AO模拟量输出端口,6个DI输入端口,3个继电输入端口,可方便的实现频率给定、频率输出显示、启/停、恒速选择、设备继电互锁等各类功能,满足污水厂变频设备的功能要求。
三、粗格栅提升泵变频控制设计
粗格栅提升泵房内提升泵的作用是将污水厂通过粗格栅过滤后的进水由低液位提升至高液位,以实现后续污水处理流程实现重力流,污水提升泵的合理、高效运行是污水处理流程正常执行的重要保证。
提升泵选择的依据为进水量及扬程,应启动2台75kW提升泵,但污水厂所服务的区域为新建开发区,部分计划内的排水企业尚在建设中,进水无法达到设计水量。这就造成2台水泵同时运行时提升泵房液位下降过快,停1台泵后液位又会很快上涨,造成水泵频繁启停,缩短水泵的使用寿命。
针对这个问题,设计采用变频方式调节水泵流量,水厂进水提升泵共设3台,2用1备,2台运行水泵中的一台根据进水情况调节运行频率,满足进水量要求。
由于进水量每天的瞬时流量变化很频繁,变频器直接根据流量控制会造成变频器频繁调节水泵运行频率,影响水泵使用寿命,所以进水提升泵根据集水井的液位调节变频参数,以控制集水井液位的方式间接调节提升水量。
集水井设超声波液位计一台,液位计采集到的4-20mA液位信号提供至厂内PLC,PLC再根据程序要求输出控制信号至变频器,根据调节变频值。
四、回流污泥泵变频控制设计
污泥泵房主要需要变频调节的设备是回流污泥泵,因为回流污泥量与氧化沟内污水的溶解氧、污泥浓度、水中污染物成份组成、进场水量等诸多参数均有关联性,针对这些参数做精确闭环调节的难度大,复杂程度高。
如果设定不当或进水条件变化还很容易造成处理效果下降的风险,所以,根据以往设计经验，回流污泥泵的变频运行方式为：在一定时间内采用定频恒流量的方式运行,采用变频的主要目的是保证污泥泵在一定范围内调节回流污泥量的能力,在污水厂进水量和水质发生变化时可灵活方便的调节污泥量,达到工艺要求。
回流污泥泵功率为75kW,二用一备,因为回流污泥量的参数需待污水进场后在试运行调试阶段再根据进场水质的实际检测结果设定,所以本工程设计阶段未指定具体的变频要求,只是设计在60%-200%之间可调,水厂运行后,回流污泥泵在一段时间内固定在一个频率运行,使污泥回流量相对稳定,回流比根据进水量做一定的波动,待水质或进水量有大的改变后,再调节变频参数,使氧化沟的MLSS、DO等参数满足工艺要求。
根据以上分析,回流污泥泵控制中变频主要采用定频方式运行,一段时间内不做动态调节,回流泵控制柜采用手/自动控制,控制柜变频参数可由中控室上位机或现场通过变频器AI端口设定。
五、送水泵变频控制设计
送水泵房主要设备是送水泵,送水泵的工作原理为变频恒压供水系统。该方式通过变频器的频率调整改变水泵流量,从而使管网水压连续变化。压力传感器检测管网水压,在PLC内输入压力设定信号和压力反馈信号后,经可编程控制器PLC内部控制程序的计算,输出给变频器转速控制信号,实现管网水压的闭环调节,使供水管网的压力值在设定值上下小范围浮动,满足管网水压的设定要求。
采用恒压供水方式,供电频率升高时,水泵转速加快,供水量相应增大;用水量减少时,频率降低,水泵转速减慢,供水量亦相应减小,这样就保证了供水效率,同时达到了提高供水品质和供水效率的目的,“用多少水,供多少水”,由于恒压供水的优越性,目前已经在我国得到了普遍的认可。
南郊污水处理厂管网压力为0.8MPa,本工程生产的中水主要用途为绿化用水及景观河补水,根据当地情况,本期共设2个绿化区,采用分区供水的方式运行。其中1区出水管规格为DN400,V=0.77m/s,1000i=2.2m,本区设立式离心泵2台,1用1备,单台参数：Q=360m3/d,H=70m,N=132kW。2区出水管规格为DN500,V=0.93m/s,1000i=2.33m,本区设立式离心泵2台,1用1备,单台参数：Q=685m3/d,H=51m,N=132kW。两组泵及管网独立运行,互不干扰。
根据工艺设置,电气自控也设置2套独立的控制系统控制水泵运行。水泵控制原理是根据管道压力上下限设定值与压力实测值(插入式压力传感器传回)的偏差进行PLC自动控制,由PLC输出频率给定信号至变频器。变频器再根据PLC发来的频率给定信号及预先设定好的加速时间等内置流程控制水泵的转速以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内,实现恒压控制。控制流程见图1。
污水处理
六、结论
实践证明,采用变频调速技术,可以改善传统的设备运行方式,不仅节约能源,而且对于提高整个污水处理系统的自动化水平,减轻厂内操作人员的劳动强度,满足处理工艺的特殊需求等方面都有很好的效果,在污水处理行业值得推广应用。
