污水处理厂并联提升水泵变频调速装置的选用

污水处理厂并联提升水泵变频调速装置的选用
丹佛斯公司 胡少 骏
摘

要： 概述污水处理厂提升泵的作用及 水泵选用原则 , 简 单介绍了多台水泵并联的特点，着重介绍了变频调 速装置在污水处理厂提升泵站的选用原则及选用时 应注意的问题。
关键词：变频调速，水泵并联，设计选用 1. 概述 提升泵作为污水处理厂中的重要耗能设备，节能、降耗 尤为重要，提升泵采用变频调速技术，既可实现无级调速， 节约能源、降低消耗 ,又可避免设备的频繁开停造成的水垂现 象、优化工艺设计、延长设备使用寿命。并且可以解决由于 工 程 实 际 运行 规模 与设 计规 模不 一致 带来 的 运行过程 的 偏 差 ，对 节能降耗起到重要的作用。因此变频调速技术在污水 处理厂提升水泵的控制及 运行 中得到越来越广泛 的应用。 2. 提升水泵在污水处理厂中的作用 提升泵的设置目的是提高水头，作为污水处理厂的重要 耗能设备，节能非常重要。提升泵采用变频调速装置，可根 据流量 的大小，压力的高低等参数进行合理调节，避免水泵 的频繁 起停，延长水泵寿命。 由于水泵选择时均按最大流量来选择 水泵 参数 ，因此在 正常情况下水泵并不需要达到满负荷运行，水泵也 无法达到 最佳工作点，而且一般均为多台水泵并联运行 ，选 择水泵参 数 时均偏大 ，因此变频调速装置的 正确 选用尤为重要。 3.多台水泵并联运行的特点 污水处理厂提升泵的运行一般限于节 省投资的 考虑 ，均 采用变频泵与工频泵并联运行，现在就分析一下这种并联运 行 的一些特点： 3.1 理想状态下的水泵并联 图一 中， N0为工频泵的 性能 曲线 ，工频泵单泵 运行 时的 工作点为 A， 扬程 为HA ，流量为 QA；N1 为变频泵单泵 正常 调速中的 性能 曲线 ，运行时的工作点为B，扬程为 HB， 流量 为QB ；N2 为变频泵单泵速 度最 低时的性 能曲线， 运行 时的 工作 点为 D， 扬程 为HD ，流 量为 QD ；M1为工频 泵N0 和变 频泵速度 为N1 并联时的 管网总的 性能 曲线 ，运行时的工作点 为C ，扬程为 HC， 流量 为QC0； M2为工频泵 N0和 变频泵速 度为 N2并联时的管网总 的性 能曲线， 运行 时的工作点为 A， 扬程 为HA ，流量QA。 F0为理想 的管网阻力曲线。理想状态 下的水泵并联 曲线 应该是根据流量的变化 沿F0 管网阻力曲线 平滑滑动 的一 组曲线。 3.2 实际状态下的两台水泵并联 在实 际工 况中，多 数工 作在 N0和 N1 两条 性能 曲线 下， 从 性 能 曲 线图 上 可以 看 到 ，并 联 后 的 总 扬程 HC>HA ，且 HC>HB， 同 时 管 网 总 流 量 QC0=QC1+QC2<QA+QB ， 且 QC0>QA ，QC0>QB。 随着变频泵速 度下 降， 其性 能曲线在 图一 中沿 F0向 左下 方偏 移， 管网总曲线也 同 样沿 F0向 下偏 移。 当变频泵速度 降到 N2时，管网的 性能 出现 一个临界 曲线 M2， 此时的管网总扬程和 工频泵的 扬程 相等 ，而不是 上边 理论 分析 的稍 大一些。 这个 时候 由于 管网总流量和 工频泵单 泵运行时的流量相同，工频泵相 对于变频泵时 其输出流量有
化 幅度 较大 ，需 要考虑补偿电容。 5.7大 型电 动机 变频 装置 ，特 别是高压 变频装置 向 电 网 注入 谐波分 量应 按国 家《电能 质量 公 用电 网 谐波》 管 理 标准 GB/T14549-93 严格执行 ，特 殊情况还 需另 行提 出要 求。 在选用时应选择 相关附件 ，并 对生产厂提出 具体 要求 。 5.8 由于变 频器 产生 的高 次谐波的 影响 ， 对补偿电容的 影响 较 大， 在选 择电 容器 时需 选择带 电抗 器 的 电容 器 ， 最好 选 择带 消谐 装置的电容器组。 5.9变频器 安装 及接 线中 ，应 严格 按照产品安 装使用 手 册进 行 ，各 种辅助措 施， 如装置环境 条件 的 保证， 接 地 安全 措施均 应予留到 位， 否则 会直 接 影响 变频 器的使用寿命 和 效率 ，还 会造 成对 其它系统 的 干扰 。 环境温 度 的要求 尤 其重 要，变频 器发热量 较大 ， 安装在 柜内时要 考虑散 热 的要 求， 必要 时需 增设 通风 设备， 对大 功率 变频 器尤 为重要。 5.10 变频器最低频率的设置 除考虑并联水泵的 运行 工况 外， 对于自身风冷却的水泵 还要 考虑 电机 散热 的转 速需 要， 必要时需增设风冷却设备。 6. 结论 6.1 变频调 速尽 管是一种 应用 比较 广泛 的水泵节能技术，但 在并联 水泵的运 行条 件下 ，受 到 很多 条 件 的限制 ，并不 能 达到 理想 的节能效果。 6.2 在 有条 件的 情况下 应尽可能选用多台变频泵并联的 运行 方式，节能 效果好， 控制 方式 也灵活。 6.3 一 拖多的水泵控制 方式实际节能 效果 并不 明显，不 如选 用 独立 的变频泵 （扬程较 工频泵高 ）节能效果好 。 6.4 在污水处理厂中的 其它工段，例如鼓风曝 气设备、污泥 浓缩脱 水设备、 加药 加氯 设备 等也和 提升水泵 一 样有相 似 的运行工 况， 均需 采用变频设备 进行 节能 控制 。
一 个增 量，可能出现过载。变频泵由于最大扬程都 低于 管网 总扬程 ，表现出来的实际情况为变频泵不出水。此 时的变频 泵 还在工作，消耗一定的功率，变频泵的效率 降到 了最 低。 因此，在变频 器频 率设 定时 一定要有一个 下限 fmin来避开这 种 低效区。 下限 频率 的设 定一般可 根据 实际运行 工况 设定 。 3.3 多台水泵并联 多台工频泵和一台变频泵并联运行时，变频泵 性能 曲线 下 移 至 N2 时， 管网 曲线 应 该 在 N2之 上 ， 变频 泵频 率 下限 fmin比两台并联要高。因此 ，管网并联的泵越多，节能的空 间 越少 。 4 ．多台水泵并联运行的变频节能解决方案 污水处理厂实际 的应用场所绝大多数均 为多台水泵的 并联运行，因此需要很好地解决并联水泵的调速问题， 才能 有效地 节能。 4.1 合 理设 定下限频 率 由 流体学相似定律可知，流量与转速成比例， 而功率与 流量的3次方成 比例 。由 于水泵采 用转速 控制 时， 当 流量减 小 时，所 需功率近似按 流量 的3次 方大幅 度下 降。 例如 流量 下 降到 80%，转速 也下降到80%时，则轴功率 下降 到额定功 率 的51%，由于下限值越低，节能效果越明显，但 不能单纯 考虑节能，必须考虑多台水泵并联所带来的多 方面 的影响， 实 际下限频率的设定应根据水泵本身的性能曲线、并联水泵 的台数 、管网阻力的变化、变频器本身的特性等多 方面 因数 确 定， 一般在试运行时根据实际工况确定，实 际运行中设定 值 一般 设定 在40Hz左右。 4.2 合 理选 择变频水泵 在实际 工程中，一般选择工频泵与变频泵 参数一致 ，但 根据以 上的性能曲线分析可知，相同性能曲线 的工频泵 与变 频泵并联，变频泵调速范围很小，节能效果并 不明显， 因此 选 择变频泵时应当尽量选择扬程较大的泵，可 更好 的利 用变 频 器的节能特性，这种方式尽管水泵的互换性差。 但节能效 果比较明显，运行工况也比较好。但限于水泵 曲线 的不 同， 在实 际 工 程 中 变频 器一 拖二 （或 一拖 多） 的 方 案将 无 法 实 现。 4.3 多台变频泵并联 运行 从 并联水泵的性能曲线分析，多台变频泵的并联运行，
可有效地 解决工频泵与 变频泵并联时由于 扬程不同 带来 的变 频泵 范围 的限制，可采用根据流量及 扬程参数 同时调节水泵 曲线 ，实现最大范围的节能 效果 。因此在实际 工程 中， 尽可 能多 地选 择多台变频泵并联 是比较合 理的 方式 。尽 管选 择多 台变频泵 初期 投资 较高 ，但从节能效果来考虑 ，还 是能 很快 收回初期 投资 的。 4.4 合理设定水泵水池液位 在实 际运行时，若 能使水泵水池保持 在高 水位 运行 ，这 样可 有效 降低水泵的实 际扬程，在保证提升水 量的 前提 下降 低能耗，并且 也有利于工频泵与 变频泵的并联使用。 5. 变频器选择及使用中应注意的一些问题 5.1 在工频泵 和变频泵并联的场所， 当变频器 的最 低投 切频 率 设定 过低时，很有可能导 致变频泵 不出 水， 严重时甚 至 可以 导致 水泵的振荡及 气蚀 。 5.2 在工频泵 与变频泵并联的场所，由于 有工频泵的存 在， 一般采用扬程不变，根据流量变化来 调节变频 器参数， 控制比较简单， 但实 际节能效果并 不是 十分 理想 。 5.3 在多台变频泵并联的场所， 根据 水泵 曲线 可知 ，流量的 变化影响扬程 的变化， 因此 采用变扬程变 流量 的控制方 式比单 纯的 定 扬程 变流量控制方式更 节能，更 科学 ，在 实 际控制中， 这种 多变 量控制较 为复杂， 但节 能效果更 好。 5.4 应 按 水泵 电机 的额定功率及 额定 电流 、额定电 压综 合考 虑 ，合 理选 择 变频 器的 参数 ，与 设备 配套 。污 水厂中有 些 场所 （例如 回流 污泥 泵）属于 大电 流、低转 速电机， 在选择 变频 器 时不 仅要 按额定功率选 择变频器 ，还必须 校核变频器 的额定电 流与 设备的配套情况。 5.5污水厂 并非 所有 水泵均 采用 离心 式水泵， 有些 提升 泵采 用 轴流 式水泵，此 类泵要求启动 力矩 高，选择 变频 器时 需 特别 注意 ,对 于此 类负 载采用具 有转 矩控制功 能的 高功 能 型变频器 则是 比较 理想 的。 5.6 现在 大部 分生产厂 商的变频 器均 采用 电压 源型 ，功率因 数 较高 ，可 保证 在 0.95以上 ，在 实际 应用 中应 结合 功率 因数补偿协 同考虑, 可不需额 外增 加补偿装置。 集中 补偿 的 电容 也可 适 当降低补偿容 量。 但也 有些 生产 厂变频器 为 电流 源型 ，变频设备 随电机转 速的变化，功 率因 素变