污水處理生物轉(zhuǎn)盤耗電分析及改進(jìn)

溫志軍

（北京中燕通科技開發(fā)有限公司，北京 102599）

0 引言

生物轉(zhuǎn)盤采用變頻控制后，輸出的電流和電壓和普通的50 Hz 的電網(wǎng)電壓不同，普通的測量手段無法測量生物轉(zhuǎn)盤變頻器輸出側(cè)的耗電功率。利用生物轉(zhuǎn)盤的變頻器本身自帶的輸出功率測量能力，對實(shí)際輸出到變頻器的電功率進(jìn)行測量。判斷出生物轉(zhuǎn)盤在各個(gè)工況下的耗電特性，為生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)和制造提供理論依據(jù)。測量某一種處理量500 t/d 的生物轉(zhuǎn)盤的數(shù)據(jù)，電機(jī)功率是4 kW。

1 生物轉(zhuǎn)盤耗電單元的組成及分析

生物轉(zhuǎn)盤的耗電主要是由電控系統(tǒng)耗電、變頻器耗電、電機(jī)耗電等主要部分組成。由此，測試的思路是先核算出變頻器的平均效率，再測量出生物轉(zhuǎn)盤變頻器在各個(gè)頻率時(shí)候的輸出功率，再加上電控系統(tǒng)的耗電，由此就能推算出，生物轉(zhuǎn)盤的實(shí)際耗電值。

1.1 電控柜控制系統(tǒng)耗電和變頻器輸出效率的測量

（1）220 V 控制系統(tǒng)耗電和變頻器空載耗電。生物轉(zhuǎn)盤的啟停和各種信號的記錄傳輸需要有控制系統(tǒng)來控制，一般是由觸摸屏和PLC 來組成控制系統(tǒng)。由于控制系統(tǒng)耗電太小，普通的測量儀表無法測量出來，采用低量程的電流表和電壓表同時(shí)測量的辦法來大致測量生物轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)的耗電。生物轉(zhuǎn)盤電控柜平均耗電為88.907 8 W，每臺(tái)變頻器空載平均耗電：25.654 8 W。由此可以看出，生物轉(zhuǎn)盤的電控系統(tǒng)，在正常情況下，單是PLC、觸摸屏和變頻器的耗電是很少的。

（2）根據(jù)不同頻率下變頻器的輸出效率。變頻器的輸出功率隨輸出頻率的增加而增加，是正相關(guān)的。同樣的輸出頻率下，變頻器的輸出功率隨生物轉(zhuǎn)盤的膜的厚度增加而增加，是正相關(guān)的，而且變化很大。

1.2 各工況下生物轉(zhuǎn)盤變頻器輸出功率測量

（1）生物轉(zhuǎn)盤氧化槽有水、生物轉(zhuǎn)盤盤片掛膜比較薄的情況下的輸出功率測量。這種方式測量的是污水半浸沒轉(zhuǎn)盤，生物轉(zhuǎn)盤盤片掛膜比較薄的情況下的各頻率耗電情況。

（2）生物轉(zhuǎn)盤氧化槽無水。電機(jī)只是帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤空轉(zhuǎn)，耗電很少，但是由于瞬時(shí)值變化很大，在測量中取測量的最大值和最小值做平均來作為最終的測量值。轉(zhuǎn)盤電機(jī)負(fù)載比較輕的情況下，變頻器的效率一直都是很低的。

（3）生物轉(zhuǎn)盤氧化槽有水、同時(shí)生物轉(zhuǎn)盤的掛膜異常的厚（遠(yuǎn)高于正常值）。電機(jī)耗電能力急劇增加，甚至到30 Hz 的時(shí)候，變頻器輸出的功率已經(jīng)達(dá)到電機(jī)的額定功率4 kW。

（4）生物轉(zhuǎn)盤氧化槽有水、同時(shí)生物轉(zhuǎn)盤的掛膜正常的厚（正常值）。生物轉(zhuǎn)盤的電機(jī)耗電比掛膜比較薄的時(shí)候要耗電高很多。以15 Hz 舉例來說，這時(shí)候生物轉(zhuǎn)盤的耗電是掛膜比較薄的時(shí)候的2.4倍左右。而且當(dāng)運(yùn)行頻率高于（30～35）Hz 的時(shí)候，電機(jī)的輸出功率已經(jīng)超過電機(jī)的額定功率4 kW。

（5）生物轉(zhuǎn)盤氧化槽有水、同時(shí)生物轉(zhuǎn)盤的掛膜的厚度正常，生物轉(zhuǎn)盤是全浸沒厭氧式的情況。雖然掛膜厚度正常，但是運(yùn)行的功率消耗并不很大。比如在10 Hz 時(shí)，半浸沒的功率是0.625 kW，全浸沒的是0.620 kW。比如在15 Hz 的時(shí)候，半浸沒的功率是1.100 kW，全浸沒的是0.630 kW。而且，在50 Hz 時(shí)，全浸沒的生物轉(zhuǎn)盤功率消耗也很小，這得益于轉(zhuǎn)盤全部浸泡到水里后，浮力使得轉(zhuǎn)盤負(fù)載很輕的原因。

1.3 由測量結(jié)果可以得出的生物轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議

（1）電控系統(tǒng)耗電和變頻器空載耗電的提示。電控系統(tǒng)耗電很小，基本上可以忽略不計(jì)。變頻器空載耗電也比較小，加上變頻器的就地功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)暮锰帲冾l器的空載耗電基本上也可以忽略不計(jì)。

（2）生物轉(zhuǎn)盤掛膜厚度對轉(zhuǎn)盤耗電的影響和通過耗電測量掛膜厚度的方法和經(jīng)驗(yàn)公式。由于生物轉(zhuǎn)盤的盤片數(shù)量較多，表面積較大，所以生物轉(zhuǎn)盤的盤片掛膜的多少直接和顯著地影響著生物轉(zhuǎn)盤的耗電。甚至可以通過測量在一定頻率下的生物轉(zhuǎn)盤的耗電功率來代替測量生物轉(zhuǎn)盤的盤片掛膜厚度。有了這個(gè)參數(shù)將對合理的控制和調(diào)整生物轉(zhuǎn)盤的生化條件和轉(zhuǎn)速提供可靠的控制依據(jù)。

通過表1 對比掛膜比較薄的和掛膜異常厚的生物轉(zhuǎn)盤在各個(gè)頻率下的輸出功率，發(fā)現(xiàn)兩者之間是很有規(guī)律的。由于生物轉(zhuǎn)盤的掛膜結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且不規(guī)則，是很難測定的，不需要十分精確的測量。所以，可以假定掛膜比較薄的轉(zhuǎn)盤的掛膜厚度是0.5 mm，掛膜異常厚的轉(zhuǎn)盤的厚度是4.0 mm。由此可以總結(jié)在各個(gè)頻率下通過測量輸出功率來計(jì)算掛膜厚度的經(jīng)驗(yàn)公式見表1。

至此，輸出功率可以通過變頻器的參數(shù)測量出來。

表1 生物轉(zhuǎn)盤掛膜厚度公式

（3）生物轉(zhuǎn)盤減速機(jī)的減速比對生物轉(zhuǎn)盤耗電的影響。通過測量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，生物轉(zhuǎn)盤的電機(jī)的變頻器的輸出效率隨著輸出功率的提高而增加。假如把生物轉(zhuǎn)盤的減速比提高一倍，把電機(jī)減小到2.2 kW。那么在保證轉(zhuǎn)盤運(yùn)行到原來的速度的情況下，由于效率的提高，能推算出轉(zhuǎn)盤的耗電情況見表2。

表2 轉(zhuǎn)盤的耗電情況

在轉(zhuǎn)盤原來正常生產(chǎn)經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)速下，也就是4 kW 電機(jī)和減速器的（10～15）Hz 的情況下，會(huì)節(jié)電15%左右。但是，這樣轉(zhuǎn)盤的最大的輸出轉(zhuǎn)速也會(huì)下降1/2，并且實(shí)際節(jié)電能力有限。建議不更改電機(jī)的功率，只增加一倍減速器的加速比。這樣既能節(jié)電15%又能獲得較大的力矩來使用，可以避免電機(jī)拖不動(dòng)轉(zhuǎn)盤的現(xiàn)象發(fā)生。

（4）對其他類型生物轉(zhuǎn)盤的數(shù)據(jù)的推算方法。比如轉(zhuǎn)盤盤片的數(shù)量增加或減少，相應(yīng)的耗電功率就會(huì)增加和減少。另外，生物轉(zhuǎn)盤的半浸沒和全浸沒狀態(tài)也會(huì)導(dǎo)致盤片與污水的作用力變化，以此做為基準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算即可。

1.4 一些有用的測量結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)公式

通過這次測量總結(jié)了一些有用的生物轉(zhuǎn)盤的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式，表述如下：生物轉(zhuǎn)盤電控柜平均耗電：88.907 8 W，每臺(tái)變頻器空載平均耗電：25.654 8 W。掛膜正常情況生物轉(zhuǎn)盤的耗電是掛膜很薄或沒有膜的時(shí)候的2.4 倍左右。通過測量變頻器的輸出功率和運(yùn)行頻率，并且和已知的測量數(shù)據(jù)對比，能夠知道生物轉(zhuǎn)盤掛膜厚度。氧化槽有水掛膜很薄情況下，5 Hz 的耗電是0.372 kW，10 Hz 的耗電是0.377 kW，15 Hz 的耗電是0.610 kW。掛膜正常的轉(zhuǎn)盤在10 Hz 時(shí)候的耗電是0.829 kW，在15 Hz時(shí)候的耗電是1.464 kW。變頻器輸入功率（生物轉(zhuǎn)盤耗電）=變頻器輸出功率/（0.099 4×變頻器輸出功率+0.515 2）。

2 結(jié)束語

在正常掛膜和轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)盤減速器變比增加1 倍，會(huì)節(jié)電15%左右和增加1 倍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。這樣可以解決有的時(shí)候掛膜比較偏，轉(zhuǎn)盤電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩不夠，無法拖動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。同時(shí)由于電機(jī)自身的轉(zhuǎn)速比較高，轉(zhuǎn)盤的電機(jī)不再需要變頻電機(jī)，只需要普通電機(jī)即可。這樣會(huì)減少制造成本和變頻電機(jī)風(fēng)扇經(jīng)常損壞而帶來的維修和保養(yǎng)費(fèi)用。