變頻技術在污水處理廠風機節能改造中的應用探討

孔慧聰

摘 要：主要針對變頻技術在污水處理廠風機節能改造中的應用展開了探討，詳細闡述了風機節能改造的必要性，并對節能改造的方案和效果作了系統的分析，以期能為有關方面提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：變頻技術；風機節能改造；變頻器；工頻系統

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.135

污水處理廠中的風機是生產中耗能最大的設備之一，在如今倡導節能降耗的社會背景下，風機的節能降耗就顯得尤為重要。而隨著變頻技術應用范圍的不斷擴大，風機的節能改造也得到了進一步的發展。基于此，本文就變頻技術在污水處理廠風機節能改造中的應用進行了探討，相信對有關方面有一定幫助。

1 風機概述

污水處理廠有諸如攪拌風機、離心泵、風機、回流泵、螺桿泵等大型用電設備，其中，風機電機功率最大，且是污水處理的核心設備。風機在工藝運行中的作用如圖1所示，該圖能直觀且比較迅速地反映出整個系統的運行狀況。

污水處理的好氧區溶解氧濃度對處理結果有很大影響——溶解氧濃度太高，不僅浪費電能，還會導致活性污泥上浮出水不達標；溶解氧濃度太低，污水就會不達標。

風機在運行過程中根據在線溶解氧儀分析監測到的信號變化，發出改變風機電動機工作頻率的4～20 mA信號，從而調整風機轉速，改變風量的大小，這樣就可以將溶解氧濃度控制在一定區間。

2 風機節能改造的必要性

原系統采用工頻運行，利用主管路的閥門開度調節風量。雖然這樣電動機往往可達到驅動要求，但多余的力矩增加了有功功率的損耗，造成電能的浪費，同時，對其中的溶解氧濃度調節存在很大的滯后性，在整個工藝的運行中產生了不穩定因素。針對工藝現狀，在污水處理廠的配合下，對其大型用電設備進行節能改造，尤其是風機。風機型號為Y315M-2，控制方式為2臺132 kW的風機共用1臺變頻器控制。變頻器根據外部給定的信號自動調節風機轉速，滿足了生產工藝所需的風量，從而提高了污水處理率。

3 風機變頻系統的改造方案

結合工藝要求進行多方調研，最后選擇ACS800變頻器和00M223在線檢測溶解氧儀，另外還有空氣開關、交流接觸器等設備。

3.1 風機上裝設變頻系統

變頻控制電氣原理圖如圖2所示。

本變頻控制系統采用閉環控制方式。通過智能在線溶解氧儀把數據采集至變頻器，再通過變頻器的A/D轉換模塊將模擬量轉換為數字量，同時變頻器的A/D將溶解氧濃度指標轉換成數字量，兩個數據同時經過PID控制模塊進行比較，PID根據變頻器的參數設置處理數據，并將數據處理的結果以運行頻率的方式控制風機的轉速，從而調節風機的風量。這樣可以及時、精確地控制溶解氧濃度這一指標。變頻器PID設置流程圖如圖3所示。

在圖3中，KM1、KM2分別控制2臺風機的變頻運行，KM3、KM4分別控制2臺風機的工頻運行，QF1、QF2和QF3分別為2臺風機和變頻器電路的空氣開關，FU1、FU2分別為主電路和變頻器的熔斷器，FR1、FR2分別為主電路和變頻器的熱繼電器和ACS800變頻器。

3.2 保留原工頻系統與變頻器互為備用

原工頻系統主電路如圖4所示，控制電路由PLC程序實現。

考慮到當進水量增大以及該污水處理廠二期工程的建設會出現1臺變頻風機效率不夠的情況，因此需要變頻風機本身以工頻形式或其他風機以變頻形式參與供風，所以保留原工頻系統，且與變頻器互為備用。

3.3 設置本地控制和遠程控制

根據現場要求，為了滿足操作人員在中控室里任意控制風機的要求，設置了遠程控制方式。

3.4 設置遠程控制和故障報警

根據生產工藝的方便性和安全性設置遠程控制和故障報警功能。

3.5 變頻器的特點

變頻器的特點主要有：①調速范圍寬，調速范圍適應各種調速設備要求，頻率范圍為0～400 Hz；②自動過流、過壓檢測保護，最大限度地保護設備和變頻器；③自動節能運行，調速速度快，系統的動態性能好；④控制能力強，能滿足不同的控制系統，通過端子可與各種頻率設定信號連接，例如0～10 V、4～20 mA等。

4 變頻器節能效果分析

ACS-800變頻器正常工作時頻率為40 Hz，對變頻器改造前、后對應的數據進行了統計，部分數據分析計算如下：改造前電動機平均功耗132 kW，改造后平均功耗95 kW，通過變頻器改造后，功率下降達到37 kW。按照年運行360 d計算，年節電量為37×24×360=319 680 kW·h，按0.45元/kW·h計算，則每年節能效益為319 680×0.45=143 856元。自改造投入運行以來，變頻器運行穩定、可靠，節能效果明顯。

5 結束語

綜上所述，風機是污水處理廠生產中耗能最大的設備之一，因此，對其的節能改造勢在必行。而將變頻技術應用到風機的節能改造中不僅可以提高風機系統的可靠性，還能有效降低設備的運營成本。

參考文獻

[1]顧凱.利用變頻調節技術降低城市污水處理廠風機水泵類設備的能耗[J].資源節約與環保，2014（01）.

[2]錢清.試論高壓變頻技術在風機節能中的應用[J].價值工程，2015（12）.

〔編輯：王霞〕

Abstract： This paper mainly according to the frequency conversion technology in wastewater treatment wind turbine energy saving in the application was discussed. Elaborated the necessity of fan energy saving transformation， and makes a systematic analysis on energy saving and effectiveness of the project， in order to for providing beneficial reference and reference.

Key words： frequency conversion technology； wind turbine energy saving； inverter； power frequency system