浅谈离心水泵在污水处理厂节能应用方案

陈刚

摘 要：通过系统运行工况点与水泵高效区的匹配提出节能改造的方案，并计算了节能改造的效果，同时也总结了今后运行系统水泵节能的操作手法，力求在实际生产中贯彻节能降耗的技术，以达到降低污水处理成本、减少用电量的目标。

关键词：污水处理；工况点；节能；轴功率；

前言

在活性污泥处理系统中，污水处理厂能耗成本占污水处理厂运营成本的30%～80%。根据我国学者的研究结论，我国城市污水处理厂能耗主要用于污水、污泥的提升，生物处理的供氧，以及污泥处理这几个工艺过程，本文就离心水泵在污水提升方面的节能方案着重进行解析讨论。

正文

污水处理厂在运行工艺流程中，一般采用重力流的方法使污水通过各个构筑物和设备，但是由于厂区地形和地质的限制，必须在前处理处加提升泵站将污水提到某一高度后才能按重力流方法运行。污水提升泵站中离心水泵的作用就是将上游来的污水提升至后续处理单元所要求的高度，使其实现重力流。提升泵站一般由水泵、集水池和泵房组成。

离心水泵的节能运行是要求水泵运行的工况点尽可能处于水泵的最高效区域。水泵的特性曲线与管路特性曲线的相交点，就是水泵的工况点。水泵的工况取决于水泵的性能、管路的性能和进出水池的水位差三种因素，其中任一因素的变化，水泵的实际工况点都将随之改变。

笔者所在的企业，在2018年3月份细格栅技改后、厂区恢复运行时就发生了离心污水泵工况点偏离高效区运行的情况。技改前，开启一台水泵，流量Q大约是1100m3/h，正常开启两台水泵即可满足日处理5万吨的生产要求，但是技改后，开启一台水泵的流量Q仅有700m3/h左右，这样需开启3台水泵才能满足每天的生产要求。对于该情况，初始按工况点的运行要素检查分析原因：检查过水泵，发现水泵的进出口无明显堵塞、水泵的叶轮无明显的腐蚀损坏等；检查集水池，液位正常且管路无堵塞；后在检查出水时，发现水流过细格栅的流速与以前不一致。通过查阅新旧细格栅的技术资料得知，现场原先使用的细格栅是网板式阶梯格栅，过水孔隙为5mm，技改后细格栅变更为内进流式格栅，过水孔隙为3mm，格栅形式和过水孔隙的改变，引起水泵出口管路的压力变大，从而使水泵的运行扬程变高，最终导致水泵的运行工况点偏移、水泵运行流量偏小。

水泵长期偏小流量工况运行，是不利于水泵的维护的，危害主要体现在下列几个方面：

1、水泵效率明显降低，总体运行功率增大。离心泵在偏小流量工况点运行时，其运行效率會下降的很快，一般情况下，同一台泵流量越小，效率就越低。

2、泵振动变大，易造成泵的零部件损坏，从而影响泵的使用寿命，增加后期维护维修费用。

3、长期偏小流量运行会使水泵内液体温度升高，容易引起汽蚀、损坏叶轮。

通过联系水泵厂家，得知水泵运行在1100m3/h的流量时，扬程约10m，工况点的效率约为81%，水泵运行在700m3/h的流量时，扬程约13m，工况点的效率约为74%。

那么根据离心水泵轴功率计算公式：P=ρgQH/η（注：ρ为水的密度；g为重力加速度；Q为水泵运行流量；H为水泵运行扬程；η为水泵运行工况点的效率）可知：

技改前每台水泵的轴功率是36.97KW，两台水泵每天消耗总功率为1774.56KW；技改后每台水泵的轴功率是33.48KW，三台水泵每天消耗总功率为2410.56KW。技改后比技改前的功率消耗增加了35.84%。相对于只增加3米扬程的水泵来讲，水泵的能耗增幅还是很大的，那么有没有办法去降低这个能耗损耗呢？

根据水泵的水力模型特征和水泵的设备特征，笔者认为可以从两个方向去思考解决问题：

方案一：修正叶轮直径

根据水泵的性能曲线，水泵叶轮随着直径的增加，水泵运行工况的高效区会往大流量、高扬程的方向偏移。所以可以联系水泵厂家，根据水泵的参数咨询水泵厂家叶轮直径是否有增大的空间，如能在现有基础上继续增大叶轮直径，那么就能在花费很少的情况下改善水泵的运行工况点所在的效率区域、降低能耗；如果水泵叶轮直径没有增加的空间，那么只能选择第二种方案了。

方案二：更换匹配工况点处于曲线高效区的水泵

笔者就系统所需的新的工况点咨询水泵厂家，获得相应水泵的性能曲线，如下：

更换水泵要考虑到充分利用原有管路、电气控制等设备的情况，尽可能的降低改造的费用，所以这里笔者就工况点Q=1100m3/h、H=13m向厂家咨询了水泵并获得上述水泵型号，且从厂家技术部得知该泵在要求的工况点的实测效率值约为82.5%。由水泵轴功率计算公式P=ρgQH/η，可知若换上新水泵，单台水泵的轴功率为47.18KW，两台水泵一天消耗的总功率为2264.64KW，比原先三台偏工况运行的水泵每天可节约145.92KW的功率损耗。笔者所在厂区的电费平均为0.72元/kW·h，更换水泵后，每天可节约电费105.06元，一年365天全天候运行可节约电费为38346.9元，如此差不多一两年就能回收更换水泵的所有成本。且泵在最佳工况点运行，可比泵长期在偏工况运行少了很多的维护维修费用。

在日常生产运行的过程中，节能降耗的使用水泵主要有以下几个途径：

1、水泵水力模型和水泵厂家的选择

因为技术水平、制造能力的差异，不同厂家的水泵在Q-H曲线上的型谱分布、曲线的高效区域分布基本也不一致，制造出的水泵运行效果也有差异，所以我们要根据自己需要的工况参数，参考各个厂家的水泵型谱、对应水泵的实测数据，以及各个厂家水泵实际运行的可靠性，来综合选择最适合自己厂区系统的一款水泵。

2、水泵运行工况点匹配水泵性能曲线的高效区

一般来说，设计院在水泵的设计方案中，水泵的参数总会较实际运行工况点相应的留有一些余量，所以我们要一切以实际使用为基准，通过相应的调整手段，尽可能使水泵的工况点满足于该水泵的性能高效区内。

3、高能效等级电机的使用

根据统计，污水处理厂的电机运行所消耗的电力约占总电耗的90%，影响电机效率主要因素有供电电压、电机的尺寸、设计以及运行载荷等。一般高效电机的效率比普通电机高出8%左右，虽然高效电机的一次性投资比普通电机高10%～15%，但在电机投入运行后，该部分投资的回收期很短，一般几个月或者数年就可回收增加的成本。

4、变频控制的使用

变频技术是一种可以调节现有流量至实际需求的流量、并且还能维持水泵的工况点在高效区的节能手段，实际生产中根据需求调节变频，可以使耗电量大大地降低，体现显著的节能效果。

结语

污水处理厂的节能降耗是一项综合性工作，涉及工艺、设备等多个环节，是多学科的交叉和各种技术融合的结果。今后污水处理厂的节能方案应从设计、设备选型、实际运行检验等多个环节进行贯彻审核，以减少用电量，从而降低污水处理成本，且在实践中检验节能降耗的成果。

参考文献

[1]徐强.污水处理节能减排新技术、新工艺、新设备.北京：化学工业出版社，2009：12～15.

[2]沈晓南.污水处理厂运行和管理问答.北京：化学工业出版社，2012：42～43.

（作者单位：高邮市海潮污水处理厂）