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降低污水泵站电耗的实践与探索 |
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提要 广州开发区污水处理厂针对泵站的设计与实际使用差距较大而造成泵站输水电耗过高的问题，采取了泵组调整、泵的叶轮切削、泵站PLC和变频控制等技改措施，大大降低了泵站的电耗，并实现对厂区均匀输水。
关键词 污水泵站 泵 技术改造 叶轮切削 变频控制
0 概况
广州开发区污水处理厂主要收集和处理广州开发区西区的污水。由于区内地势平坦，无自然的地势落差，为便于污水的收集，在9.6 km2的服务区域内规划了10个泵站(见图1)。目前除1#，2＃泵站未建设，8＃泵站正在建设未投入使用外，其余泵站均已投入使用。由图1可见，由于进厂污水多次提升，其中部分污水提升多达4次，使得污水的输送成本较高。泵站设计不合理，增大了电耗量，使泵站污水输送每m3电耗高达0.132 kW·h。
图1 进厂管网及污水提升泵站示意图
该厂处理水量按首期3万m3/d，二期6万m3/d，三期9万m3/d进行总体规划。而目 前污水厂的设计处理规模为3万m3/d，实际进水水量仅为1.7万～2.5万m3/d，但直接进厂的泵站（3#，5#，7#）设计安装的泵均按9万m3/d配置。由表1可见，在首期日处理污水3万m3情况下，原设计配置的"3用1备"或"2用1备"的泵，实际为"1用3备"或 "1用2备"，且"1用"的泵常处于时开时停的状态，部分泵站甚至每小时仅开10 min。这样不仅对设备的损坏大，而且对厂区的工艺易产生较大的水量、水质冲击负荷，增大泵站和厂区污水处理电能消耗。
此外，由图1可见，由于厂区未另设提升泵站，直接进厂的3#， 5#，7#泵站的管网通过厂区配水井而全部连通，形成了长达4km的管网系统。这就会出现当1个泵站抽水而其余2个泵站未抽水时，抽水泵站的水将进入另两个泵站的管网，从而降低了泵的实际抽水效率，增加了重复抽水的成本。
1 调整泵组
根据服务区用水计划(在相当长时间内，污水水量不会超过设计水量)，以及各泵站的输水水量不同的情况，在厂现有泵的范围内对各进厂泵站的泵进行调整。例如，5＃泵站的日输水量为10000～15000 m3之间，则将原设计配置的4台功率75 kW的泵改为1台55 kW，2台75 k W泵的配置；3#泵站的日输水量为3000～5000 m3，将其泵的配置由原来的4台75 kW的泵改为1台22 kW，1台55 kW；7#泵站的日输水量为4000～5000 m3，其泵的配置由原来的3台75 kW的泵改为1台22 kW，1台55 kW，通过重新调整主要泵站泵的配置，使泵站输送每m3污水的电耗下降了8％左右。
2 改造泵的叶轮提高抽水效率
原有的75 kW，55 kW泵，其扬程分别为31 m，41 m，远高于泵站至厂区的实际提升高度（约15 m），所以水泵在扬程方面浪费很大。也就是说，原泵的设计选型，与实际情况相差较大。当然，换泵是最简便的办法，但是全面换泵，需要大量的资金投入；利用现有的电机泵体，重新设计更换叶轮，也是一个好办法，但是因为原泵为日本生产，加上改泵的品种多、数量少，目前还没有联系到厂家愿意承担此任务（此项工作还在继续做）。为此，采取了叶轮切削调节的方式对水泵进行改造。所谓叶轮切削调节即通过沿外径车小水泵的叶轮，改变水泵的性能曲线，使之更接近实际所需的扬程及流量范围，从而提高水泵的抽水效率。
根据叶轮切削的比例定律和地区的实际情况，并结合所需流量、扬程和消耗功率，通过详细的理论计算，首先选取适当的车削比率，然后进行了水泵叶轮切削试验（见表2）。由表2可以看出，叶轮切削13%以后，水泵抽水效率提高了30%～40%。
3 泵站自动化改造
原有的泵站，采用的是简单的继电器-接触器控制，完全靠人工控制，加上选泵过于保守，单台泵的容量选得较大，且扬程选取太高，无法实现合理调度，形成对厂区水质水量的冲击负荷，电能消耗较大。为此，在泵站机械设备改造完后，即进行自动化改造，在每个泵站配置一台PLC和一台变频器，通过水位测量仪检测泵房水位值，调节水泵使用的频率与开启数量，保持水泵在最佳效率范围内运行，减少能耗，避免因频繁启动对设备带来的损坏，实现了对厂区的均匀输水，保证厂区的水处理工艺经济平稳地运行，也避免了污水在管网的重复流动。此步改造完成后，输水电耗在前面改造的基础上又降低29.5%。
图2为该厂泵站2000～2001年的实际电耗情况。由图2可见，自2000年3月起到6月，通过对泵的合理调配和泵的叶轮改造，泵站的平均输水电耗从改造前的0.132 kW·h/m3 下降到 0.105 kW·h/m3左右；从2001年1月起到4月，自动化改造完成后，输水电耗又进一步下降到0.075 kW·h/m3左右。
4 结语
广州开发区污水处理厂针对泵站的设计过于超前、设计量过大而与实际使用差距较大造成泵站输水电耗过高的情况，采取了多种改造措施。全部改造完成后，整个泵站实际输水电耗比改造前降低了43.9 ％。
◇作者通讯处：510730 广州开发区污水处理厂
○电话：（020）82099909
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