變頻技術(shù)在污水處理風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

李祥

（內(nèi)蒙古包頭市固陽(yáng)縣金山鎮(zhèn)生活污水處理站，內(nèi)蒙古 包頭 014200）

污水處理廠中的風(fēng)機(jī)是生產(chǎn)中耗能最大的設(shè)備之一，在如今倡導(dǎo)節(jié)能降耗的社會(huì)背景下，風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗就顯得尤為重要。而隨著變頻技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

一、污水處理風(fēng)機(jī)相關(guān)概念以及對(duì)其節(jié)能

在對(duì)污水進(jìn)行處理的過(guò)程中，其要使用到攪拌風(fēng)機(jī)、離心泵、風(fēng)機(jī)以及螺桿泵等相關(guān)大型設(shè)備，其中風(fēng)機(jī)使用電機(jī)功率最大，并且也是污水處理中最為必要的設(shè)備。在污水處理的好氧區(qū)中，其溶解氧濃度對(duì)處理結(jié)果有很大影響，若是溶解氧濃度比較高，其不但會(huì)對(duì)電力資源進(jìn)行浪費(fèi)，并且還會(huì)致使活性污泥上面的浮水無(wú)法符合標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)機(jī)在工作時(shí)是依據(jù)在線溶解儀進(jìn)行的，其能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)到的信號(hào)變化情況進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，在改變風(fēng)量時(shí)把溶解氧濃度把控在規(guī)定范圍中。部分系統(tǒng)中使用了工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，其使用主管路閥門開(kāi)度對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這種情況下電動(dòng)機(jī)可以符合驅(qū)動(dòng)要求，但多余力矩會(huì)產(chǎn)生有功功率的浪費(fèi)，進(jìn)而對(duì)電力資源形成了浪費(fèi)。除此之外，溶解氧濃度調(diào)節(jié)存在很大落后性，其讓整個(gè)工作的運(yùn)行存在很大的不穩(wěn)定性。這種情況下，對(duì)這種大型用電設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造就十分的重要。而將變頻器使用在其中，能夠依據(jù)外界給予的信號(hào)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而符合污水處理工藝時(shí)需要的風(fēng)量，在節(jié)省電力資源的同時(shí)也提升了污水處理率。

二、改造的意義案例分析

變頻技術(shù)中最為關(guān)鍵的就是變頻器，要使相關(guān)的設(shè)備達(dá)到對(duì)電能進(jìn)行節(jié)省的目標(biāo)，變頻器就需要存在下面幾個(gè)特點(diǎn)：一是調(diào)速范圍很大，并且能夠符合各種調(diào)速設(shè)備需要，其固定的頻率范圍在0到400H z。二是具備自動(dòng)過(guò)流以及過(guò)壓檢測(cè)保護(hù)相關(guān)的功能，以此對(duì)設(shè)備以及變頻器進(jìn)行保障。三是自動(dòng)節(jié)能的運(yùn)行，其調(diào)節(jié)速度十分快，整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)能力很好。四是控制能力非常強(qiáng)，可以符合各個(gè)不同的控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)端子能夠和各個(gè)頻率設(shè)定信號(hào)相連接，比如0到10 V以及4到20 m A等。綜合污水處理工藝方面的各種要求，并且對(duì)其進(jìn)行調(diào)查與研究，需要選擇具有代表性的變頻器以及在線檢測(cè)溶解儀器。除此之外，還有空氣開(kāi)關(guān)以及交流基礎(chǔ)器等等相關(guān)的設(shè)備。針對(duì)某污水處理廠，對(duì)其大型用電設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，尤其是風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)型號(hào)為Y315M-2，控制方式為2臺(tái)132 kW的風(fēng)機(jī)共用1臺(tái)變頻器控制。變頻器根據(jù)外部給定的信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足了生產(chǎn)工藝所需的風(fēng)量，從而提高了污水處理率。風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)的改造方案。結(jié)合工藝要求進(jìn)行多方調(diào)研，最后選擇ACS800變頻器和00M223在線檢測(cè)溶解氧儀，另外還有空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器等設(shè)備。

風(fēng)機(jī)上裝設(shè)變頻系統(tǒng)。本變頻控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式。通過(guò)智能在線溶解氧儀把數(shù)據(jù)采集至變頻器，再通過(guò)變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，同時(shí)變頻器的A/D將溶解氧濃度指標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，兩個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)經(jīng)過(guò)PID控制模塊進(jìn)行比較，PID根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運(yùn)行頻率的方式控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。這樣可以及時(shí)、精確地控制溶解氧濃度這一指標(biāo)。變頻器PID設(shè)置中，KM1、KM2分別控制2臺(tái)風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行，KM3、KM4分別控制2臺(tái)風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行，QF1、QF2和QF3分別為2臺(tái)風(fēng)機(jī)和變頻器電路的空氣開(kāi)關(guān)，F(xiàn)U1、FU2分別為主電路和變頻器的熔斷器，F(xiàn)R1、FR2分別為主電路和變頻器的熱繼電器和ACS800變頻器。

2.保留原工頻系統(tǒng)與變頻器互為備用。控制電路由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。考慮到當(dāng)進(jìn)水量增大以及該污水處理廠二期工程的建設(shè)會(huì)出現(xiàn)1臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)效率不夠的情況，因此需要變頻風(fēng)機(jī)本身以工頻形式或其他風(fēng)機(jī)以變頻形式參與供風(fēng)，所以保留原工頻系統(tǒng)，且與變頻器互為備用。

3.設(shè)置本地控制和遠(yuǎn)程控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，為了滿足操作人員在中控室任意控制風(fēng)機(jī)的要求，設(shè)置了遠(yuǎn)程控制方式。

4.設(shè)置遠(yuǎn)程控制和故障報(bào)警。根據(jù)生產(chǎn)工藝的方便性和安全性設(shè)置遠(yuǎn)程控制和故障報(bào)警功能。

5.變頻器的特點(diǎn)。變頻器的特點(diǎn)主要有：①調(diào)速范圍寬，調(diào)速范圍適應(yīng)各種調(diào)速設(shè)備要求，頻率范圍為0～400 Hz；②自動(dòng)過(guò)流、過(guò)壓檢測(cè)保護(hù)，最大限度地保護(hù)設(shè)備和變頻器；③自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行，調(diào)速速度快，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好；④控制能力強(qiáng)，能滿足不同的控制系統(tǒng)，通過(guò)端子可與各種頻率設(shè)定信號(hào)連接，例如0～10 V、4～20 mA等。

三、變頻器節(jié)能效果分析

ACS-800變頻器正常工作時(shí)頻率為40 Hz，對(duì)變頻器改造前、后對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，部分?jǐn)?shù)據(jù)分析計(jì)算如下：改造前電動(dòng)機(jī)平均功耗132 kW，改造后平均功耗95 kW，通過(guò)變頻器改造后，功率下降達(dá)到37 kW。按照年運(yùn)行360 d計(jì)算，年節(jié)電量為37×24×360=319 680 kW·h，按0.45元/kW·h計(jì)算，則每年節(jié)能效益為319 680×0.45=143 856元。自改造投入運(yùn)行以來(lái)，變頻器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，節(jié)能效果明顯。使用變頻技術(shù)能夠讓功率相關(guān)的因數(shù)進(jìn)行提升，這樣能夠減少功率因素補(bǔ)償裝置的使用，并且可以在很大的轉(zhuǎn)速范圍中保障其能夠高功率運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，還能夠避免因?yàn)閱?dòng)電流形成的絕緣老化和大電動(dòng)力矩構(gòu)成的沖擊力，進(jìn)而對(duì)電機(jī)壽命形成影響，以此可以減少電機(jī)維護(hù)工作量，節(jié)省了對(duì)設(shè)備的維修費(fèi)用。

變頻技術(shù)目前已經(jīng)很成熟，在很多行業(yè)都有很好的應(yīng)用，通過(guò)變頻技術(shù)和工藝改進(jìn)、其他節(jié)能技術(shù)手段的配合應(yīng)用，使變頻器不單單是一種單體節(jié)能設(shè)備，而是使其構(gòu)成一種節(jié)能系統(tǒng)，通過(guò)該節(jié)能系統(tǒng)使節(jié)能改造項(xiàng)目的節(jié)能效果更明顯。