污水處理廠的電氣節能方法

左亞波

臥龍電氣集團杭州研究院有限公司,浙江杭州 311258

隨著我國對環境保護重視程度的提高，各地的污水處理廠也越來越多，而目前各城市能源緊張局面日益呈現，這就要求各污水處理廠能夠使用較少的能源獲得較大的收益。當前，國內的很多污水處理廠因無法承受高額的運行費用而被迫停產，導致先前的投資未能獲得其應有的效益，不但影響了污水處理的有效性，而且造成一定的經濟損失。本文作者結合自己多年從事污水處理的經驗，探討了污水處理廠的電氣節能方法。

1 污水處理廠工作機理分析

當前國內各污水處理廠所采用的處理工藝樣式繁多，但總的工作流程卻大同小異，本文以目前應用較廣泛的微曝氧化溝為例介紹污水處理廠的工作機理，其主要工藝包括：收集污水（工廠排放水管道、雨水管道、污水管道等）、細格柵攔截、旋流沉砂池、微曝氧化溝（好氧池、缺氧池、厭氧池等）、消毒出水池、二次沉淀池以及排水管道等。污水處理廠所需要的電氣系統主要有：照明設備、電機及相關工藝設備、廠區內部的電纜、低壓配電控制系統、10kV/0.4kV變壓器以及10kV配電系統等，而污水處理廠所消耗的電能也是由以上電氣設備產生的。為此，污水處理廠的電氣節能也主要從減少照明系統損耗、電機配置及控制的優化、減少電纜的損耗、低壓配電系統無功補償優化、變壓器配置、變配電房的選址等方面入手。

2 污水處理廠電氣節能方法分析

2.1 合理配置變壓器

對于變壓器來說，負載損耗和空載損耗是其主要的有功損耗，而前者是個常數，它并不會隨著變壓器荷載的變化而發生變化，但后者卻會隨著負荷電流而發生變化，所產生的損耗大小與流過電流的平方成正比。負載損耗主要與流經變壓器電流和變壓器電阻有關，其大小和變壓器負載率的平方成正相關關系。為此，變壓器選擇時應盡可能采用銅芯變壓器，以降低負載損耗。在進行變壓器負荷設計時，應當將負荷率控制在80%左右。污水處理廠設計時大多進行超前設計和建設，開始使用時未能全部應用，若廠區內只設置一臺變壓器，開始應用時會使得負荷率過低而不經濟，為此在進行設計時應當盡可能設計兩臺或以上的變壓器，依據廠區實際負荷情況來決定投入使用變壓器數量。

2.2 優化供電系統的無功補償

對于供電系統的無功補償來說，主要有分散補償和集中補償兩種。分散補償的無功補償具備以下特點：1）操作容易；采用分散補償的方式，只需要將一臺專用電容器并聯到用電設備上即可，而不必要再單獨設置保護裝置；2）分散補償可以使功率因素得到提升，進而減少線路損耗；3）經濟效果好；4）有利于末端電壓波動的平緩，并能夠提升污水處理廠低壓線路的功率因素。采用分散補償的方式對于配電線路效果良好，但是卻不能有效降低變壓器的銅損。采用集中補償的無功補償，可以根據污水處理廠實際的負荷狀況進行無功量的調整，它能夠有效降低變壓器的銅損，但卻不會對配電線路產生有效作用。對于污水處理廠來說，其日常負荷較為集中，負荷中心位置應當采用低壓配電集中補償。

2.3 降低線路損耗

為了降低污水處理廠電路上的損耗，應當從以下幾個方面入手：1）所用的電路傳輸電纜電阻率應盡可能低，相比于鋁芯電纜，銅芯電纜的電阻率要低得多，雖然銅芯電纜價格比較高，但是從長遠效果來看選擇銅芯電纜要更為經濟；2）盡可能降低線路電纜的長度，進行電路設計時，應當合理設置電纜走向，將污水處理廠的配電房安放在風機房、提升泵房附近，而將回流污泥泵房等負荷集中、距離較遠的負荷點處設置分配電放，以實現對電能的二次分配，這樣可以有效降低電纜長度和線路損耗；3）加大線路電纜橫截面的面積，對于長度較大的線路，線路電纜截面要符合電壓損失、保護的配合、熱穩定、載流量要求，此外應當將電纜橫截面加大一級，這么做雖然會增大建設投資額，但是使用過程中所節省的電能會抵消初次增加的投資額。

2.4 優化電機控制和配置

污水處理廠所使用的電機主要包括攪拌器、風機、污泥泵、各類水泵等，而污水處理廠中電能主要是電機消耗的，因而應注重在電機方面的節能設計。導致電機能耗變化的因素主要有電機的運行管理、電機的控制方式、電機數量配置及容量、電機自身特性等。在進行污水處理廠電機選擇時，應當盡可能選用效率高、運行可靠的電機，而當前國內大多數污水處理廠的電機源于進口。當根據污水處理廠的實際情況合理選用電機容量，盡可能使機械負載功率與電機的輸出功率相當，進而有效提升電機的負債率，改善電機的自然功率因數。污水處理廠實際 運行情況要隨著用水時間、天氣、季節等改變，當前主要根據最大流量進行水泵的選擇，并適當預留一定的額度，因而電機完全達到滿負荷運轉的時間將小于10%，大多數的時間完全處于低效運轉狀態，而電機高效運轉會大幅度節省電能。為此，應當結合污水處理廠的實際情況進行調控方式的選擇，有效設置處理廠電機的輸出負荷，確保電機能夠始終處于高校運轉狀態。

2.5 照明節能措施

污水處理廠的廠區室外、車間的室內、綜合樓等照明也會消耗較大的電能。在進行照明燈具選擇時，應當盡量選用控光性能合理、直射光通比例高的燈具，所用照明附件應當具備性能穩定、功率損耗低的特點。目前，社會對于照明選擇的標準是在滿足照明需求的基礎上，達到良好的經濟效益，實際使用中應當選用節能型、環保型、綠色型照明。為此，應將智能控制系統用于室外照明上，對不同時段、不同區域的照明開關進行智能控制；相鄰的燈具所采用的控制回路和開關應有所區別，以便廠區操作人員能夠根據實際需要有選擇的使用，這樣就能有效降低照明電能損耗。

3 結論

在進行污水處理廠電氣設計時，應當結合廠區實際情況合理配置變壓器、優化供電系統的無功補償、優化電機控制和配置等，進而有效降低電能損耗。

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