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风机节能在污水处理厂的应用

风机节能在污水处理厂的应用

【摘要】介绍了风机调速节电的几种方法,并从理论上分析了各种运行方法的优缺点,通过实践取得的数据,表明了大功率风机调速节电的必然趋势,以最大限度的节能降耗,减少运行成本。
【关键词】风机 调速 节能
 
在工业生产中耗能最大的为风机水泵等泵类。其用电量占全国的总电量的31%左右,占工业用电的40-50%左右,所以风机水泵的节能降耗就显得十分的重要了。以前传统的节能措施效果并不令人满意。现在随着电子技术的飞速发展,交流调速设备的出现,风机水泵的高效运行逐渐地得到了普及和发展。
1 风机节能的具体方案
某污水处理厂的总装机容量为2200 kW,4台10 kV鼓风机的总容量为1600 kW,它的耗电量占污水厂总电量的70%左右,由此可见对于鼓风机的节能降耗的经济性。
风机的节能降耗,其最基本的方法有减少运行时间、采用高效设备、减少空气动力。
风机的交流调速可分为高效和低效两类。所谓高效调速装置主要是指电机转速改变时,基本保持额定滑差,无转差损耗的设备(如变极对数调速、变频调速和无换相器电机调速)或将转差功率回馈至电网(或电机),如斩波调速的设备,参见图1。
变频调速:改变异步电动机定子端输入电源以改变电动机转速的,称为变频调速。用于风机水泵调速的变频装置,按原理可分为脉宽调制型(PWN),交流一直流一交流式电压型、电流型三种。变频调速有以下特点:①无附加转差损耗,效率高,调速范围比较宽:②特别适合于低流量运行较多或起停运行频繁的风机水泵,可用于比电网容量小的装置,达到节能运行的目的;③技术复杂,价格较高。
图1 恒速与调速时的全风压H 与风量Q的关系曲线
风机水泵调速节能的效果,除与调速范围和在各种速度下运行的时间长短有关外,还与调速装置的价格、运行维护费用等有关。根据我国目前调速装置的生产水平,在选择调速装置时还应考虑风机水泵容量的大小。
从原则上讲,对于100 kW 以下的小容量的风机水泵,调速装置的初投资是首先要考虑的因素。因为它节电的绝对量较小,初投资过高则投资回收期必长,一般来说2年之内能由节电而回收投资就可以了。对于100 kW 以上的中大功率的风机水泵,选择调速装置时则应把节能效果放在首位,即应优先考虑高效装置。这对风机水泵调速系统的运行效率是很重要,节能效果差10% ,绝对节电量就很可观了。
污水厂的10 kV高压风机总容量为1600 kW,单台为400 kW,设计为3台运行l台备用。污水厂为减少用地面积,采用较为耗电的SBR工艺,成本中70% 以上为电费,由此可见节约电能对降低运营成本的必要性。
原污水厂的风量控制是采用出口导叶的控制方式,导叶随主管压力的变化而进行角度调整,开启度最小时,出风量为最大时的45%,即开启度即使为零,也有450的出风量,不能准确而有效的随压力变化而变化,从而引起电能的损失。为了节能降耗,节约运行经费,改造风机的工作方式便首先被提出来。经过对上海市排水泵站的大功率水泵变频运行的实地考察,看到了调速在节电方面的巨大优势和潜力,便决定对风机进行调速运行的改造。
由于污水厂采用的是高压风机,调速有两种方案,一种是采用高压直接高高的变频器,上海科祺调速电气有限公司采用美国艾默生公司技术的高压交流变频器性能可靠,在正常边速范围内功率因数超过0.95,尤为无谐波系列高压变频器性能更为优势,加上先进的诊断功能,维护方便,但价格昂贵。第二种方案是采用内反馈斩波调速技术工作方式。工作原理为:在内反馈电机的转子电路中,通过斩波器高频PWM调制调节大功率电子开关的开通和关断时间的比率,改变串入转子回路的等效电势的大小,从而改变转子电流,来调节转速,并通过变流器和反馈绕组将转差功率回馈到电网,达到高效调速节能目的。它具有投资省,体积小,效率高,更加节电有点。但他必须使用绕线电机。上海科祺调速电气有限公司生产的内反馈调速装置,市场占有率高,用户反映很好。第三种方案是采用变压器与低压变频器相结合的工作方式,变频器采用上海科祺公司的SSC-L5000系列,该系列以一种称为SPWN逆变器控制系统为特色,SPWM通过使用可调的电压和频率为感应电机供电,如果负载发生变化,电机的励磁会发生变化,其速度也相应变化,于是通过连续测量电流,电机所需要的实际电压和频率以保证在变化条件下电机工作点保持最优,并具有很强的负载冲击。SPWM技术的发展是希望电机保持适应性并实现无传感器调节。它可以适应不同的电机特性而不必降额使用。首要的是,电流测量方法及电机模型已经得到改进。电流被分解为激磁和力矩分量,对实际的电机负载就可进行更好更快速的计量,对快速负载变化的补偿现在成为可能。在低速甚至静止情况下,也可以获得满转矩及精确的速度控制。该方案投资最省,效率稍低。
经过认真比选,第三种方案最为经济可行,由于电机容量不大,于是就采用了低压变频器一拖三的工作方式,工作原理如图2所示。
系统如上所示,风机的控制自成一套系统,实行闭环控制。首先在变频器控制面板上预设一压力值和变化速率。风机主管上设一压力传感器和变送器,给出4~20 mA
信号至变频器,当这个值小于设定值时,一台风机在变频器的控制下变速运行。当主管压力达到设定值时,风机便在一固定的频率下稳定运行。当管道上空气蝶阀开启度增大时,所需气量加大,管道压力减小,信号传至变频器,经过对比,风机便按变频器设定的变化速率加速。当风机达到最大转速时,即在工频状态下运行,压力还达不到设定值,系统将变频运行的风机切换到工频电源上运行,然后变频器切换到另一台风机,使其变频运行,以次类推。反之亦然,所有风机的时间累计和起停顺序均由PLC控制,按照先开先停,后开后停,优先起动运行时间最短的风机的原则。
 
2 结语:
通过一年的实际运行,风机工作稳定,节电效果明显,下面的两组数据(见表2)十分清楚地说明了两种工作方式的差异。
对比一下改造前后两年的对比运营,改造后,年节约电近90万kw ·h,两年多即可收回改造投入,经济效果十分明显。由此可见节能方式的选择对降低运营成本的巨大影响。
总之,选择风机水泵的调速节能装置,要考虑技术、经济等诸多方面的因素、综合分析比较,择优而行,以求得更大的经济效益。
 
图2 低压变频器“一拖三”工作原理
表2  不同运行方式下耗电量比价
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
元运行方式下耗电量
80
80
79
79
79
79
78
78
78
78
79
79
变频器方式耗电量
73
72
72
72
71
71
72
72
72
71
72
72
 
 
2011年9月30日
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