簡述小欖自來水廠節能降耗應用實例

陳鴻華 何英華 丁文東

摘要：本文以小欖自來水廠為例，針對電耗和藥耗存在的問題，從技術和經濟上進行分析，提出節能降耗的有效實踐辦法。主要通過送水泵機組的搭配、水泵葉輪切割、空壓機變頻改造、排泥車改造、排水回用和半自動投加系統這幾方面來闡述自來水廠的降耗技術。

關鍵詞：自來水廠 節能降耗 技術

一、引言

隨著社會的不斷發展，企業管理的逐步完善，以節能降耗為中心的科學發展觀漸漸被各界人士所重視。自來水廠作為用電耗能大戶，在整個制水成本中，電力消耗占了約40%。除此之外，隨著水資源費的上漲，企業制水成本更加加劇，增長約18%，這使得節能降耗、提高水的利用率顯得更加重要。

二、節能降耗方法

1.送水泵機組搭配。

自來水廠日內供水量的變化較大，根據我廠經驗，一般的供水高峰期為中午11點至12點和下午6點至夜晚11點，而低峰期為凌晨3點至早上6點，高低峰供水量差額達60%。可見，合理的送水泵機組搭配，保持機組的高效運轉，能有效地提高用電效率。電耗主要受清水池水位和供水壓力影響，通過高低功率水泵的不同搭配，2016年的用電量比2015年下降約4.4%，共節省40多萬元。可見，合理的送水泵機組搭配，能起到有效的節能降耗作用。

2.水泵改造。

自來水廠用電主要在水泵上，其中取水泵房和送水泵房占90%以上，故降低水泵的電耗能最直接地降低用電成本。目前，節能改造水泵的方法有三種：（1）更換水泵，選擇效率更高，更符合生產需求的水泵；（2）安裝高壓變頻調速設備；（3）切削葉輪。方法一，需要重新投入資金，且涉及改動的設施多，施工周期可能過長，故并不適用。方法二，變頻設備價格不菲，改造投資周期長，同樣也不適用。方法三，如果切削計算準確，切削方法恰當，既投資少又周期短，是節能改造的可行辦法，但只能用在需要減少水泵流量、揚程和功率的情況下。根據切割定律和定流量切割計算，對小欖自來水廠B廠二級3#水泵葉輪直徑切削20mm，切削后水泵揚程由47米下降為44米，單耗由148.0KWH下降到137.1KWH，一年約節省15萬元電費。

3.空壓機改造。

針對傳統空壓機系統存在的缺點，對其加裝變頻器調速和PLC控制相結合的自動恒壓變速供氣系統能有效地提高空壓機的使用壽命和減少電源浪費。小欖自來水廠安裝一臺國產22KW的國產變頻器，根據PLC發送的數據值調節空壓機轉速來調節氣量，使得供氣量和用氣量達到平衡，同時將變頻器的運行參數反饋到PLC。通過對比改造前后的電流發現，一年可節約電費為7萬元。

4.排泥車改造。

定期啟動排泥車清理平流沉淀池淤泥是確保水質穩定的重要方法。但是目前大部分排泥車的運行方式都是根據生產經驗來確定設備的運行時間，且排泥車的行進方式單一，不符合池底淤泥的分布情況，從而導致排泥水的含固率普遍較低，浪費大量的水資源，造成水廠制水成本的增加。因此，為了降低生產和改造成本，在不更換整套排泥車設備的基礎上，對其運行方式和排泥方式進行改造顯得尤為重要。針對我廠現時設備的運行狀況，對排泥車進行如下改造。增加擋泥板和改變行車方式，在排泥車穿孔排泥管的后方安裝與穿孔排泥管長度相當、高度約500mm的擋泥板。排泥車正走時不需要進行排泥，隨著擋泥板的泥層逐漸增多，當堆積到一定的高度時（略低于擋泥板高度）就會觸發信號并進行排泥，排泥時間約3分鐘。3分鐘后關閉排泥閥，排泥車繼續行走，直至擋泥板再次觸發排泥信號，如此循環直至到達終點，然后自動返回起點。改用氣動閥門，由于整個排泥過程中，排泥信號由改造前的一個增加為改造后的多個，使得真空泵的啟動次數增加，導致不必要的用電和設備的損耗。因此，在排泥管的出口前安裝了自行研制的氣動閥門，大大降低真空泵的啟動次數（在管道沒有泄漏的情況下真空泵啟動次數為零），同時將氣動閥門以下的DN150管道改成DN100，提高泥水的含固率。改造后，排泥水含固率由0.6%上升至6.2%，增長了933%。同時，氣動閥門的應用和排泥車行走的方式改變使得排泥時間大大縮短，由原來的62分鐘縮短為12分鐘。單次排水量由365m3縮減為65m3，一年大約節省60000m3排泥水，約1.2萬元。（按照5萬m3供水規模的效益）

5.排水回用。

小欖自來水廠從2016年初對生產的排水進行收集，并對平流自凈后的水樣化驗。經過4個月的數據收集，運用綜合指數評價法對水質進行分析，并與同期河水作比較，得出平流自凈后的排水屬于二類水資源，符合地表水環境質量標準。其后，邀請華中科技大學教授到現場勘查和評估，并得到專家對水質狀況的肯定，最終對排水進行回用。截止2016年底，共回用水量達80多萬立方米，約節省13萬元。

6.半自動投加系統。

過往自來水廠自動化程度不高，多是以人工經驗控制投藥量或者觀察平流池入口處的礬花來判斷藥量是否足夠。對于河水水質變化情況較大時，往往難以找準最佳投藥濃度，導致不必要的浪費。而且，由于聚合氯化鋁對原水的pH，濁度和溫度的適應性強，使其投加范圍廣而導致過藥量的表現不明顯，容易造成浪費。針對存在的問題，小欖自來水廠采用一套半自動的投加系統，根據人工設定的礬耗目標，系統自動改變加藥泵的頻率和沖程來控制投礬量。除此之外，由于加藥泵設有最低的投加量限制，在濁度較低的情況下，不能再系統地降低它的投加量，于是只能對礬液進行稀釋投加。根據多次的投加試驗，在河水濁度低于10NTU時，對10%的礬液再稀釋至4%后投加，能保證供水安全的同時又能進一步

三、未來發展方向

我國部分自來水廠的地勢差較大，利用自重流即可完成整個制水的過程。恰好在這過程中，我們可以利用水頭落差來產生電力，幫助我們降低生產成本。自來水廠大多數構筑物頂部都是以綠化覆蓋或平頂為主，這為太陽能發電提供了重要的基礎。從目前的應用案例效果來看，20萬平方米的面積全年發電量約2200萬千瓦時。從這一數據看，該發電效率足以滿足自來水廠的生產需求。不過，光伏發電需要解決生產過程中氮氧化物和硫化物的產生問題和缺乏政策性鼓勵后的成本問題，才能更加迅速地被接納和應用。總體來說，利用水廠各構筑物樓頂或綠化面積安裝光伏設備發電在未來是可行的。

參考文獻：

[1] 張雪冰，王新元.葉輪切削節電技術應用[C]，石油和化工優秀論文集， 2012：356-359。

[2] 楊茹.變頻器在空壓機自動恒壓供氣節能改造中的應用[J]，冶金電氣， 2008（24）：30-33。

（作者單位：中山市小欖水務有限公司）