1、1污水处理厂电气节能措施探析【摘要】：随着经济的发展，我国在污水处理方面的量在不断的增加，由此产生的能耗也在不断增加。因此在污水处理厂设计和建设过程中，一定要充分考虑污水处理的节能措施，促进能源的节约和有效利用。本文介绍污水厂能耗组成，着重阐述污水厂电气节能措施。 【关键字】：污水处理 电气节能 措施 中图分类号：TU992.3文献标识码： A 文章编号： 目前国家已经非常重视节约能源，这就对污水处理厂能源消耗提出了很高的要求。在保障污水处理量和尾水达标排放的前提下，合理的选择设备，优化运行管理方案，采取有效的节能措施，才能节约能源的使用，并有效降低投资成本及处理成本。本文以重庆某生活污水厂为
2、例，通过对该污水处理厂能耗构成的分析，着重对能耗构成中电气节能措施进行分析和探讨。 1 污水处理厂能耗构成分析 污水处理厂由于需要提升污水并需生化处理污水，需要大量的工艺用电设备（如提升泵及鼓风机等） ，为之需配套大量的供电及配电设备，并需设置较大的车间及水池池体。因此，污水处理厂在运行过程中会产生较大的设备电能消耗及电气设备自身损耗，所以必须采取有效的节能措施。措施主要分为工艺节能、建筑节能和电气节能三部分。 1.1 工艺节能 2本项目运行中主要能耗是工艺设备用电、药剂、电气设备损耗等。而主要耗能设备是污水提升泵、污泥提升泵和鼓风机设备、送水泵等，用电量约占 65%。污水处理厂污水提升泵、污
3、泥提升泵采用高效率的潜水式污水泵。在确定水泵型号时力求水泵的实际运行工况点位于水泵特性曲线的高效段，并且进水泵及回流污泥泵装有变频调速及软启装置，可根据水量情况由 PLC 自动控制以达到节能目的。曝气池采用低速潜水推进器，其池形和推进器布置合理，使其单位体积输入功率最低。此外微孔曝气器选用微孔橡胶膜管式曝气器，提高了供氧量能力及转移效率。鼓风机选用高速离心风机效率高，采用变频控制供气，根据生化池溶解氧 DO 值，控制风机转数，风量调节范围为 50%100%，降低能耗，节约电能。污水处理厂部分出水进行深度处理后充分回用于厂区绿化、道路浇洒、冲洗水等，减少新鲜水用量，此外还可用作脱水机滤带冲洗水。
4、 此外本工程工艺流程尽量减少转折和迂回，降低污水、污泥提升扬程，节省电耗。并尽量采用渠道配水，使水头损失降低到最低限度，以节约能源。 1.2 建筑节能 屋面采用膨胀珍珠岩作保温、隔热处理。单层建筑外墙采用 240mm厚灰砂砖，外贴聚苯板做保温。建筑门、窗采用铝合金节能材质。 1.3 电气节能 除上述工艺节能措施以及建筑节能措施外，电气系统的节能措施同样至关重要。主要包含供配电系统节能、电气线路节能、电气设备节能、控制系统节能、照明系统节能等措施。下文着重分析探讨各项电气节能3措施。 2 污水处理厂电气节能措施分析 2.1 供配电系统的节能措施 2.1.1 变配电间的合理布置 由于本项目主要用电
5、设备是鼓风机，额定功率为 132KW，故在贴邻鼓风机房侧设置变配电间，满足变配电间应尽量布置在负荷中心的要求。本变配电间又在厂区中心位置，这样可减少配电半径、降低供电电缆的初始投资及线路损耗，而且对供电的稳定性、安全性也有提升作用。 2.1.2 供配电级数应减少 本污水处理厂总用电负荷为 1400kW，供电电源电压采用 10kV，用电设备为 0.4kV，考虑尽量减少配电级数，减少电源配电环节的损耗采用 10 kV 直变 0.4 kV 的变压器，有效降低由于配电级数过多造成的电能损失。 2.1.3 合理选择变压器容量及台数 合理选择变压器容量及台数，可以使其运行在最佳经济负载率附近，并且可以根据
6、用电性质合理调整变压器的运行台数，减少变压器轻载导致的电能浪费。根据变压器的有功功率损耗特性曲线可知，其最低损耗率一般发生在电力变压器负载率为 0.60.7 之间。负载率太高或太低都会使变压器有功损耗增加，因此考虑变压器的合理运行，一般根据污水厂负荷变化特性，使变压器负载率控制在 0.50.7 之间为宜。 根据上述原则，本项目采用 2 台 800KVA 变压器，2 台变压器同时使用，使负载率为 63%，达到了低损耗运行范围。同时由于本工程属于二级4负荷，两台变压器又同时互为热备，事故保障率可达 80%，在单台变压器事故状态下另一台变压器能保证全厂 80%的负荷运行。按此设置也降低了设置冷备变压
7、器的前期投资。 2.1.4 优化供电系统的无功补偿 对于污水处理厂来说，一般仅设置一座变配电间，厂区供电由敌他配电室内低压配电柜来实现，一般采用低压配电柜集中补偿，在低压配电系统内设置无功补偿装置进行集中补偿。根据污水处理厂实际的负荷状况进行无功量的自动调整，增加电网中有功功率的输送比例，降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，同时降低变压器额定容量。本工程要求污水厂设置无功补偿装置后使功率因素达到 0.9 以上。 另外由于污水厂非线性负载（如需变频控制的水泵、风机）等较多，变频器产生的谐波电流对供电质量及供电外网都有一定损害，使变配电和用电设备效率降低，加速电缆绝缘老化而使其容易被击穿
8、。本工程在补偿柜内设置削峰扼流器及消谐阻抗器，能有效降低谐波对系统的危害，减少自身电能损耗。 2.2 电气线路的节能措施 2.2.1 合理分配电气的负荷 在电气负荷方面的分配上，要尽可能的使三相负荷能够平衡，尤其是对于照明负荷供电、路灯负荷供电等供电设备的回路上，应该要考虑其平衡以及合理性，这样可以很好的规避由于单相负荷太大所造成的线路损耗。本工程建筑物内照明配电箱内配电回路单路按 L1、L2、L3 顺序依次分配三相负荷，并使各单相的容量总和接近相等。路灯配电箱内配5电回路单路按三相负荷分配，路灯电缆为三相五线制，路灯按相序L1、L2、L3 分别接线，达到三相负荷平衡。 2.2.2 正确对电缆
9、以及导线截面进行选择 在进行电缆的选择时，要根据导线及电缆的经济电流截面进行。在进行导线以及电缆的选择时，还要考虑工作电流以及短路电流，根据电缆的投资以及使用寿命进行合理经济的选择。线路阻抗以及电流是配电线路出现电能损耗的重要原因，根据公式 P 损耗= I2R 可知，线路损耗与线路的阻抗成正比、与电流的平方成正比，再由公式 R = L/S 截面可知，线路的阻抗与导线的导电率和长度成正比，与导线的截面积成反比。所以，在进行配电线的选择时，要尽量选择具有高导电率的导体，同时还要适当增大导线以及电缆的截面，这样方可降低线路的电能损耗。本工程所有电力电缆及控制电缆均选用铜芯电缆，选用原则：电缆载流量=
10、断路器额定电流值=设备额定运行电流值。同时考虑线路电压降，保证压降控制在 5%以内。 2.2.3 缩短线路的长度 线路应该尽可能的走直线，将导线以及电缆的长度降低。进行电路设计时 ，应当合理设置电缆走向，将污水处理厂的变配电房安放在鼓风机房附近，而将回流污泥泵房等负荷集中、距离较远的负荷点处设置分配电房，以实现对电能的二次分配。这样就可以有效的降低电能损耗，同时还可以很好的提高用电的可靠性以及安全性。 2.3 电气设备的节能措施 2.3.1 选择和使用节能型变压器 6型号不同的变压器，因为其材料以及工艺原理等不同，在进行电能传递时的效率就不同。在进行变压器的使用和选择时，应该尽可能的使用节能型
11、变压器。根据不同变压器节能和价格差的回收年限计算，绝大部分低损耗节能型变压器资金( 比普通变压器投资高出部分) 的回收年限为 25 年，因此应优先选用高效、低损耗、节能型变压器。本工程选用 SCB10 真空浇铸干式变压器，该产品具有过载性能强、绝缘性能好等特点。同时总损耗比同容量油浸变压器少 20%30%，具有节约能源的特点。2.3.2 选择和使用高效能电动机 在配合工艺专业进行电动机的选择和使用时，应该尽可能的采用高效能的电动机。由于污水处理厂对于电动机的能耗具有特别的要求，因此在进行电动机的选择时一定要注重节能型和高效性两方面因素。对于污水厂来说，节能型高效电动机尤为重要，尤其是一些大容量
12、潜水设备，在设备选择时一定要剔除不合格产品，电机达不到节能要求的必须禁用。在本项目上要求电动机效率必须大于 90%，尽量减小电机功率，减少电动机的自身损耗和电能消耗。 2.4 控制系统的节能措施 2.4.1 正确的对变频调速节能设备进行选择 在污水处理厂中，风机、水泵等设备的负荷数量及容量均比较高，在进行设备的选择时，通常是按照污水处理厂的最大需量来进行选择。但实际上，这些设备正常运转时的负载比设计的时候要小很多，势必造成能源的利用率偏低，造成能源的浪费。因此，一定要选择合理的变频7调速机。污水处理厂的电机一直处在高速运转中，电机的磨损较为厉害，相应的电机的维护成本就较高。根据流体学相似定律可
13、以知道，水的流量同转速是正比关系，因为功率同转速的三次方是成比例的，同时，因水泵是采用调速控制的，当流量减少的时候，转速所需要的功率就近似的按照流量的三次方进行下降。通过使用较为新型的节能设备，通过计算机进行控制，对设备的负荷状态进行实时的跟踪，并在此过程中对风机的风量以及水泵的流量进行调节，不仅能够节约电耗，控制效果还比较明显。本工程变频器选用针对水泵和风机的西门子 MM430 系列，该产品采用最新 IGBT 技术、具有数字微处理器控制、线性 v/f 特性及平方v/f 特性等特点，完全满足使用要求。 2.4.2 加强对控制系统的选择力度 由于污水处理厂的设备较多，同时污水处理的工艺比较复杂，
14、所以选择设置智能化的精确控制系统。本工程采用先进的中型 PLC 控制系统，根据厂区构筑物及设备分布，设置 3 套 PLC 分站，分别对分站控制范围内仪表及设备进行信号采集及智能化控制。同时在中控室设置一套 SCADA系统，作为人机界面，工人能直观的了解污水厂设备及工艺运行情况。该系统可以对相关的参数进行调节，结合上位机内设置的专家系统，保证污水处理厂的供电设备的开停以及运行的时间更加的合理，同时还能够最大限度的实现节能。如本工程进水泵池一期设四台潜水泵三用一备，一台水泵带有变频调节装置，泵池设液位计一台。泵的运行采用水位控制,即将泵池的液位控制在给定值要求范围内。PLC 根据泵池水位通过变频自
15、动进行调节控制水泵运转台数，根据每台水泵的运行时间，自动轮8转同级别水泵使运行时间相等。尽量保持泵池高水位运行，这样可降低泵的工作扬程，在保证抽升量的前提下，降低电耗，实现节能。水泵的开停次数不可过于频繁，保证每台水泵的投运次数及运行时间基本均等，降低设备损耗。 2.5 照明系统的节能措施 2.5.1 最大限度的使用高效的光源 由于污水处理厂的大型车间及大型池体比较多，应当尽可能的采用金属卤化物灯或大功率细管径荧光灯等高效节能型光源。对于污水处理厂的办公室、值班室、控制室这些场所使用三基色细管径荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率金属卤化物灯等，不采用白炽灯。在满足照度的前提下，尽可能采用高光通量产品
16、，降低单位面积功率值，这样有利于电气的节能降耗。 2.5.2 对节能型光源的用电附件进行正确的选择 气体放电灯镇流器质量参差不齐，应淘汰普通电感型镇流器，使用低损耗的镇流器，如电子镇流器及低损耗电感镇流器等。电子镇流器的PFC 电路提高了线路的功率因数，减少线路电流，再者电子镇流器没有电感镇流器的涡流损耗，可减小线路损失，提高供电质量。选用的气体放电灯应在灯具内设就地补偿电容，可提高功率因数，降低额定电流，从而降低线路损耗。 2.5.3 对灯具的控制方式进行调整 污水处理厂的办公室、值班室内的灯具一般采用一灯一控的方式，对于污水处理厂的大型车间一般采用多区域的控制，不仅实现了电气节9能，同时还
17、能够很好的满足照明的需要。对于污水处理厂的公共通道可以采用声控开关，对于污水处理厂的道路照明选择光控和根据季节设置时间控制相结合的方式，避免一些人工误操作，尽量减少道路灯具开启时间，有利于电气节能。 3 结束语 本文通过理论结合实际案例，对污水处理厂进行全面能耗分析，采取有效的电气节能措施，降低生产过程中的电能消耗，节约能源，满足国家对污水厂提出的节能建设要求，并使污水处理厂整体经济效益有所提高。 参考文献： 1马超，陈向明.浅谈城市污水处理厂中的节能技术A.全国给水排水技术信息网.2010 年全国给水排水技术信息网年会论文集C:2010. 2罗远程.污水处理厂氨氮减排与节能和自动化仪表的应用A.中国土木工程学会水工业分会排水委员会.全国排水委员会 2012 年年会论文集C:2012. 3牛住元，张雅君，王文海.污水处理厂污水提升节能措施研究J.给水排水,2009(5). 4李海英,张贵杰,孙贵石.降低中小型污水处理厂能耗的有效途径J.节能, 2007(3). 5中国市政工程中南设计研究院.给水排水设计手册（第 8 册）Z.北京：中国建筑工业出版社，2002. 10作者简介：陶勇（1979-） ，工程师，从事工业自动化及电气技术工作。
