变频技术在污水处理厂风机节能改造中的应用探讨

孔慧聪

摘 要：主要针对变频技术在污水处理厂风机节能改造中的应用展开了探讨，详细阐述了风机节能改造的必要性，并对节能改造的方案和效果作了系统的分析，以期能为有关方面提供有益的参考和借鉴。

关键词：变频技术；风机节能改造；变频器；工频系统

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.135

污水处理厂中的风机是生产中耗能最大的设备之一，在如今倡导节能降耗的社会背景下，风机的节能降耗就显得尤为重要。而随着变频技术应用范围的不断扩大，风机的节能改造也得到了进一步的发展。基于此，本文就变频技术在污水处理厂风机节能改造中的应用进行了探讨，相信对有关方面有一定帮助。

1 风机概述

污水处理厂有诸如搅拌风机、离心泵、风机、回流泵、螺杆泵等大型用电设备，其中，风机电机功率最大，且是污水处理的核心设备。风机在工艺运行中的作用如图1所示，该图能直观且比较迅速地反映出整个系统的运行状况。

污水处理的好氧区溶解氧浓度对处理结果有很大影响——溶解氧浓度太高，不仅浪费电能，还会导致活性污泥上浮出水不达标；溶解氧浓度太低，污水就会不达标。

风机在运行过程中根据在线溶解氧仪分析监测到的信号变化，发出改变风机电动机工作频率的4～20 mA信号，从而调整风机转速，改变风量的大小，这样就可以将溶解氧浓度控制在一定区间。

2 风机节能改造的必要性

原系统采用工频运行，利用主管路的阀门开度调节风量。虽然这样电动机往往可达到驱动要求，但多余的力矩增加了有功功率的损耗，造成电能的浪费，同时，对其中的溶解氧浓度调节存在很大的滞后性，在整个工艺的运行中产生了不稳定因素。针对工艺现状，在污水处理厂的配合下，对其大型用电设备进行节能改造，尤其是风机。风机型号为Y315M-2，控制方式为2台132 kW的风机共用1台变频器控制。变频器根据外部给定的信号自动调节风机转速，满足了生产工艺所需的风量，从而提高了污水处理率。

3 风机变频系统的改造方案

结合工艺要求进行多方调研，最后选择ACS800变频器和00M223在线检测溶解氧仪，另外还有空气开关、交流接触器等设备。

3.1 风机上装设变频系统

变频控制电气原理图如图2所示。

本变频控制系统采用闭环控制方式。通过智能在线溶解氧仪把数据采集至变频器，再通过变频器的A/D转换模块将模拟量转换为数字量，同时变频器的A/D将溶解氧浓度指标转换成数字量，两个数据同时经过PID控制模块进行比较，PID根据变频器的参数设置处理数据，并将数据处理的结果以运行频率的方式控制风机的转速，从而调节风机的风量。这样可以及时、精确地控制溶解氧浓度这一指标。变频器PID设置流程图如图3所示。

在图3中，KM1、KM2分别控制2台风机的变频运行，KM3、KM4分别控制2台风机的工频运行，QF1、QF2和QF3分别为2台风机和变频器电路的空气开关，FU1、FU2分别为主电路和变频器的熔断器，FR1、FR2分别为主电路和变频器的热继电器和ACS800变频器。

3.2 保留原工频系统与变频器互为备用

原工频系统主电路如图4所示，控制电路由PLC程序实现。

考虑到当进水量增大以及该污水处理厂二期工程的建设会出现1台变频风机效率不够的情况，因此需要变频风机本身以工频形式或其他风机以变频形式参与供风，所以保留原工频系统，且与变频器互为备用。

3.3 设置本地控制和远程控制

根据现场要求，为了满足操作人员在中控室里任意控制风机的要求，设置了远程控制方式。

3.4 设置远程控制和故障报警

根据生产工艺的方便性和安全性设置远程控制和故障报警功能。

3.5 变频器的特点

变频器的特点主要有：①调速范围宽，调速范围适应各种调速设备要求，频率范围为0～400 Hz；②自动过流、过压检测保护，最大限度地保护设备和变频器；③自动节能运行，调速速度快，系统的动态性能好；④控制能力强，能满足不同的控制系统，通过端子可与各种频率设定信号连接，例如0～10 V、4～20 mA等。

4 变频器节能效果分析

ACS-800变频器正常工作时频率为40 Hz，对变频器改造前、后对应的数据进行了统计，部分数据分析计算如下：改造前电动机平均功耗132 kW，改造后平均功耗95 kW，通过变频器改造后，功率下降达到37 kW。按照年运行360 d计算，年节电量为37×24×360=319 680 kW·h，按0.45元/kW·h计算，则每年节能效益为319 680×0.45=143 856元。自改造投入运行以来，变频器运行稳定、可靠，节能效果明显。

5 结束语

综上所述，风机是污水处理厂生产中耗能最大的设备之一，因此，对其的节能改造势在必行。而将变频技术应用到风机的节能改造中不仅可以提高风机系统的可靠性，还能有效降低设备的运营成本。

参考文献

[1]顾凯.利用变频调节技术降低城市污水处理厂风机水泵类设备的能耗[J].资源节约与环保，2014（01）.

[2]钱清.试论高压变频技术在风机节能中的应用[J].价值工程，2015（12）.

〔编辑：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