李中杰

【摘要】城市生產(chǎn)生活水平的提升，使得污水總量也在不斷增加，而污水處理廠工作動(dòng)力為電能資源，這就決定了污水處理能耗較大。因此，必須要結(jié)合污水處理廠工作模式特點(diǎn)，對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能研究，積極應(yīng)用各項(xiàng)新型技術(shù)，在保證污水處理效果的同時(shí)，提高電力資源應(yīng)用綜合效率。

【關(guān)鍵詞】污水處理廠；電氣系統(tǒng)；節(jié)能技術(shù)

基于環(huán)保理念為降低污水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，其提高水資源利用效率，需要對(duì)污水處理廠工作模式進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)各類資源進(jìn)行優(yōu)化配置。就我國污水處理廠運(yùn)行現(xiàn)狀來看，大多數(shù)并未采取節(jié)能措施，整個(gè)污水處理過程中電能損耗過大，甚至存在嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。為提高污水處理廠工作綜合效益，必須要以其供配電系統(tǒng)為對(duì)象，積極應(yīng)用各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能效果。

一、污水處理廠電氣節(jié)能方向分析

1.變電站設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)降低電力能耗，需要合理設(shè)計(jì)變電站以及配電室位置，對(duì)全長運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行分析，將其設(shè)計(jì)到中心位置。例如將變電站設(shè)計(jì)在鼓風(fēng)機(jī)房、出水泵房等用電量較大的建筑物附近。此種設(shè)計(jì)方式可以減少配電半徑，進(jìn)而可以降低供電電纜以及各類線路損耗，在降低電力資源損耗的同時(shí)，提高供電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。另外，還應(yīng)合理設(shè)計(jì)變電器數(shù)量與容量，避免數(shù)量過多造成資源浪費(fèi)，以及數(shù)量較少而影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.變壓器設(shè)計(jì)優(yōu)化

在對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量保證其運(yùn)行處于最佳經(jīng)濟(jì)負(fù)載率狀態(tài)，為減少電力資源的損耗，還應(yīng)以電廠生產(chǎn)用電性質(zhì)來其運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)整，一般情況下將其負(fù)載率控制在0.5～0.7范圍。變壓器損耗主要包括鐵損與銅損，其中鐵損值大小主要受鐵芯材質(zhì)影響，運(yùn)行負(fù)荷并存在任何影響。而銅損與負(fù)荷電流平方成正比關(guān)系，負(fù)載電流為額定值時(shí)的銅損，又稱為負(fù)載損耗，計(jì)算公式為：△P=Po+β2Pk，其中△P表示有功功率損耗；Po表示變壓器空載損耗；Pk表示變壓器短路損耗；β表示變壓器負(fù)載率。

3.抑制高次諧波優(yōu)化

諧波的存在會(huì)影響電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，且會(huì)使得設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量熱，加劇設(shè)備運(yùn)行損耗。因此，從節(jié)能要求出發(fā)，需要利用各項(xiàng)技術(shù)來降低系統(tǒng)內(nèi)存在的高次諧波含量。例如對(duì)低壓變壓器應(yīng)用△/YO-11點(diǎn)接線方式，避免3次以及3n次諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染。另外，還應(yīng)結(jié)合污水處理廠運(yùn)行特點(diǎn)，選擇合適的帶消協(xié)電抗器，并將其與電容器組以并聯(lián)方式設(shè)計(jì)成系統(tǒng)補(bǔ)償裝置，利用并聯(lián)諧振來消除諧波對(duì)電容器產(chǎn)生的不良影響。

4.配電系統(tǒng)功率因數(shù)優(yōu)化

對(duì)污水處理廠配電系統(tǒng)功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)?shù)奶岣吣軌蛴行p少電氣系統(tǒng)線路以及變壓器的運(yùn)行損耗。功率因數(shù)的提高，代表著無功功率的減少，在向同一負(fù)荷功率提供的負(fù)荷電流相應(yīng)降低，基于此能夠提高變壓器與線路截面選擇的合理性。與原有電氣系統(tǒng)相比，降低功率系統(tǒng)不斷可以達(dá)到降低損耗的目的，同時(shí)還可以控制系統(tǒng)建設(shè)投入成本。另外，在對(duì)污水處理廠電氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，主要包括工業(yè)動(dòng)力負(fù)荷與輔助照明負(fù)荷兩部分，且動(dòng)力設(shè)備負(fù)荷分為鼓風(fēng)機(jī)與泵類負(fù)荷兩部分。其中，主動(dòng)力設(shè)備的負(fù)荷按照軸功率法計(jì)算，其余設(shè)備負(fù)荷則采用系數(shù)法計(jì)算，另外輔助照明負(fù)荷以及辦公用電負(fù)荷則以建筑面積為依據(jù)進(jìn)行電指標(biāo)計(jì)算。

二、污水處理廠電氣系統(tǒng)節(jié)能措施分析

1.工程概述

以某污水處理廠為例，對(duì)其電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)措施進(jìn)行研究。該污水處理廠主要應(yīng)用A2/O工藝，目前已經(jīng)完成一、二期升級(jí)擴(kuò)容工程，污水處理能力為5萬t·d-1，處理后出水水質(zhì)滿足相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。就該廠生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，主要成本為電費(fèi)，電力能源損耗嚴(yán)重，主要集中在進(jìn)水提升泵房、高效濾池、鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)等部分。其中，進(jìn)水提升泵房設(shè)備容量占到廠內(nèi)總設(shè)備容量的25%，高效濾池設(shè)備占據(jù)總設(shè)備容量7%，以及曝氣系統(tǒng)占據(jù)總設(shè)備容量的40%，各部分綜合運(yùn)行能耗可以占據(jù)到廠內(nèi)污水處理電力能耗的80%以上。對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，需要將其作為對(duì)象進(jìn)行分析。

2.節(jié)能技術(shù)

2.1 進(jìn)水提升泵房

對(duì)此部分系統(tǒng)采用變頻技術(shù)進(jìn)行控制，提高其工作運(yùn)行效率，對(duì)此子項(xiàng)系統(tǒng)前端集水井、管網(wǎng)以及調(diào)節(jié)池等進(jìn)行優(yōu)化，提高其蓄水能力，可以有效提高水泵前水位，降低是泵吸水揚(yáng)程，且在運(yùn)行過程中可減少泵啟停次數(shù)，能夠降低部分運(yùn)行損耗。水泵軸功率計(jì)算公式為N=ρQH/η，根據(jù)公式進(jìn)行分析，水泵安裝運(yùn)行后，水泵運(yùn)行效率η以及流體密度ρ為恒定值，設(shè)備軸功率N與水泵實(shí)際流量Q、有效揚(yáng)程H則為正比例關(guān)系。這樣在不改變實(shí)際流量Q時(shí)，降低其運(yùn)行有效揚(yáng)程，則其軸功率N越小。由此可以得出，對(duì)水泵前水位進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵘?，可以起到一定效果的降低損耗效果。

2.2 高效濾池設(shè)計(jì)

本廠為保證處理后排出水質(zhì)達(dá)到國家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，在二期改造工程階段，對(duì)處理工藝增加了高效濾池環(huán)節(jié)，這樣沉池水經(jīng)過中間水池提升到高效濾池后，經(jīng)過消毒處理便可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此部分進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，首先需要對(duì)出水在線監(jiān)測設(shè)備以及水質(zhì)化驗(yàn)監(jiān)測值為依據(jù)，在確定二沉池水質(zhì)達(dá)到排放要求后，停止高效濾池的使用，減少此部分設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的電能損耗?；蛘呤潜O(jiān)測到二沉池出水水質(zhì)即將超標(biāo)的情況時(shí)，降水提升到高效濾池內(nèi)處理，確保處理后水質(zhì)達(dá)到排放要求，在水質(zhì)穩(wěn)定后關(guān)閉高效濾池設(shè)備，降低電能損耗。本廠污水處理工藝中共設(shè)置有15個(gè)單池體，對(duì)其輪流進(jìn)行沖洗，每天2次，每次時(shí)間保持為15min。對(duì)近幾年運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每年可運(yùn)行總天數(shù)為230d，2015年實(shí)際運(yùn)行天數(shù)為125d，該單元節(jié)能效率為45.7%。

結(jié)語

對(duì)污水處理廠電氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，除了要在建設(shè)階段做好基礎(chǔ)功能的優(yōu)化外，更重要的是要對(duì)后期生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)各項(xiàng)高能耗因素進(jìn)行分析，結(jié)合生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，確定節(jié)能優(yōu)化對(duì)象，有針對(duì)性的采取措施進(jìn)行優(yōu)化，在保證污水處理效率的同時(shí)，降低電力能耗。

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