淺談離心水泵在污水處理廠節能應用方案

陳剛

摘 要：通過系統運行工況點與水泵高效區的匹配提出節能改造的方案，并計算了節能改造的效果，同時也總結了今后運行系統水泵節能的操作手法，力求在實際生產中貫徹節能降耗的技術，以達到降低污水處理成本、減少用電量的目標。

關鍵詞：污水處理；工況點；節能；軸功率；

前言

在活性污泥處理系統中，污水處理廠能耗成本占污水處理廠運營成本的30%～80%。根據我國學者的研究結論，我國城市污水處理廠能耗主要用于污水、污泥的提升，生物處理的供氧，以及污泥處理這幾個工藝過程，本文就離心水泵在污水提升方面的節能方案著重進行解析討論。

正文

污水處理廠在運行工藝流程中，一般采用重力流的方法使污水通過各個構筑物和設備，但是由于廠區地形和地質的限制，必須在前處理處加提升泵站將污水提到某一高度后才能按重力流方法運行。污水提升泵站中離心水泵的作用就是將上游來的污水提升至后續處理單元所要求的高度，使其實現重力流。提升泵站一般由水泵、集水池和泵房組成。

離心水泵的節能運行是要求水泵運行的工況點盡可能處于水泵的最高效區域。水泵的特性曲線與管路特性曲線的相交點，就是水泵的工況點。水泵的工況取決于水泵的性能、管路的性能和進出水池的水位差三種因素，其中任一因素的變化，水泵的實際工況點都將隨之改變。

筆者所在的企業，在2018年3月份細格柵技改后、廠區恢復運行時就發生了離心污水泵工況點偏離高效區運行的情況。技改前，開啟一臺水泵，流量Q大約是1100m3/h，正常開啟兩臺水泵即可滿足日處理5萬噸的生產要求，但是技改后，開啟一臺水泵的流量Q僅有700m3/h左右，這樣需開啟3臺水泵才能滿足每天的生產要求。對于該情況，初始按工況點的運行要素檢查分析原因：檢查過水泵，發現水泵的進出口無明顯堵塞、水泵的葉輪無明顯的腐蝕損壞等；檢查集水池，液位正常且管路無堵塞；后在檢查出水時，發現水流過細格柵的流速與以前不一致。通過查閱新舊細格柵的技術資料得知，現場原先使用的細格柵是網板式階梯格柵，過水孔隙為5mm，技改后細格柵變更為內進流式格柵，過水孔隙為3mm，格柵形式和過水孔隙的改變，引起水泵出口管路的壓力變大，從而使水泵的運行揚程變高，最終導致水泵的運行工況點偏移、水泵運行流量偏小。

水泵長期偏小流量工況運行，是不利于水泵的維護的，危害主要體現在下列幾個方面：

1、水泵效率明顯降低，總體運行功率增大。離心泵在偏小流量工況點運行時，其運行效率會下降的很快，一般情況下，同一臺泵流量越小，效率就越低。

2、泵振動變大，易造成泵的零部件損壞，從而影響泵的使用壽命，增加后期維護維修費用。

3、長期偏小流量運行會使水泵內液體溫度升高，容易引起汽蝕、損壞葉輪。

通過聯系水泵廠家，得知水泵運行在1100m3/h的流量時，揚程約10m，工況點的效率約為81%，水泵運行在700m3/h的流量時，揚程約13m，工況點的效率約為74%。

那么根據離心水泵軸功率計算公式：P=ρgQH/η（注：ρ為水的密度；g為重力加速度；Q為水泵運行流量；H為水泵運行揚程；η為水泵運行工況點的效率）可知：

技改前每臺水泵的軸功率是36.97KW，兩臺水泵每天消耗總功率為1774.56KW；技改后每臺水泵的軸功率是33.48KW，三臺水泵每天消耗總功率為2410.56KW。技改后比技改前的功率消耗增加了35.84%。相對于只增加3米揚程的水泵來講，水泵的能耗增幅還是很大的，那么有沒有辦法去降低這個能耗損耗呢？

根據水泵的水力模型特征和水泵的設備特征，筆者認為可以從兩個方向去思考解決問題：

方案一：修正葉輪直徑

根據水泵的性能曲線，水泵葉輪隨著直徑的增加，水泵運行工況的高效區會往大流量、高揚程的方向偏移。所以可以聯系水泵廠家，根據水泵的參數咨詢水泵廠家葉輪直徑是否有增大的空間，如能在現有基礎上繼續增大葉輪直徑，那么就能在花費很少的情況下改善水泵的運行工況點所在的效率區域、降低能耗；如果水泵葉輪直徑沒有增加的空間，那么只能選擇第二種方案了。

方案二：更換匹配工況點處于曲線高效區的水泵

筆者就系統所需的新的工況點咨詢水泵廠家，獲得相應水泵的性能曲線，如下：

更換水泵要考慮到充分利用原有管路、電氣控制等設備的情況，盡可能的降低改造的費用，所以這里筆者就工況點Q=1100m3/h、H=13m向廠家咨詢了水泵并獲得上述水泵型號，且從廠家技術部得知該泵在要求的工況點的實測效率值約為82.5%。由水泵軸功率計算公式P=ρgQH/η，可知若換上新水泵，單臺水泵的軸功率為47.18KW，兩臺水泵一天消耗的總功率為2264.64KW，比原先三臺偏工況運行的水泵每天可節約145.92KW的功率損耗。筆者所在廠區的電費平均為0.72元/kW·h，更換水泵后，每天可節約電費105.06元，一年365天全天候運行可節約電費為38346.9元，如此差不多一兩年就能回收更換水泵的所有成本。且泵在最佳工況點運行，可比泵長期在偏工況運行少了很多的維護維修費用。

在日常生產運行的過程中，節能降耗的使用水泵主要有以下幾個途徑：

1、水泵水力模型和水泵廠家的選擇

因為技術水平、制造能力的差異，不同廠家的水泵在Q-H曲線上的型譜分布、曲線的高效區域分布基本也不一致，制造出的水泵運行效果也有差異，所以我們要根據自己需要的工況參數，參考各個廠家的水泵型譜、對應水泵的實測數據，以及各個廠家水泵實際運行的可靠性，來綜合選擇最適合自己廠區系統的一款水泵。

2、水泵運行工況點匹配水泵性能曲線的高效區

一般來說，設計院在水泵的設計方案中，水泵的參數總會較實際運行工況點相應的留有一些余量，所以我們要一切以實際使用為基準，通過相應的調整手段，盡可能使水泵的工況點滿足于該水泵的性能高效區內。

3、高能效等級電機的使用

根據統計，污水處理廠的電機運行所消耗的電力約占總電耗的90%，影響電機效率主要因素有供電電壓、電機的尺寸、設計以及運行載荷等。一般高效電機的效率比普通電機高出8%左右，雖然高效電機的一次性投資比普通電機高10%～15%，但在電機投入運行后，該部分投資的回收期很短，一般幾個月或者數年就可回收增加的成本。

4、變頻控制的使用

變頻技術是一種可以調節現有流量至實際需求的流量、并且還能維持水泵的工況點在高效區的節能手段，實際生產中根據需求調節變頻，可以使耗電量大大地降低，體現顯著的節能效果。

結語

污水處理廠的節能降耗是一項綜合性工作，涉及工藝、設備等多個環節，是多學科的交叉和各種技術融合的結果。今后污水處理廠的節能方案應從設計、設備選型、實際運行檢驗等多個環節進行貫徹審核，以減少用電量，從而降低污水處理成本，且在實踐中檢驗節能降耗的成果。

參考文獻

[1]徐強.污水處理節能減排新技術、新工藝、新設備.北京：化學工業出版社，2009：12～15.

[2]沈曉南.污水處理廠運行和管理問答.北京：化學工業出版社，2012：42～43.

（作者單位：高郵市海潮污水處理廠）