节能是一种责任和义务

--节能的污水处理厂和压缩空气曝气技术

作者:Hans-Jürgen Bittermann 文章来源:弗戈工业在线 点击数:426 发布时间:2014-05-13
耗电大户——污水净化设备,需要使用高效节能的技术,这是企业应尽的责任和义务。而实现污水净化设备高效节能的途径有很多,其中节能的关键点就是曝气用压缩空气的制备,因为曝气系统消耗的电能占整个污水处理厂电能消耗的50%。

耗电大户——污水净化设备,需要使用高效节能技术,这是企业应尽的责任和义务。而实现污水净化设备高效节能的途径有很多,其中节能的关键点就是曝气用压缩空气的制备,因为曝气系统消耗的电能占整个污水处理厂电能消耗的50%。

净化设备属于耗电大户,德国大约有1万家地区性的污水处理厂,每年消耗的电力总量大约为4400GWh。污水处理厂单位耗电量的多少很大程度上取决于污水净化设备的大小。规模等级(GK)4级和5级的大型污水净化设备的单位耗电量明显小于小型污水净化设备的单位耗电量。大约2200套GK4和GK5的大型污水净化设备处理了90%以上人口当量的污水,而消耗的电力仅占总耗电量的87%。

鲁尔协会发布了相关数据:一年净化每一人口当量的污水大约要消耗35kWh的电力。也就是说每一人口当量每年平均消耗的电能总量1500kWh,其中有2%~3%的要用于净化他们生活中产生的污水。

因此,如何实现高效节能是一个亟待解决的问题。而相应的节能措施有很多,例如使用节能的压缩空气生产准备技术、使用最高效率的电动机和泵、改进污水净化设备的控制系统等。若能够全面落实上述措施,则德国境内的污水处理厂就可以节约20%的耗电量,相当于每年减少60万t二氧化碳排放。

实现污水净化设备高效节能的措施如下:

设备操作和流程工艺技术措施。例如:最好的污水净化设备控制软件,含固率控制和回流比,通过曝气控制减少压缩空气的损失,及时排放曝气压缩空气管路中的冷凝水等。

扩大自动化和调节控制技术的应用,优化现有的自动化技术和控制调节技术。例如:使用变频器或者减少搅拌设备的运行时间,控制曝气的时间或者间断性运行。

使用高效节能的设备。例如:使用比现有设备单位能耗更少的新曝气设备、压缩空气输送设备和压缩空气泵等。

高效节能的压缩机和鼓风机

Aerzen公司专门为采用生物技术的地区性工业化的污水净化设备研发设计了第五代AT型涡轮鼓风机。新一代的鼓风机共有11种规格型号,进气流量从4000~13200m3/h,压力范围为10~40kPa,电动机最大功率可达300kW。这些涡轮鼓风机配用的都是高速永磁电动机,可无需其他机械变速机构,仅用变频器便可实现转速40%~100%之间的无级调节,与变化的气量要求保持匹配。变频器和电抗器都集成在涡轮鼓风机中。与传统的电机相比,高速永磁电机有着更高的工作效率。结构紧凑的电机采用的是风冷,驱动装置采用的是无油、非接触式、无震动的空气悬浮支撑方式支撑。

Kaeser公司提供的BBC和FBC系列的旋转活塞式鼓风机已经完成了全部电气连接,并集成了电气控制和Sigma 2控制系统,是可以完成鼓风机工况监控和通信的整体系统。这些产品能够高效适用的进气量范围为2~72m3/min,工作压力范围-50~100kPa。这里的整体系统指的是供货的整机中已经包含了所有所需的检测和监控传感器,控制器和星-三角启动器或者灵活调节转速的变频器。这就意味着设计、安装和认证时所需的工作量都明显减少了,调整试车也更加可靠,因为所有的控制操作程序和调整参数的设置在出厂前都设置好了。这样的鼓风机在工作可靠性和可用性方面有着明显的优点,它能够更加节约能源,节省维护保养的费用。另外,它所需要的占地面积也很小。

Atlas Copco公司提供的中央控制系统可以对多达16台的压缩机进行控制。这一系统用于接收和处理压缩空气网络中压缩机、干燥机和其他检测仪器设备的过程数据。使用这一系统后,可以在节约10%电力能源的基础上实现可靠和高效的压缩空气网络。

气动自动化技术可以节约11000欧元

Sindelfingen市的污水处理厂中有6台功率为90kW,输送流量为500L/s,扬程最高8~9m的叶片泵。在使用(Festo公司DLP及DRD系列的)气动自动化驱动系统之前,叶片泵的单向阀常常需要打开让液体回流。这使叶片泵的输出功率减少了10%。

在进行自动化技术改造之后,不仅提高了现有叶片泵的工作效率,而且还降低了能源消耗。每年节约的电能高达89469kW,节约了11300欧元的电费。节约的电能相当于Sindelfingen污水处理厂总电能消耗的2%。

现在,这6台叶片泵组成的泵站占地面积更小,生产场地显得更加宽敞。同时,叶片泵工作时的噪声明显的降低了。控制回流的单向阀不常开启,密封非常严密,看不到溢流。在单向阀关闭时没有水力冲击的现象,因此也不会出现振动,延长了管道系统的使用寿命。在叶片泵停止工作时泵内出现的气体可以通过打开单向阀排放出去,保证了叶片泵能够很好的自动运行。

后期收益比投资回收期更重要

企业在考虑采取可持续性的节能措施时,常常会有这样或者那样的疑问。所采取的节能措施能够带来经济效益吗?对企业来讲,在能源效率和提高能源效率技术中的投资符合企业管理的目的吗?为了能够看清所带来的效益,企业决策者需要把眼光放得更长远(也就是说,要从中长期发展的角度来看)。初看起来,节能措施的实施需要投入较多的资金,但是在电力能源价格不断上涨的时候,节能所带来的经济效益是显而易见的,且对生态保护起到积极的作用。

德国电气和电子制造商协会(ZVEI)的调查研究表明:80%的被调查企业在评估时仅考虑了技术和设备的采购成本或者是投资回收期,而忽略了整个使用生命周期的受益。究其原因,采购人员不负责核算购买后的使用运行费用和其他后续费用。因此,德国电气和电子制造商协会(ZVEI)与Deloitte公司合作,在9家企业(ABB公司、Auma公司、Endress+Hauser公司、Festo公司、Krohne公司、Pepperl+Fuchs公司、Phoenix Contact公司、西门子公司和Vega公司)的支持下开发了一款独立于设备生产厂家的企业管理用设备使用寿命周期成本计算工具软件。

所采取措施经济效益的快速透明,不同提高能源效率措施的相互比较是设计这一软件的主要目的。在输入了基本信息之后,例如输入了采购费用、能源费用和使用运行费用之后,基于Excel的工具软件就可以根据它们的现值和年费用进行不同替代解决方案的比较。它能够评估出哪一种节能效果最好,哪一个替代解决方案的总成本最低,并给出这些方案的区别。这方案里面会出现设备的组件、部件以及部分设备等选项,得出它们之间比较的结果。由于这里涉及到的是企业管理经济性的具体元器件,因此不受具体应用和技术的限制,可以在工业化和企业基础设施建设中得到广泛的应用。

在瑞士Bachwis污水处理厂的具体应用中,有两种可能的选择:标准化的自动化技术改造(投资项目I),在这一方案中曝气池加氧采用的是时间控制方式;另一种选择是节能高效的现代化技术改造(投资项目II),这一方案是在传感器连续的含氧量和含氨量检测基础上的加氧。第二种变型方案所消耗的能源较少。初看起来,后一种方案的采购成本、费用比第一种高出了100%,是一种费用很高的方案,而且每年使用运行的费用也较高。但这种方案实施后却可以节约大量的能源:在污水净化设备设计的15年使用寿命内共计可以节约42%的能源费用,把整个使用寿命周期内的总成本费用降低27%。也就是说,可以节约40万瑞士法郎。

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