变频器在水处理的应用钟诚

变频器在水处理的应用钟诚

钟诚

（广西博世科环保科技股份有限公司广西南宁530007）

摘要：在污水处理厂生产运行过程中，需要对泵、风机等设备的运行进行频率控制，通常采用变频调速控制技术，既实现了无级调速，调整效率高，又实现了设备的软起动，减少了相关电气设备的开停次数，保证了工艺流程的相对稳定，实现了节能降耗的要求，满足了污水处理厂在生产过程中各项工艺指标对电机速度控制的要求，延长设备了运行周期，并解决了由于设备设计规模与实际运行规模不一致带来的运行过程的偏差，变频控制方式对协调各工艺流程间匹配关系起着调节作用，对设备运行安全性经济性有着重要作用。

关键词：水处理；调速；变频；电机

前言

随着科技的发展和国家环保节能降耗的要求，污水处理厂新工艺应用比较多，随着新设备和新工艺的投入，在控制精确度、运行经济、安全稳定性等诸多方面的要求，需要采用变频调速控制方式的设备越来越多。通过诸多实践证明采用变频调速控制技术，不仅提高了整个控制系统的自动化水平，有效地减轻了工人的劳动强度，而且实现了节能降耗，降低了设备维修费用，延长了泵、风机等设备的使用寿命和检修周期，减轻了电机频繁起动对电网的冲击等，在工艺控制、经济、节能、运行安全等各个方面都有着显著的效果，因此，变频调速控制技术在污水处理厂非常值得推广应用。

1变频调速技术原理分析

水泵是污水处理厂极为重要的一种设备，水泵的选型配置，关系着运行的安全经济性和投资费用。通常应根据具体的水量、扬程和流量调节方式来选择合适的泵。为了准确确定水泵的工作特点，必须在同一坐标系中绘制水泵的特性曲线和系统运行的曲线，二者的交叉点就是水泵的工作点，工作点对应的扬程和流量，就是我们需要的扬程和流量。

要想实现水泵高效率运行，就要使扬程和流量保持相对稳定。但是水泵的供水量受很多因素影响，往往会偏离水泵的高效区，因此，必须选择合适的控制方式，而变频调速控制方式以其绝对优势得到了应用。

（1）泵的工作原理

Q为流量、H为扬程、P为功率、n为转速，它们的关系为

Q1:Q2=n1:n2；H1:H2=(n1:n2)²；P1:P2=(n1:n2)³

可知，流量Q与转速n成正比，扬程H与转速n的平方成正比，功率P与转速n的立方成正比，如果水泵（或风机）的效率一定，当要求调节流量下降时，转速n成比例下降，而此时输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的好点功率与转速近似成立方比的关系。

（2）变频控制技术原理

变频器是一种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效变频装置，在交流调速技术中，变频调速具有绝对的优势，广泛地应用于可变转速的拖动电机。变频调速具有调速效率高，调速范围宽，功率因数高，稳速精度高，动态响应快等良好性能特点，实现了电机的软启动，减少了设备的机械冲击和对电网的电力冲击。

变频控制方式的工作原理：输入的交流电经过整流环节变为直流，再经中间环节进行变换滤波，最后经逆变环节产生供电动机使用的响应频率电压。整个过程控制由变频器的控制电路来完成。

变频调速系统多采用闭环控制恒压方式。控制系统主要由四部分组成：控制对象（水泵电机），变频器，变送器与PID调节器。

变频调速系统的控制过程为：压力变送器将测量的信号转换成4-20mA的标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。偏差值由调节器按规定的调节规律运行算出调节信号，将该信号直接送到变频器，从而使变频器将输入380V的交流电变成输出为0-380V连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。

采用变频器调速后，不仅显著节电效果和连续平滑的流量调节，还在于水泵电机的转速普遍下降，机泵运行状况明显改善，延长了设备的寿命，降低了维护费用，而且由于变频器的启动及调速平稳，也减少了对电网的电流冲击和机械冲击。由于连续平滑的流量调节方式，克服了以往传统工艺调节阀门的缺陷。变频器具有完善的检测，诊断数显保护功能，提高了水泵的可靠性与安全性。

（3）变频器对电动机影响

采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，启动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%～200%）。用工频电源直接启动时，启动电流为6～7倍，因此，将产生机械电气上的冲击和供电电网造成严重的冲击。采用变频器传动，通过起动时间变长可以实现平滑地起动，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流。使用变频节能装置后，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了电气设备的使用寿命。

2变频调速控制技术在污水处理过程中的应用

（1）在潜水泵方面的应用

潜水泵起动时的急扭和突然停机时的水锤现象，往往容易造成管道破裂或者松动，严重的可能还会损坏电机，在切电机起动/停止时，需要开启/关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面难以满足工艺操作的需要，另一方面增加了工作的工作强度。

在潜水泵安装变频调速器以后，可以根据污水处理厂生产工艺的需要，使电机软启/软停，从而使急扭及水锤现象得到解决。而且在流量不大的情况下，可以降低泵的转速，一方面可以避免潜水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老化，而且变频的软启动大大的减少水泵启动时对机械的冲击，而且节电降耗效果明显。

（2）在鼓风机方面的应用

鼓风机将压缩空气通过管道输入曝气池，让空气中的氧溶解在污水中，供给活性污泥中的微生物。鼓风机在工频状态下起动时，电流冲击较大，容易引起电网电压波动，而鼓风机风压一定，在生产运行中通常是通过调节出气阀门来控制，即增加管道阻力，因而在阀门上浪费了许多能量。

在利用变频控制系统的调速范围宽，机械特性好等特点，可采用变频器起动鼓风机的方式运行。由于变频器的软启动能大大的减小电机起动时对电网的冲击，而且正常运行的时候，将出气阀门开到最大，根据工艺和参数的要求，适当的调节（通过控制系统的电位器）电机的转速来调节管道的风量，从而来调节污水中的氧气含量。而且根据溶解氧传感器反馈的信号（4～20mA）可以很方便的实现闭环自动控制。减少了许多繁琐的人工操作，并且起到了明显的节约电能消耗的效果。

结束语

在污水处理过程中，根据生产工艺运行需要，对泵的运行需要频率控制，完善相应控制方式对生产装置运行安全性和经济性有着重要作用。污水处理有一个非常重要的指标，叫做“吨水电耗”，意思是处理一吨污水所需消耗的电量。因为污水处理厂要24小时连续运转，要保证核心工艺设备周期性的安全稳定运行，结合国家节能降耗的要求，尽可能的降低污水处理的运行能源消耗，是非常有必要的。一方面可以结合工艺设计，从核心设备入手，尽可能选择满足生产工艺的高能效的电动机，优选配置，优化机泵组合，提高电动机电能利用率；另一方面，根据不同的生产工况，选择合适的变频速控制系统，利用变频调速控制系统的功能，来提高生产效率，降低运营的经济成本，从而达到节能降耗的目的。

参考文献：

[1]陈征雄.变频节能技术在污水处理厂的应用[J].电气技术,2007(8).

[2]陈征雄.变频节能技术在污水处理厂的应用[J].电气技术,2007,(08).

[3]王涛.浅谈污水处理厂电气节能设计与自动控制系统[J].科技资讯,2009,(09).