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能效管理平臺在污水處理廠電氣節(jié)能中的應(yīng)用

 更新日期:2022-12-08 點擊量:443

摘要:污水處理屬于高能耗行業(yè),會消耗大量的電能、燃料和藥劑等,高能耗不僅會提升污水處理成本,還會加劇能源危機。所以,本文首先探究了污水處理廠耗能的原因,分析了污水處理與節(jié)能降耗的關(guān)系,然后結(jié)合我國污水處理現(xiàn)狀,討論污水處理與節(jié)能的相關(guān)問題,并提出相應(yīng)的解決辦法,以期降低污水處理的能源消耗,盡可能消除制約經(jīng)濟發(fā)展的不利因素。

關(guān)鍵詞:污水處理;節(jié)能降耗;高耗能
 
0 前言 
??污水處理會消耗大量能源,急需開展節(jié)能降耗。污水處理廠的能耗分為兩種,一是直接能耗,二是間接能耗。能量消耗是污水處理過程中的正常情況,是機器運轉(zhuǎn)的必然結(jié)果。消耗能量的方面有很多,直接消耗和間接消耗也不一樣。直接耗能通常有機械曝氣或風(fēng)鼓曝氣、污水提升泵、回流污泥泵、污泥脫水、攪拌推流等。間接耗能主要包括外加碳源、石灰、活性炭、絮凝劑等物料所消耗的能量。從整體上來看,我國污水處理中能耗較多的是污水的提水能耗、污水生物處理能耗和污泥處理能耗,三者占了大部分的能耗。其中一半以上是污水生物處理的能耗,其次是污泥處理的能耗,后是污水的提水能耗。所以,節(jié)能降耗是非常必要的。就目前而言,為了使污水處理更有效,人們從水耗、物耗、能耗三個方面來實施節(jié)能降耗。
1 城市污水處理廠節(jié)能降耗的途徑
??污水處理需要消耗大量能源,尤其是污水提升、污水和污泥處理。同時,很多污水處理設(shè)備會消耗大量能源,包括用于抽取的提升泵、風(fēng)力供應(yīng)的鼓風(fēng)機以及回流泵。在處理污水時,人們需要輔助使用一些化學(xué)藥品,用來除磷和污水消毒,以保障水資源的重復(fù)使用。綜上來看,節(jié)能減耗主要應(yīng)當(dāng)致力于優(yōu)化設(shè)備和改良藥劑兩方面。
1.1 污水提升
??提升泵是污水提升的主要設(shè)備,提升泵的質(zhì)量關(guān)系到污水提升的效果,提升泵相關(guān)技術(shù)有很大的發(fā)展空間,因此在節(jié)能減耗方面也有提升潛力。通過實地調(diào)查和查閱文獻(xiàn),筆者發(fā)現(xiàn),污水處理大部分能耗都來源于提升泵,如果精細(xì)計算提升泵的其他能耗,能源消耗將會大幅增加。目前,提升泵節(jié)能減耗的關(guān)鍵在于控制好出水高度,首先要控制連接管道長度,加強其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、緊密性,將能耗降到較低。其次,還要注意提高提升泵的運行效率,從設(shè)施上加以改進(jìn),實現(xiàn)節(jié)能減耗。
1.2 污水預(yù)處理
??污水預(yù)處理是指污水進(jìn)入正式處理前對污水進(jìn)行簡單處理。污水預(yù)處理的主要設(shè)備有格柵和沉砂池。兩者作用不同,隔柵類似于柵欄,可以對污水中體積較大的物體進(jìn)行隔離,以防止堵塞污水處理設(shè)備,導(dǎo)致其難以正常工作。隔柵在節(jié)能減耗環(huán)節(jié)中可操作性、可提升性都不算太高,但是它的意義重大,隔柵是否能正常工作對后續(xù)節(jié)能減耗環(huán)節(jié)能否完成具有較大影響。沉砂池的作用是過濾污水中的泥沙和其他較為細(xì)小的顆粒物,它保障了后續(xù)設(shè)備污水處理的效果不同情況下所需要的沉砂池類型也不同,比較常見的有平流式、曝氣式。人們需要根據(jù)具體情況來選擇,有效過濾污水中的泥沙,使得后續(xù)環(huán)節(jié)有條不紊地進(jìn)行。平流式沉砂池設(shè)備耗能較低,節(jié)能降耗效果明顯。
1.3 污水處理
??污水處理是污水處理廠的主要工藝環(huán)節(jié),主要分為兩個部分,即好氧處理和厭氧處理。好氧污水處理需要利用曝氣系統(tǒng),曝氣系統(tǒng)可以適當(dāng)優(yōu)化以實現(xiàn)節(jié)能減耗。首先,設(shè)備選取和流程設(shè)計更加準(zhǔn)確,選擇材料更加細(xì)致,減少材料損失。其次,微氣泡空氣控制器材可以對污水處理產(chǎn)生的氣泡進(jìn)行壓縮和消蝕,使氣泡體積變小,從而增大氣體、液體可接觸面積,增強反應(yīng)效果。再次,可以輔助使用曝氣系統(tǒng),將其放置于側(cè)面,通過其產(chǎn)生的氣體來形成漩渦,這也可以加強氣體與液體的接觸。對于污水處理的調(diào)節(jié)設(shè)備,需要采用自動調(diào)節(jié),發(fā)揮自動調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和及時性,減少能源浪費。除此之外,合理運用潛水?dāng)嚢杵饕彩直匾?/div>
后,需要控制好變頻調(diào)速風(fēng)機,使污水處理更加有效。污水處理節(jié)能減耗需要從大方向把關(guān),嚴(yán)格落實到各個環(huán)節(jié),需要全面把關(guān),避免顧此失彼。就國內(nèi)而言,污水處理相關(guān)節(jié)能降耗技術(shù)還不夠成熟,因此具有較好的開發(fā)前景,人們要統(tǒng)籌安排,統(tǒng)籌謀劃。
1.4 污泥處理
??污泥處理消耗能量較多,同時也意味著節(jié)能減耗空間很大。污泥處理工藝較為復(fù)雜,通常有污泥濃縮、穩(wěn)定和脫水等。污泥濃縮是指將污泥進(jìn)行壓縮整合,從而實現(xiàn)體積減小、密度增大,實施方法也有很多種,如重力壓縮、氣浮壓縮、離心方式壓縮。實踐研究發(fā)現(xiàn),重力濃縮的能源消耗比較少,但是耗時較多,濃縮過程會產(chǎn)生磷,因此隨著時代的發(fā)展,這種工藝逐步被淘汰。離心濃縮成本較高,目前難以大規(guī)模推廣。當(dāng)前,氣浮濃縮使用范圍較廣,其操作簡單、節(jié)能減耗效果較好,運行效率較高。污泥穩(wěn)定和脫水是指將濃縮后的污泥加以沉淀,然后通過相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)脫水,將濃縮液變?yōu)楦稍锏牟牧?。其間主要采用厭氧處理,使用厭氧菌對水分進(jìn)行吸收,實現(xiàn)厭氧消化。厭氧處理需要消耗能源來保持溫度,同時利用電能來維持?jǐn)嚢柽\輸。就國內(nèi)而言,相關(guān)技術(shù)還不夠成熟,因此具有較好的開發(fā)前景。污泥處理技術(shù)的創(chuàng)新與改革決定著節(jié)能減耗的效果,也影響著污水處理廠的發(fā)展。
2 污水處理現(xiàn)狀與問題
2.1 設(shè)備設(shè)計使用不合理
??提升泵是污水處理的核心設(shè)備,直接影響污水提升效果,污水處理大部分能耗都與提升泵有關(guān),提升泵節(jié)能減耗的關(guān)鍵是控制好出水高度。目前,我國部分污水處理廠提升泵出水高度不合理,造成較大的能源浪費,影響后續(xù)流程的節(jié)能減耗。隔柵能夠隔離污水中體積較大的物體,防止污水處理設(shè)備堵塞而難以正常工作。沉砂池可以過濾污水中的泥沙,還可以過濾其他較為細(xì)小的顆粒物,以便進(jìn)行后續(xù)污水處理。但是,調(diào)查發(fā)現(xiàn),部分污水處理廠隔柵空隙較大同時沉砂池沉積嚴(yán)重,導(dǎo)致污水中的大小顆粒物難以清除,終影響后續(xù)的污水處理。
2.2 缺乏專業(yè)操作人員和監(jiān)管人員
??污水處理事關(guān)人民群眾的生產(chǎn)生活,但是部分污水處理廠缺乏專業(yè)人員,導(dǎo)致設(shè)備操作不合理。同時,不夠?qū)I(yè)的操作流程勢必會造成能源消耗過度和資源浪費,甚至影響污水處理質(zhì)量,造成污水外泄,影響人民群眾的生產(chǎn)生活。另外,污水處理需要兩大監(jiān)督,一是污水處理廠質(zhì)檢人員監(jiān)督,二是相關(guān)部門抽樣檢查。但是,由于種種原因,我國檢查管理制度還不夠健全,導(dǎo)致部分污水處理廠不能按質(zhì)按量完成污水處理。因此,當(dāng)前急需建立行之有效的污水處理監(jiān)督管理審查機制。
3 節(jié)能降耗的有效措施
3.1 改造節(jié)能技術(shù)
??污水處理設(shè)備的改進(jìn)決定著是否能更好地完成節(jié)能減耗。具體來說,首先可以從提升泵改進(jìn)開始,不合理的提升泵往往會造成水泵揚程偏高,從而導(dǎo)致水位大多處于大流量、低揚程、低效區(qū)的狀態(tài),使得提升泵所耗費的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實際所需能量,造成較大的能源浪費。因此,人們需要改進(jìn)提升泵的變頻技術(shù),使之更具操作性和可行性,能自如應(yīng)對不同水位。其次是倒傘曝氣機,該設(shè)備主要由主機和葉輪兩大部件組成,葉輪是倒傘曝氣機的主要部件之一,它決定著整個機器的運作。就目前來說,葉輪的創(chuàng)新改造主要是將倒傘曝氣機的螺旋式倒傘改造成翹片式,即用直齒輪代替原先的螺旋式錐齒輪。這樣才能適應(yīng)不斷提高的標(biāo)準(zhǔn),更好地處理污水。因此,人們要加強科技創(chuàng)新,提升設(shè)備運行效率,實施節(jié)能減耗。
3.2 選擇關(guān)鍵節(jié)能設(shè)備
??一是泵的選擇。泵對于污水處理非常重要,其主要參數(shù)是流速和流量,它們既影響實際峰值,也影響后續(xù)水量變化,不同泵的基本參數(shù)不同。因此,要想推進(jìn)節(jié)能降耗,首先要選擇規(guī)格合適、參數(shù)適宜、質(zhì)量優(yōu)良、產(chǎn)品合格的泵,保障運行效率,利用較少的能源實現(xiàn)污水處理的較大效益,減少能源浪費。二是控制系統(tǒng)的選擇。控制系統(tǒng)影響反饋效果,人們需要選擇合理的控制系統(tǒng),調(diào)整控制數(shù)據(jù)信息。三是電機的選擇。污水處理廠的電能消耗主要發(fā)生于曝氣系統(tǒng)和提升泵。這些設(shè)備利用電機來工作,因此人們要合理選擇電機,同時要加強對電機的維護(hù)和檢修。關(guān)鍵部分要嚴(yán)格采用高質(zhì)量的設(shè)備,以減少安全隱患,提高節(jié)能降耗效率。
3.3 加強節(jié)能降耗管理
??污水處理廠要重視內(nèi)部管理,實施科學(xué)化、制度化的管理。一是定期維修相關(guān)設(shè)備,應(yīng)配備專門的維修檢查人員,定期巡檢,經(jīng)常清洗管道,及時排查異?,F(xiàn)象,同時做好記錄,盡快解決。二是加強用電管理,污水處理廠耗電量大,因此為了電路安全,應(yīng)盡量避開用電高峰期。污水處理廠要完善運行體系,及時排除隱患,保證污水處理設(shè)施實現(xiàn)良好運行。
3.4 加強監(jiān)督制度管理
??污水處理廠要完善激勵機制,提高員工的工作積性,對違規(guī)員工進(jìn)行處罰,保障企業(yè)管理秩序。此外,還應(yīng)該加強管理,保障污水處理設(shè)備平穩(wěn)運行。污水處理廠應(yīng)當(dāng)配備專門的監(jiān)督管理人員和技術(shù)質(zhì)檢人員,監(jiān)督管理人員要嚴(yán)格管控污水處理設(shè)備和材料的采購,杜絕購買劣質(zhì)設(shè)備和材料,配合有關(guān)部門例行檢查。技術(shù)質(zhì)檢人員主要職責(zé)是對污水處理流程進(jìn)行指導(dǎo)和檢查,防止出現(xiàn)人工失誤,預(yù)防安全問題,同時對突發(fā)情況進(jìn)行應(yīng)急處理。另外,污水處理廠要積鼓勵員工參與企業(yè)管理,增強內(nèi)部凝聚力,提高員工積性,實現(xiàn)獎懲分明,優(yōu)化企業(yè)管理秩序,保障企業(yè)合理運行。
4 能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺
??安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系,AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護(hù)、監(jiān)測、分析、治理裝置,用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度,重點監(jiān)測主要用能設(shè)備能效,保護(hù)污水廠運行安全可靠,提高污水廠能效,為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。
圖1 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺
4.1 保障供電可靠性
??對污水廠配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置微機保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控,對0.4kV配置多功能計量儀表,用于監(jiān)測各回路的電氣參數(shù)和用能情況,可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機保護(hù)測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS,包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。
??污水廠存在大量的非線性負(fù)載,通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施進(jìn)一步提高供電可靠性。
圖2  AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺主接線圖
 
4.2 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
 
??監(jiān)測污水廠配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,監(jiān)測配置電能質(zhì)量治理裝置保障穩(wěn)定生產(chǎn)。
圖3 電能質(zhì)量監(jiān)測圖
??顯示有源濾波和無功補償裝置運行情況,包括補償電流、負(fù)荷電流,電網(wǎng)電壓,IGBT上下橋臂溫度等。
 
圖4  補償濾波監(jiān)測圖
 
4.3 建立能源計量體系
??AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過搭建計量體系,采集污水處理廠能源數(shù)據(jù),顯示污水處理廠的能源流向和能源損耗,通過能源流向圖幫助其分析能源消耗去向,找出能源消耗異常區(qū)域幫助其了解各工藝環(huán)節(jié)能源消耗量,并且可細(xì)化到樓層、車間、產(chǎn)線、班組、工序,計算產(chǎn)品單耗、單位面積能耗或萬元產(chǎn)值能耗,從而計算出能耗總量和單位能耗。
圖5  能源流向圖
 
 
4.4 數(shù)據(jù)集抄并實時計量
??AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺提供自定義時間抄表功能,可以在任意時間,任意地點,完成對企業(yè)的三級計量體系數(shù)據(jù)閱覽,減少了人工投入。同時各類保護(hù)、儀表主動定時上傳數(shù)據(jù),保證了能源時效性,為其節(jié)能降耗,提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
圖6   數(shù)據(jù)集抄報表
 
4.5 優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)
??AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺支持接入分布式光伏電站以及風(fēng)力發(fā)電站,為企業(yè)提供分布式電站運行監(jiān)測和發(fā)電日/月/年/累計收益和減排分析,支持自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。在儲能環(huán)節(jié),平臺接入BMS和PCS數(shù)據(jù),支持充放電配置策略,并對電池管理系統(tǒng)提供實時預(yù)警,根據(jù)其負(fù)荷特點,削峰填谷,充分使用新能源,降低污水廠碳排放。
圖7 分布式光伏電站監(jiān)測運維
4.6  提升主要用能設(shè)備能效
??污水處理廠中有著大量的電機、水泵,其中污水提升泵和鼓風(fēng)曝氣能耗占據(jù)了工藝能耗中的大多數(shù),平臺針對這些工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測分析,工藝之間橫向比較,尋找具調(diào)控潛力的用電設(shè)備、工藝單元,幫助用戶發(fā)現(xiàn)其能效提升空間并提供解決方案,找到較好的運行區(qū)域,顯著降低能源消耗
圖8 管網(wǎng)圖和能效監(jiān)測
4.7 報警及時推送
??平臺提供能源報警功能,一旦發(fā)現(xiàn)跑冒滴漏,能源消耗異常,電參量異常等情況,能提供多種方式的報警,包括但不限于郵件、短信、釘釘推送等。
圖9 報警記錄與管理
4.8 加強運維管理
??加強巡視維護(hù)工作,及時發(fā)現(xiàn)或消除設(shè)備隱患,提高供電可靠性。配置重要設(shè)備包括變壓器、電氣柜、高壓電纜、空調(diào)主機、水泵、鼓風(fēng)機等設(shè)備信息,配置二維碼,快速在移動端獲取設(shè)備信息、設(shè)備維修歷史記錄以及解決問題的常用辦法。
圖10 設(shè)備運維檔案
 
4.9 典型硬件
5 結(jié)論
??污水處理事關(guān)廣大人民群眾的健康與安全,而節(jié)能降耗則是推進(jìn)我國社會經(jīng)濟實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的保證。污水處理的節(jié)能降耗綜合性強、工作難度高,涉及的工藝、設(shè)備、過程控制和管理較為復(fù)雜。因此,人們要從設(shè)計、設(shè)備選型、運行管理控制、維護(hù)改造等環(huán)節(jié)入手,積推廣和應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù),保證污水處理質(zhì)量。
 
參考文獻(xiàn)
1  張志峰 . 污水處理節(jié)能降耗問答 [M]. 北京:化工工業(yè)出版社,2011.
2  楊 岳,狄 倩 . 城市污水處理廠的能耗分析及節(jié)能降耗措施研究 [J]. 綠色科技,2013,(5):202-204.
3  曾慶平 . 污水處理廠節(jié)能減排策略 [J]. 中國科技縱橫,2013,(6):19.
4  安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用手冊.2020.06版
5  敖伊敏,龐小平,梁宏宇. 淺談污水處理節(jié)能降耗途徑