三分鐘教會你如何設計一個節能的泵站?
2016-11-17 14:26 分類:國內資訊 來源:環保水圈
水泵是消耗電能較多的一種設備,在設計泵站時,由于對泵性能缺乏全面的認識,往往片面強調保險,以最大工況加算較多的余量還考慮到遠期發展需要,選泵時又寧大毋小,導致了水泵的性能大大超過裝置實際需求,水泵經常處于低效區運行或采用閥門節流,造成電能的巨大浪費。
污水處理廠提升泵房的電耗一般占到全廠電耗的20%左右,是污水處理廠的節能重點。對于污水提升泵的節能,首先應充分應用節能設計。其次,對于己建好的污水廠,仍能通過更換部分設備或加強管理進行節能。
進行節能設計,合理確定水泵揚程
國內進行污水廠高程設計時,水頭損失都采取估算方法,而且普遍偏高,導致提升泵設計揚程偏高,一般提升泵之后的高位配水池水位要高于系統末端接觸消毒池進水口4~8m,而發達國家一般污水廠總水位差僅2.0m左右。可見我們估算的過于保守,因此最好結合地形通過詳細的水力學計算來確定污水處理系統總水位差,從而合理確定水泵揚程。
根據水泵的有效Nu=γQH,可知當γ、Q一定時,Nu 與γ呈正比。因此降低水泵揚程節能效果將非常顯著。例如:某AA/O的工藝污水廠和某污水處理廠同是傳統活性污泥法(鼓風曝氣),工藝流程都采用曝氣沉砂池—初沉池—曝氣池—二沉池—排水,而總水位差(從污水提升泵出水水面至污水廠出水口水面的高度 ),調查的AA/O工藝污水廠為5.92m,某污水廠卻為4.50m,兩者相差1.42m,AA/O工藝污水廠要多提升1.42m,通過計算每年要多耗電近100萬kW·h。
降低水泵揚程可采取以下措施:
1)設計高程時,盡量做到一次提升,避免多次提升污水。盡量利用重力流、自流經過處理構筑物,避免由于多次重復提升帶來的能量消耗。
2)設計構筑物的進、出水口形式和管道之間的連接方式時,要合理選用設備的型式,減少處理流程的水頭損失。各構筑物和管線的布置應緊湊、簡潔,避免不必要的拐彎和長距離輸送,這既可以減少水頭損失,又可以降低污水一級提升泵的揚程,這將大大降低電能消耗。反之,如果設計時考慮不周或布置失誤,能耗、運行費用都可能會很大。
3)改固定堰為可調堰,非淹沒堰為淹沒堰,落差可由35~40cm減少到10cm。
4)充分考慮構筑物的特征和構筑物之間的相互關系,合理集中布置某些構筑物,如污泥濃縮池與調節池或初沉池集中。
5)當實際條件許可時,可把某些處理單元合建。如中和反應池與沉淀池,反應池與氣浮池或濾池,調節池與濃縮池,格柵與沉砂池等,以降低土建工程量。一些發達國家總水位差比較小。如日本關鍵就在于初沉池、曝氣池、二沉池都采用方形平流式,三池合建,首尾相連,水流通暢,最大限度地減小了水頭損失。
6)在平面設計時,充分考慮構筑物的特征和構筑物之間的相互關系,合理集中布置某些構筑物,如把污泥濃縮池與調節池或初沉池集中,堅決反對一味追求寬松、美觀大方等不切實際的做法,節省土地資源,減少水力輸送環節,降低能耗。
更換部分設備或加強管理進行節能
上面的AA/O工藝污水廠實際運行的只有3臺水泵,僅,1臺軟啟動泵,只能對幾種水量進行提升;氧化溝工藝污水廠運行的3臺MNC離心泵全是定速泵,對水量調節能力較差;兩個提升泵房都不能實現水量的連續調節,滿足不了工藝的要求,對生化處理效果產生一定的影響。而且由于兩個污水廠建廠較早,運行時間較長,現在還有部分老式水泵,這些效率低、高能耗的設備也會增加污水廠的能耗量。
可從以下幾方面著手對水泵節能改造:
1)變頻調速技術的應用
城市污水處理廠的提升泵站一般為24小時運行,而由于每天的不同時段進水量不同,因此污水提升機組大部分時間都不在高效區運行。采用變頻調速設備可使水泵平均轉速比工頻轉速降低左右,累計節能效率可達一。變頻調速設備與采用閥門、檔板調節流量相比,節能效率可達一。
變頻調速技術還可提高水泵的運行質量。消除設備負荷不均衡產生的“水錘現象”,減小對電網的沖擊。當運行水泵發生故障時,變頻器將自動切斷供電電路,進入保護狀態并輸出報警信號,將進行檢測,而后啟動備用泵。
2)實際污水廠設計水泵機組應盡量采用同一泵型、同一型號,以利于維修管理,同時選擇不同流量大小的水泵搭配。
3)水泵在運行管理過程中應減少頻繁啟動進水泵,根據實際情況而定。
a.合理更換水泵。調節池的進水泵數量一般在2臺以上。當其中一臺水泵連續工作24h以上時,水泵葉輪會磨損,或由于污水中雜物較多,如毛線、塑料袋等雜物會纏繞葉輪,水泵瞬時流量減少,導致污水處理量降低。所以當流量計顯示水泵瞬時流量明顯減少時,應啟動另一臺水泵工作,保證處理水量。
b.合理啟動水泵。大多數城市污水處理廠因配套市政管網未完善或冬天污水量減少而不能滿負荷運行,調節池的水位不高。當調節池的水位升到最高時,水泵的瞬時流量較大;當調節池的水位較低時,水泵的瞬時流量較小。因此為了節省電能消耗,應在調節池水位最高時啟動水泵。
c.利用峰谷電價進行間斷污水處理。當污水處理量減少時,而晚上的電價較便宜,可累積污水,等到晚上進行處理。當污水處理量充足時則不宜采用。
污水處理廠提升泵房的電耗一般占到全廠電耗的20%左右,是污水處理廠的節能重點。對于污水提升泵的節能,首先應充分應用節能設計。其次,對于己建好的污水廠,仍能通過更換部分設備或加強管理進行節能。
進行節能設計,合理確定水泵揚程
國內進行污水廠高程設計時,水頭損失都采取估算方法,而且普遍偏高,導致提升泵設計揚程偏高,一般提升泵之后的高位配水池水位要高于系統末端接觸消毒池進水口4~8m,而發達國家一般污水廠總水位差僅2.0m左右。可見我們估算的過于保守,因此最好結合地形通過詳細的水力學計算來確定污水處理系統總水位差,從而合理確定水泵揚程。
根據水泵的有效Nu=γQH,可知當γ、Q一定時,Nu 與γ呈正比。因此降低水泵揚程節能效果將非常顯著。例如:某AA/O的工藝污水廠和某污水處理廠同是傳統活性污泥法(鼓風曝氣),工藝流程都采用曝氣沉砂池—初沉池—曝氣池—二沉池—排水,而總水位差(從污水提升泵出水水面至污水廠出水口水面的高度 ),調查的AA/O工藝污水廠為5.92m,某污水廠卻為4.50m,兩者相差1.42m,AA/O工藝污水廠要多提升1.42m,通過計算每年要多耗電近100萬kW·h。
降低水泵揚程可采取以下措施:
1)設計高程時,盡量做到一次提升,避免多次提升污水。盡量利用重力流、自流經過處理構筑物,避免由于多次重復提升帶來的能量消耗。
2)設計構筑物的進、出水口形式和管道之間的連接方式時,要合理選用設備的型式,減少處理流程的水頭損失。各構筑物和管線的布置應緊湊、簡潔,避免不必要的拐彎和長距離輸送,這既可以減少水頭損失,又可以降低污水一級提升泵的揚程,這將大大降低電能消耗。反之,如果設計時考慮不周或布置失誤,能耗、運行費用都可能會很大。
3)改固定堰為可調堰,非淹沒堰為淹沒堰,落差可由35~40cm減少到10cm。
4)充分考慮構筑物的特征和構筑物之間的相互關系,合理集中布置某些構筑物,如污泥濃縮池與調節池或初沉池集中。
5)當實際條件許可時,可把某些處理單元合建。如中和反應池與沉淀池,反應池與氣浮池或濾池,調節池與濃縮池,格柵與沉砂池等,以降低土建工程量。一些發達國家總水位差比較小。如日本關鍵就在于初沉池、曝氣池、二沉池都采用方形平流式,三池合建,首尾相連,水流通暢,最大限度地減小了水頭損失。
6)在平面設計時,充分考慮構筑物的特征和構筑物之間的相互關系,合理集中布置某些構筑物,如把污泥濃縮池與調節池或初沉池集中,堅決反對一味追求寬松、美觀大方等不切實際的做法,節省土地資源,減少水力輸送環節,降低能耗。
更換部分設備或加強管理進行節能
上面的AA/O工藝污水廠實際運行的只有3臺水泵,僅,1臺軟啟動泵,只能對幾種水量進行提升;氧化溝工藝污水廠運行的3臺MNC離心泵全是定速泵,對水量調節能力較差;兩個提升泵房都不能實現水量的連續調節,滿足不了工藝的要求,對生化處理效果產生一定的影響。而且由于兩個污水廠建廠較早,運行時間較長,現在還有部分老式水泵,這些效率低、高能耗的設備也會增加污水廠的能耗量。
可從以下幾方面著手對水泵節能改造:
1)變頻調速技術的應用
城市污水處理廠的提升泵站一般為24小時運行,而由于每天的不同時段進水量不同,因此污水提升機組大部分時間都不在高效區運行。采用變頻調速設備可使水泵平均轉速比工頻轉速降低左右,累計節能效率可達一。變頻調速設備與采用閥門、檔板調節流量相比,節能效率可達一。
變頻調速技術還可提高水泵的運行質量。消除設備負荷不均衡產生的“水錘現象”,減小對電網的沖擊。當運行水泵發生故障時,變頻器將自動切斷供電電路,進入保護狀態并輸出報警信號,將進行檢測,而后啟動備用泵。
2)實際污水廠設計水泵機組應盡量采用同一泵型、同一型號,以利于維修管理,同時選擇不同流量大小的水泵搭配。
3)水泵在運行管理過程中應減少頻繁啟動進水泵,根據實際情況而定。
a.合理更換水泵。調節池的進水泵數量一般在2臺以上。當其中一臺水泵連續工作24h以上時,水泵葉輪會磨損,或由于污水中雜物較多,如毛線、塑料袋等雜物會纏繞葉輪,水泵瞬時流量減少,導致污水處理量降低。所以當流量計顯示水泵瞬時流量明顯減少時,應啟動另一臺水泵工作,保證處理水量。
b.合理啟動水泵。大多數城市污水處理廠因配套市政管網未完善或冬天污水量減少而不能滿負荷運行,調節池的水位不高。當調節池的水位升到最高時,水泵的瞬時流量較大;當調節池的水位較低時,水泵的瞬時流量較小。因此為了節省電能消耗,應在調節池水位最高時啟動水泵。
c.利用峰谷電價進行間斷污水處理。當污水處理量減少時,而晚上的電價較便宜,可累積污水,等到晚上進行處理。當污水處理量充足時則不宜采用。

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