变频技术在污水处理风机节能改造中的应用

李祥

（内蒙古包头市固阳县金山镇生活污水处理站，内蒙古 包头 014200）

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。

一、污水处理风机相关概念以及对其节能

在对污水进行处理的过程中，其要使用到搅拌风机、离心泵、风机以及螺杆泵等相关大型设备，其中风机使用电机功率最大，并且也是污水处理中最为必要的设备。在污水处理的好氧区中，其溶解氧浓度对处理结果有很大影响，若是溶解氧浓度比较高，其不但会对电力资源进行浪费，并且还会致使活性污泥上面的浮水无法符合标准。风机在工作时是依据在线溶解仪进行的，其能够对监测到的信号变化情况进行分析，进而对风机转速进行调节，在改变风量时把溶解氧浓度把控在规定范围中。部分系统中使用了工频运转，其使用主管路阀门开度对风量进行调节。在这种情况下电动机可以符合驱动要求，但多余力矩会产生有功功率的浪费，进而对电力资源形成了浪费。除此之外，溶解氧浓度调节存在很大落后性，其让整个工作的运行存在很大的不稳定性。这种情况下，对这种大型用电设备进行节能改造就十分的重要。而将变频器使用在其中，能够依据外界给予的信号对风机运转速度进行调节，进而符合污水处理工艺时需要的风量，在节省电力资源的同时也提升了污水处理率。

二、改造的意义案例分析

变频技术中最为关键的就是变频器，要使相关的设备达到对电能进行节省的目标，变频器就需要存在下面几个特点：一是调速范围很大，并且能够符合各种调速设备需要，其固定的频率范围在0到400H z。二是具备自动过流以及过压检测保护相关的功能，以此对设备以及变频器进行保障。三是自动节能的运行，其调节速度十分快，整个系统动态能力很好。四是控制能力非常强，可以符合各个不同的控制系统，经过端子能够和各个频率设定信号相连接，比如0到10 V以及4到20 m A等。综合污水处理工艺方面的各种要求，并且对其进行调查与研究，需要选择具有代表性的变频器以及在线检测溶解仪器。除此之外，还有空气开关以及交流基础器等等相关的设备。针对某污水处理厂，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。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。

风机上装设变频系统。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。

2.保留原工频系统与变频器互为备用。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.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任意控制风机的要求，设置了远程控制方式。

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。

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。

三、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。使用变频技术能够让功率相关的因数进行提升，这样能够减少功率因素补偿装置的使用，并且可以在很大的转速范围中保障其能够高功率运转。同时，还能够避免因为启动电流形成的绝缘老化和大电动力矩构成的冲击力，进而对电机寿命形成影响，以此可以减少电机维护工作量，节省了对设备的维修费用。

变频技术目前已经很成熟，在很多行业都有很好的应用，通过变频技术和工艺改进、其他节能技术手段的配合应用，使变频器不单单是一种单体节能设备，而是使其构成一种节能系统，通过该节能系统使节能改造项目的节能效果更明显。