污水廠接觸池動力水泵節能改造

李根壯

一、概況

廣州市污水處理廠設計總規劃為日處理污水50萬t，分兩期工程進行建設，一期20萬t/d，二期30萬t/d。接觸池于2010年6月30日建成并投入使用，設有氯酸鈉間、鹽酸間、配電間、動力水泵房、二氧化氯發生器間、儀表間和PLC站。出水消毒采用二氧化氯消毒劑，二氧化氯發生器間共有10臺復合型二氧化氯發生器，其中一期3用1備，二期5用1備；動力水泵房配備6臺自吸離心泵，5用1備，一、二期接觸池進水管上各設一個二氧化氯投加點，采用水射器投加，水射器進水來自中水系統，進水壓力>0.3MPa。

在自吸離心泵運行過程中發現，其能耗占整個接觸池的55%,還存在振動和噪聲較大、故障率高、維修周期長等問題。從降低能耗出發，決定對其進行選型和相關改造。

二、改造措施

1.水泵選型

目前水泵的節能主要有以下幾個方法:一是通過改進配套電機的設計,使電機在大的范圍內有較高的效率;二是通過對水泵的結構設計和制造性能的改進,提高水泵的性能;三是水泵、配套電機的正確選型和合理使用。

根據現場的運行情況，經過多方面調研與比較，凸輪泵較之離心泵有一定的節能優勢，決定用一臺凸輪泵替代3臺離心泵。凸輪泵屬于容積式泵，離心泵屬于葉片式泵，兩者的驅動部分基本相同。凸輪泵在齒輪箱和泵腔之間有一個充滿液體的隔離腔室，將同步齒輪與泵腔隔離，一方面保護同步齒輪免受流體沖刷損壞，另一方面防止齒輪箱油滲入傳輸的介質中；腔內的潤滑油潤滑轉子與軸，同時保護軸不受浸蝕；轉子易于更換，如若隔離腔發生泄漏，可以直觀判斷機械密封失效。凸輪泵的轉子材料和形式可根據不同的過流介質，采用不同的材料與轉子類型；可快速開啟式泵蓋實現快速拆卸更換轉子與泵腔內的保護襯板，維護維修方便。綜上所述，相對于離心泵，凸輪泵有如下優點：運行噪聲低、振動小及故障率低；運行壽命長和維護周期短；流量穩定及葉輪耐腐蝕；在同功率下凸輪泵的流量是離心泵流量的兩倍（表1）。

改造前后管道系統簡圖見圖1和圖2。

2.電氣節能改造

大量調查統計表明,一些在運行中需要改變工況而要求進行調節的水泵,其能量浪費的主要原因通常是由于不合適的調節方式。通過分析水泵運行工況改變時的節能原理，采用變頻調速節能方式，實踐證明，節能效益可觀。

表1 水泵參數

（1）變頻節能

各種生產設備在設計動力驅動時，都有一定的富余量，保證安全生產。當電機不在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。泵的傳統調速方法是通過調節入口的擋板、閥門開度來調節流量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的節流過程中。采用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵的轉速即可滿足要求。按照流體力學的理論，軸功率轉數的立方成正比，如果泵的效率一定，當要調節流量下降時，轉速可成比例下降，而此時軸輸出功率成立方關系下降，較之調節擋板、閥門可節能40%～50%。

（2）軟啟動節能

電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和振動對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。使用變頻節能裝置后，利用變頻的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，節約了設備的維護費用。

（3）功率因數補償節能

無功功率不但增加線損和設備的發熱，功率因數的降低導致電網有功功率的降低。大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，減少無功損耗，提高了電網的有功功率。

三、改造效果

二氧化氯發生器進水壓力為p>0.3MPa時,在同電壓下根據啟動泵臺數、二氧化氯發生器運行臺數及運行電流，進行測試對比（表2），可看出凸輪泵的節能效果。

表2 水泵現場運行參數

根據現場檢測數據一臺凸輪泵水量等于兩臺現有離心泵水量，以全年365天計，一年節約電量為37.19萬kW·h。

現場運行數據表明，污水處理廠動力水泵經過上述改造后，能耗由55%降至40%，每年可節約電費30.86萬元。