變頻器在污水處理廠的應用及節能原理

呂冰

（甘肅省八冶建設集團有限公司第二安裝公司 甘肅省蘭州市蘭州新區 730300）

1 變頻控制在污水處理工藝中的應用

污水處理工藝按流程和處理程序可分為預處理、一級處理、二級處理、深度處理、污泥處理、最終污泥處置，以下就不同階段的變頻應用進行論述：

1.1 預處理工藝中的泵房抽升和沉砂處理

泵房中的污水提升泵是主要耗能設備，根據進水量的大小，變頻調速，避免水泵的頻繁起停，達到節能并延長水泵壽命的目的。

將為沉砂池曝氣的鼓風機設為變頻調速，根據進入池中的水量調整曝氣強度。旋流沉砂池的攪拌器為變頻調速。

1.2 二級處理工藝的曝氣池和二沉池

曝氣池的設備主要有鼓風機及表曝機等，鼓風機和表曝機均采用變頻調速，達到節能目的。有些曝氣池設有混和液回流泵，由于回流量的不確定性及連續性，采用變頻調速比較容易實現。

回流污泥泵把二沉池中沉淀下來的大部分活性污泥回流到曝氣池，采用變頻調速。

剩余污泥泵采用變頻調速，如果在濃縮脫水工藝前不設貯泥池，利用變頻調速調節剩余污泥量就顯得更加重要。

1.3 污泥處理及污泥處置的的濃縮、消化

離心濃縮的設備主要有加藥泵、污泥濃縮機等，均采用變頻調速。

污泥脫水的設備主要有加藥泵、進泥泵、污泥脫水機等，均采用變頻調速控制。

上面簡單介紹了水泵在污水處理廠的使用情況，幾乎每個環節都會對泵進行變頻調速，可見變頻調速的重要性。

2 變頻調速應用在水泵和風機上時的節能作用

2.1 基本概念

（1）H揚程：指的是單位質量的水經過水泵后獲得的能量，分析時一般把水被提升的高度視為揚程，單位是m。

（2）管阻：管道系統對水流的阻力。

（3）Q流量。

（4）揚程特性

管路在閥門開度為100%的情況下，全揚程H和流量之間的函數關系H=f（Q）叫揚程特性，隨著管路中流量的增大而全揚程變小。揚程特性是從用水流量的角度來講。

（5）管阻特性

在閥門開度一定的情況下，提供一定流量的水與所需揚程的函數關系H=f（Q）被稱為管阻特性，隨著供水流量的增大其所需的揚程也增大。這點是從供水流量的角度來講。

（6）水泵及管道組成的系統的供水功率P=c×Q×H，它與揚程和流量的乘積成正比。

（7）水泵及管道組成的系統的工作點

系統的工作點就是揚程特性曲線與管阻特性曲線的交點，這時系統處于供需平衡狀態，系統工作狀況穩定。

2.2 水泵管路系統的控制方法

一般的控制方法是水泵轉速不變，調節閥門開度改變管路阻力從而調節流量，也就是系統的揚程特性不變，通過改變系統的管阻特性，達到工藝或用戶的流量要求。

另一種方法就是閥門的開度不變，但水泵的轉速根據需求變化，這種方法的本質就是系統的管阻特性不變，而揚程特性發生變化。

2.3 變頻調速節能的基本原理

圖1中曲線1和2是管阻曲線，曲線3和4是揚程曲線。水泵開始運行在曲線1和曲線3交點A時，如果轉速不變，只關小閥門，則揚程曲線不變，管阻曲線由1變為曲線2。則工作點將會移到B點，供液功率P=C×Q2×H3，相當于Q2BH3O的面積；當閥門開度保持不變，降低水泵速度時，則管阻曲線1不變，而揚程曲線變為4，供液功率P=C×Q2×H1，相當于Q2CH1O的面積；可以看出二種調節方法都是把流量從Q1降到Q2，但調速方法比調閥門的方法少用功率CBH3H1，就是變頻調速節能的基本原理。

圖1 流量調節方法對比圖

2.4 從水泵的工作效率看節能

工作效率就是供液系統的供液功率和水泵軸上輸入功率的比值，水泵工作效率的計算公式近似為：η*=c1×Q*/n*-c2×（Q*/n*）2

C1和c2是常量，η*、Q*和n*分別表示效率的相對值、流量的相對值和轉速的相對值，相對值指實際值和額定值的比值。

由上式看出，水泵的工作效率只取決于流量和轉速的比值，因此水泵轉速一定時，其流量和效率的曲線圖大致如圖2。

圖2 流量和效率關系圖

曲線1表示n*=100%時流量和效率的關系，曲線2表示n*=60%時流量和效率的關系。從圖中可以看出，轉速不變時，流量從A點100%降到B點60%，其效率將從100%降到80%。但如果采用變頻調速，流量從100%降到60%時，轉速也相應地降低，流量和效率的關系將變為曲線2，因此效率仍然為100%。

2.5 從電動機的效率看節能

設計只是理論上的計算，而實際的施工和管阻特性無法準確掌握，所以設計時必須對用液需求留有一定的余度，因此即便是在用液流量最大時，電動機也不會滿負載運行，其效率和功率因數很低，極大地浪費能源。采用變頻調速后，當用液流量小時，通過變頻器自動降低電機轉速，這時變頻器的輸出電壓也會降低.從而提高了電動機的工作效率。

從以上三個方面來看，基本了解了變頻器的應用對污水處理廠節能的重要性。大型的污水處理廠，水泵和風機數量更多，更應該合理利用變頻調速。當然變頻器使用越多、投資將會越大，但節能的效果遠遠大于增加的投資。