變頻器設備在污水處理廠電氣改造中的應用

邢衛東

（鄭州東興環保能源有限公司，河南 鄭州 451470）

變頻器設備在污水處理廠電氣改造中的應用

邢衛東

（鄭州東興環保能源有限公司，河南 鄭州 451470）

各種利用電機帶動的設備在污水處理廠中應用廣泛，文章通過對其電氣設備進行改造，引入變頻器設備，在控制水流、降低設備能耗、延長設備壽命等方面都發揮了關鍵作用。

變頻器；污水處理廠；電氣改造

近些年來，城市污水處理廠發展迅速，為建設可持續發展社會提供了很好的技術支持，但污水處理廠自身的能耗問題也日益凸顯，大量大功率的電氣設備給傳統型的污水處理廠運行增加了沉重的成本，這也與目前我們建設節約型社會的目標相悖，這樣的背景下，亟需對污水處理廠電氣工程系統進行改造，增設變頻設備，使得在污水處理的過程中能夠及時有效地調整電機的轉速，實現更為精準的污水處理調控目的。文章將以此為背景，對變頻器設備在污水處理廠電氣改造中的應用進行探討，希望為污水處理廠的未來發展提供一定的參考意見。

1 變頻器設備的工作原理以及應用意義

變頻器設備主要是在電力半導體器件的通斷作用之下，將工頻電源轉換為另一頻率的電能對裝置進行控制，進而實現對交流異步電機的軟啟動、變頻調速、提升運轉井段、轉變功率參數、過流保護、過壓保護以及過載保護等功能。變頻器設備在電氣改造中的作用主要是通過改變交流電機供電頻率與幅值，進而使其運動磁場周期發生改變，實現平滑控制電動機轉速的目的[1]。正因為變頻器設備的投入使用，使得原來較為復雜的調速控制更為簡便化，利用“變頻器+交流電動機”的組合便可替換傳統大部分的只能使用直流電動機完成的工作，并且其體積更小，故障率更低，使得傳動技術發展邁向了新的臺階。

變頻器設備的節能效用在風機、水泵中的應用表現得最為明顯。實質上，為確保生產活動的可靠性，各類生產機械在設計之初對于配用動力驅動的考慮時，都會預留一定的富余量，在電機無法滿負荷運行時，除非達到了動力驅動要求，否則多余的力矩會增加有功功率的效率，對電能是一種極大的浪費。在風機、泵類設備的使用當中，為調節其風量與給水量，傳統的調節方式是對其出入口的擋板、閥門開合度進行調節，由于輸入功率大并且在擋板、閥門的截流工作中會消耗大量能源。而使用變頻器設備對其進行改造，便可利用變頻器去降低泵和風機的轉速，進而實現減小流量的目的。

基于流體力學的角度進行分析，P(功率)=Q(流量)×H(壓力)，其中流量Q與轉速N的一次方成正比例關系，壓力H與轉速N的平方成正比例關系，那么可得知功率P與轉速N的立方成正比例關系，倘若水泵的效率不變，那么所需要的流量進行下降調節時，其轉速N也應成比例下降，此時的軸輸出功率P則會成立方關系下降，具體來講也即是水泵電機的耗電功率與轉速相近于立方比關系，因此當流量Q要求減少時，可按照比例利用變頻器設備對其轉速N進行降速調節[2]。此時，電動機功率P則會大幅降低，要比傳統的擋板、閥門調節更為節能，從而有效節省電能投入成本。

2 變頻器設備在污水處理廠電氣改造中的具體應用

2.1 變頻器設備在潛水泵中的應用

潛水泵是一種用于深井提水的關鍵設備，在具體使用工作中需要將整個潛水泵機組潛入水中，利用其將地下水提取至地表，在生活用水、工業冷卻、礦山搶險等工作中都有著廣泛的應用。隨著近年來我國對于污水處理工作的重視度逐漸提高，潛水泵也被應用于具體的污水處理工作當中。從我國的污水處理工作實情來看，有相當大一部分的污水是直接排放到了地下水系統中，為了將污水提取出來，需要使用潛水泵設備。然而，潛水泵在工頻狀態下啟動時，電流帶來的沖擊非常大，極易產生電網電壓波動，潛水泵啟動瞬間的急扭與停止瞬間出現的水錘現象，都很有可能導致管道松動或破裂，甚至還會直接損壞電機，并且電機在啟停時需要開關閥門去減小水錘帶來的影響，這樣一來工作強度會增大，而且難以達到工藝要求。

隨著科學技術的快速發展，變頻器設備也逐漸被應用到了潛水泵當中，有效地解決了以往難以解決的問題。將變頻器設備安裝在潛水泵上之后，工作人員便可在進行污水提取時，結合具體的需求對電機的運行與停止進行調整，有效解決了之前的急扭與水錘現象帶來的不良影響。通常來講，在污水處理流向較小時，可利用變頻器設備的調節功能去適度降低潛水泵的轉速，這樣一來能夠避免潛水泵像以往那樣一直處于高負荷的運轉狀態，有效延緩了電機的老化，使其能夠使用更長的時間，并且提升了污水處理廠的工作效率，減少了后期的維護成本，提升經濟效益[2]。此外，變頻器設備的應用，還能夠減小潛水泵啟動時對機械造成的沖擊，降低設備損壞率，同時能夠充分發揮節能減排的效果，這與國家的“環境友好型”“可持續發展”理念相符。由此可見，變頻器設備對污水處理廠電氣改造中潛水泵的應用有著非常重要的現實意義，所發揮的作用也較為顯著。

2.2 變頻器設備在鼓風機中的應用

在污水處理廠電氣設備中，鼓風機同樣是其中最重要的設備之一，在具體的污水處理工作中發揮著重要的作用。通常來講，鼓風機在污水處理廠的作用主要有兩個方面，（1）利用鼓風機將壓縮空氣經過管道送到曝氣池，讓空氣當中的氧在污水中溶解，為活性淤泥中的微生物提供補給，這樣一些微生物便能夠更好地適應生存環境，進而發揮其凈水效果；（2）利用鼓風機的工作，能夠實現良好的通風效果。在具體的污水處理工作當中，通常會產生各種各樣的生化反應，極有可能釋放產生毒性氣體，如沼氣或其他的分解氣體，這部分氣體通常味道難聞，對工作人員的工作造成巨大影響，并且會對人體的生命健康造成威脅，因此需要利用鼓風機對污水處理現場進行通風，改善污水處理工作環境。然而，在鼓風機的使用當中仍然暴露出來一些問題，其在工頻狀態下啟動時，所帶來的電流沖擊較大，同樣會產生電網電壓波動，并且在鼓風機風壓一定時，其風量僅能夠通過增減鼓風機數量與出氣閥進行調節，實際工作中則大部分是通過對出氣閥門進行調節去增加管道阻力而實現對風量的控制，所以在閥門上浪費過多的能量。

隨著變頻器設備在鼓風機中的應用，有效提升了其使用效率，將變頻器設備安裝在鼓風機的控制柜上，能夠有效減少電機啟動瞬間對電網造成的沖擊，能夠延長設備的使用壽命。此外，利用變頻器設備強大的調節功能，能夠對鼓風機的參數進行適度調節，進而改變鼓風機的風量，能夠結合實際的需求對污水中的氧氣含量進行精準的調節與改變，有效提升污水處理的工作效率。同時，變頻器設備的應用，使得污水處理工作的自動化進一步提升，節約了大量的人力、物力以及財力的投入，有效助推污水處理廠的發展。由此可見，變頻器設備對污水處理廠電氣改造中鼓風機方面的應用極為重要，能夠發揮著非常大的效能。

2.3 變頻器在污水處理廠其他設備中的應用

除了上述在潛水泵與鼓風機中的應用之外，變頻器設備在污水處理廠電氣改造的其他設備中也有著廣泛的應用，同時也發揮中良好的效果。（1）變頻器在旋流沉砂攪拌器中的應用，實現了對水流產生旋轉速度的有效調節，能夠更好實現沉砂目的。（2）采用機械曝氣的二級處理工藝曝氣，其設備表曝氣機通常采用曝氣池污泥混合液的溶解氧DO值作為參數對變頻器設備調速裝置進行調節，以此對曝氣池的曝氣量進行調節。（3）污水處理中的深度處理工藝，所需要用到的設備有混凝沉淀池刮泥機、濾站反沖洗水泵、加氯加藥間加藥泵、出水泵站出水泵等等，都可利用變頻器設備對其進行改造，進而滿足工藝要求，發揮節能效果[3]。（4）污水處理廠中的污泥處理工藝，會用到的設備主要有離心濃縮機、離心脫水機、進泥泵、加藥泵等等，通過變頻器設備的安裝控制，能夠大大提升其脫水效果與節能效果。

3 變頻器設備在污水處理廠電氣改造中的應用效果

污水處理廠電氣改造中應用變頻器設備之后，不僅能夠將過去繁復的人工操作自動化，同時也有效消除了許多不安全的隱患元素，使得整個污水處理系統都處在節能狀態下，有效延長了設備的使用壽命，降低了故障發生概率，更為符合當前生產的實際需求。

從實際情況來看，我國屬于一個能源短缺的國家，在各項生產活動中都需要提高對節能的重視。《中國節能技術大綱》中有明確指出，水泵、風機類設備應最大限度發揮出節能的效用，而這兩樣設備在污水處理廠的生產中極為關鍵，所以節約能源、降低消耗要成為當前污水處理廠工作的重要指導理念。通過利用變頻器設備對于污水處理廠的電氣設備系統進行改造，變頻調速技術能夠實現無極調速，更好地滿足污水處理工作中的對電機速度的控制要求，保障整個工藝流程的穩定性，同時實現了節約能源的重要目標。此外，相關電氣設備在應用變頻技術之后，其啟停次數大幅減少，不僅延長使用壽命，也能夠解決工程實際運行與設計不相符所帶來的運行偏差，有效協調了各個工藝間的關系匹配，發揮了重要的調節作用，有著非常明顯且良好的應用效果。

4 結語

綜上所述，現如今人們對于環境保護問題一直保持著熱切的關注度，相關職能部門對于污水處理廠的監管力度也在逐步加大，污水處理廠對于自身的要求也越來越高，對技術工藝的控制要求也越來越精。隨著新技術、新設備、新工藝的出現，污水處理廠對于工作經濟性與效率性有了更高的追求，在今后的電氣改造中需要用到變頻器的設備將會越來越多。

[1]張海亮.談變頻器在污水處理廠電氣改造中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2013（13）：5-10.

[2]沈勤，賈利明，黃國賢.變頻器在污水處理廠電氣改造中的應用[J].中國高新技術企業，2012（3）：134-135.

[3]劉用林，李愛民.變頻器在中小城市污水處理廠運行調節和節能改造中的應用[J].中州建設，2012（20）：72-73.

Application of frequency converter in electrical renovation of sewage treatment plant

Xing Weidong
(Zhengzhou Dongxing Environmental Protection Energy Co.,Ltd., Zhengzhou 451470, China)

All sorts of use of motor driven equipment are widely used in sewage treatment plant, through the modification of electrical equipment, this article introduces the frequency converter device, which has played a key role in controlling of water flow, reducing energy consumption and extending equipment life.

frequency converter; sewage treatment plants; electric transformation

邢衛東（1983— ），男，河南鹿邑人，工程師，學士；研究方向：電氣工程。