奮斗水庫供水工程節能措施探討

姜 竹

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

1 工程背景及簡介

黑龍江省穆棱市奮斗水庫供水工程是以穆棱河上游新建的奮斗水庫為水源，通過新建供水工程為穆棱河下游沿岸各城鎮提供城鎮居民生活飲用水與市政管網內的工業用水，是奮斗水庫配套供水工程。

穆棱市奮斗水庫是以城鎮供水為主，結合防洪，兼顧灌溉和發電等綜合利用的大(2)型水庫。

奮斗供水工程近期(2020年)設計總供水規模為6×104m3/d，遠期(2030年)設計總供水規模為12×104m3/d。工程主要內容有：DN1000雙線取水管線，線路長0.96km；規模6萬m3/d凈水廠一座，廠區按遠期12萬m3/d規模預留；配水干線為管徑DN500-DN1000單線，從凈水廠至下游末端八面通鎮線路全長69.68km；新建穆棱鎮加壓泵站、興源鎮加壓泵站、下城子鎮加壓泵站、馬橋河鎮加壓泵站與福祿鄉加壓泵站共計5座泵站，在八面通鎮現有凈水廠利用現有加壓泵站進行改造并增設二次消毒設施；各城鎮配水管網改造總長度合計115.07km。

2 工藝方案節能探討

2.1 凈水工藝

本項目的凈水工藝采用混合、絮凝、沉淀和過濾常規凈化處理工藝，并預留深度處理工藝。濾池反沖洗排水考慮沉淀處理和回收利用，排泥水采用濃縮、脫水處理工藝。

1)絮凝方式。

目前國內普遍使用的是水力絮凝池，并以豎流式隔板絮凝池、網格絮凝池和折板絮凝池為主。

三種水力絮凝方式中，豎流隔板絮凝池工程造價最高，折板絮凝池次之，網格絮凝池略低于折板絮凝池。故本次探討用網格絮凝池與水平軸攪拌絮凝池比較。

水平軸機械攪拌絮凝所需能量由外部電機輸入，絮凝效果不受處理水量變化的影響。水平軸攪拌絮凝池幾乎沒有水頭損失。故需要運行電費。

在設備檢修維護費用方面，網格絮凝池優于水平軸攪拌絮凝池，并且本工程地勢存在高差，網格絮凝池可以充分利用廠區地形，在絮凝效果方面，兩個方案都能達到設計要求。考慮運行費用和設備維修期間對正常供水的影響，本次設計推薦采用網格絮凝池是合理可行的，是節能的。

2)回收水處理工藝。

將凈化間V型濾池反沖洗排水統一收集至回收水池，經沉淀處理后清水直接回流至穩壓配水井，底部污泥提升至排泥水池。這樣不僅回收了凈水廠濾池反沖洗排水中的大部分水量，而且可以利用回流水中具有一定吸附能力的微絮體，不需要額外動力，本工藝是節能的。

3)排泥水處理工藝。

目前國內對凈水廠排泥水采取的主要處理工藝為：收集→濃縮→脫水→外運。

常用的重力濃縮池為輻流式濃縮池，但輻流式濃縮池固體負荷和水力負荷都較底，占地面積大，受本工程廠區占地面積的限制，難以采用。高效濃縮池處理效率高，單位面積產水量大，占地面積小，土建投資低，適用于本工程，所以本工程選擇高效濃縮池是合理可行的。

污泥脫水有機械脫水與自然干化兩種型式。由于自然干化受場地、環境等地理條件限制，所以脫水一般采用機械脫水進行處理，脫水后污泥外運至垃圾填埋場實現污泥最終處置。

目前常用的污泥機械脫水設備有帶式壓濾機、離心式脫水機和板框式壓濾機。離心式脫水機的污泥脫水效果介于帶式壓濾機和板框壓濾機二者之間(優于帶式壓濾機而低于板框壓濾機)，能夠連續運行，對濃縮后污泥含水率的要求較低，對絮凝劑的類型選擇性較寬，且為封閉式運行，工作衛生條件好。所以本工程污泥脫水設備推薦選用離心式脫水機。該機具有工藝過程簡單、操作控制方便、自動化程度高的特點；而且離心式脫水機消耗藥劑量較小，節能可行。

2.2 各城鎮加壓泵站工藝評估

泵站工藝主要為配水管線——二次消毒—加壓泵站—配水管網—用戶。選擇效率高的水泵、電機從而達到節能要求。

選擇合理的用能工藝和工序對能耗指標影響較大，水泵的選擇是根據水位、流量、水頭損失經計算確定。在水泵運行時，根據用水量合理開啟水泵臺數，滿足供水區不同時期的用水量，達到節能要求。加強在節能、節水和資源綜合利用方面的工作力度，把節能放在首位，減少資源消耗，促進經濟社會可持續發展。

工程中五座泵站均屬于高揚程、大流量泵站，根據這一特點選擇雙吸式離心泵可滿足這一要求。

2.3 通用設備能效評價

評價對象的基本參數見表1。

對通用(用能)設備能效評價以穆棱鎮加壓泵站計算為例。

1)計算穆棱鎮加壓水泵比轉速：

ns=3.65n×Q^1/2/H3/4=3.65×1480×(273/3600)^1/2/51.5^3/4≈77.38

表1 各加壓水泵的基本參數表

2)查取未修正效率η：

查《清水離心泵能效限定值及節能評價值》(GB19762-2007)，當設計流量為273m3/h時，未修正效率η=81.4%。

3)確定效率修正值△η：

查《清水離心泵能效限定值及節能評價值》(GB19762-2007)，當比轉速ns= 77.38時，△η=3.4%。

4)計算泵規定點效率值η0：

泵規定點效率值η0=未修正效率值η-效率修正值△η=81.4%-3.4%=78.0%。

5)計算能效限定值η1：

泵規能效限定值η1=泵規定點效率值η0-3%=75.0%。

6)計算節能評價值η3：

泵節能評價值η3=泵規定點效率值η0+2%=80%。

各加壓泵站水泵依據《清水離心泵能效限定值及節能評價值》(GB19762-2007)計算的水泵能效評定參數表見表2。

作為本工程的主要耗能設備，設計所選的5座加壓泵站中穆棱鎮加壓泵站、興源鎮加壓泵站、福祿鄉鎮加壓泵站的水泵能效指標均高于節能評價值，能效水平屬高效。下城子鎮加壓泵站及馬橋河鎮加壓泵站建議下階段選用能效高的泵型。主要用能設備見表3。

本工程在泵站提水環節合理選擇了水泵機型，提高機組運行效率；配套合適的電動機功率，選用高效能的電動機設備。提高泵站運行的自動化程度，實現精確控制，杜絕浪費。

本工程泵站是將電能轉換成水能，電能已計入能源消耗中，根據揚程、流量選擇合適的水泵機組，使水泵在設計揚程運行在高效區，在最大揚程、最小揚程水泵運行在高效區附近。使水泵機組綜合效率最高，水泵機組節約能量。水泵和電機均選用高效率設備，水泵運行在高效區，能量利用情況很好。

表2 各加壓泵站水泵能效評定參數表 %

表3 主要用能設備一覽表

3 節能措施探討

3.1 蓄水池配置

城市供水的特點之一是供水量的不均勻性，在一日之內供水壓力及供水量變幅較大，為了調節供水管網水量變化，保障水泵工作穩定性和連續性，穆棱鎮加壓泵站設蓄水池，建筑面積為53m×26.5m。下城子鎮加壓泵站設蓄水池，建筑面積為79.1m×51.3m。福祿鄉加壓泵站設一高位蓄水池。蓄水池的建設從節能角度看，能夠有效的保障加壓水泵工作的連續性，通過減少加壓水泵的開停次數，減少因水泵的開停次數增多而帶來的啟動能耗損失，而且有效的延長了相關設備的使用壽命。

3.2 變頻調速裝置

1)絮凝劑投加系統：絮凝劑(三氯化鐵)投加設備放置在污泥處理車間南側，包括混凝劑儲存罐(V=0.3m3)、兩臺加藥泵及配套設備。在西墻上，運藥罐車的注藥管穿門后與儲存罐的DN25進藥管連接。加藥泵2臺(一用一備)，采用蠕動泵(帶變頻調速)Q=0.8L/h，H=2bar，N=0.12kW。

2)凈水廠及各加壓泵站除含有10kV高壓開關柜、高壓無功補償柜、高壓軟起動柜外還含有高壓變頻裝置。

3)本工程凈水廠廠區建筑物采暖所用的鍋爐房選用1臺1.4 MW熱水鍋爐，型號DZL1.4-0.7/95/70-AII，熱媒參數為 95/70℃，供廠區各建筑物采暖，間歇運行。系統采用補水泵自動變頻調速穩壓裝置定壓，以保證系統安全運行。

變頻調速是解決供水量變化以及供水管網可靠運行的主要節能措施之一，最大限度的提高了項目能源的利用效率。當水泵采用變頻調節后能大幅度的降低能耗，采用變頻后的節能效果十分顯著。

4 結 語

節能減耗、污染減排是貫徹落實科學發展觀，建設資源節約型、環境友好型社會的迫切需要。水利工程規模大，節能潛力大，做好節能設計對于緩解我國能源狀況將起到舉足輕重的作用。本工程能源消費為電能、天然氣等。水泵機組綜合效率為75%-82%，能效水平在水泵機組中屬高效。項目用能為電能，本項目占系統容量較小，不會對電網產生影響。

[1]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省穆棱市奮斗水庫供水工程可行性研究報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2015.