耗电大户必须节能

作者:Hans-Jürgen Bittermann 文章来源:PROCESS德文版 发布时间:2015-06-03

在市政领域中,市政污水处理厂的平均电力消耗占整个市政领域的20%,图中曲线表示市政污水净化处理设备的电力消耗情况

节能的污水净化处理设备和压缩空气技术——污水净化处理设备使用节能技术已不再是可选项目了,而是必须履行的义务,在众多的污水净化设备中,空气压缩设备是耗电大户,污水净化曝气系统所消耗的能源占到整个污水处理厂电力消耗的50%左右。

污水净化技术设备属于耗电大户,德国接近10000个市政污水处理厂每年消耗的电力大约为4400GWh。单位电力消耗与污水净化设备的规模有着直接的关系,4级和5级的污水净化设备与小型污水净化设备相比,单位电力消耗明显小得多。大约2200座4级和5级的污水处理厂处理了90%以上的污水当量,而它们所消耗的电力能源仅占全部的87%。

鲁尔协会公布的有关数据如下:污水净化时,每一人口当量每年消耗大约35kWh的电力,而大约2%~3%的中小型污水净化处理厂每年每人口当量消耗的电力大约为1500kWh。

因此,提高能源利用率是一项非常有意义的工作。例如曝气可通过使用高能效的电机和水泵,改进和完善污水净化设备控制系统。若全面贯彻落实了这些措施,德国全境的污水净化处理厂可以节约原来能耗的20%左右,意味着减少CO2排放60万t。污水处理厂节约能源主要有以下几个措施。

优化生产操作和工艺流程,例如最佳的氧含量和含固率TS,最佳回流比,通过曝气控制系统减少压缩空气的泄露,从压缩空气管道中释放出冷凝水等。

提高污水净化设备的自动化程度,例如变频器的使用,缩短搅拌时间或控制曝气。

使用高效节能的设备,例如更换能耗低的鼓风机、曝气设备和水泵等。


图1 Festo气动板式截止阀每年能为污水净化设备运营商节约11300欧元的水泵运行费用

曝气设备的优化

Aerzener专为市政和工业污水净化研发生产了第5代AT曝气设备。这种曝气设备共有11种规格,排气量范围4000~13200m3/?h;压力范围10~40kPa,电机最大功率为300kW,配备高速永磁电机,可与变频器配套使用,无需其他机械部件就可以在转速范围40%~100%内无级调速,满足了波动的曝气需要。变频器和电网整流器均全部集成到曝气设备中,与传统电机相比,这种高速永磁电机明显有着更高的能源利用率。曝气设备驱动采用无油润滑、非接触、无振动的空气悬浮支撑方式。

Kaeser公司研发生产的BBC和FBC系列旋转活塞式鼓风机集成了全部的启动控制电气和Sigma Control 2版的控制通信监控系统。鼓风量范围2~72m3/min,可高效节能的产生最高100kPa的正压或者50kPa的负压。这里的全部集成表示的是:提供带有传感器、控制系统、星-三角起动器和变频器灵活调速的整套设备,意味着曝气设备用户在污水净化系统的设计、建造、认证和检验记录等方面减少了很多工作量,因为所有的程序和设置都均已在出厂前完成,可靠地保障了曝气设备的调整试车。曝气机组为用户带来了众多在工作可靠性和可用性方面的好处,能够节省能源,方便进行维护保养,也最大限度地降低了故障发生。

Atlas公司研发生产的ES 16中央控制系统最多可以管理16台鼓风机,这种控制器可作为压缩空气网络的中央控制单元,获得压缩机、干燥机的工作信息,接收和处理其他检测仪器仪表的数据信号等。它建立了可靠、高效、节能10%的压缩空气供应网络。


图2 Aerzener专为市政和工业污水净化研发生产的第5代AT曝气设备

气动自动化技术降低运行成本

Sindelfingen市的污水处理厂有6台离心泵,每台离心泵的功率为90kW,最大输水量为500L/s,扬程可达8~9m。在使用Festo的气动伺服驱动装置DLP及DRD之前,逆流止流器必需经常由泵来打开,而这往往使泵的输水能力减少10%。

在相同的泵输送功率情况下,自动化技术改造后所需的能源消耗则少多了,每年可节约的电力为89469kWh,折算为11300欧元,这一数字相当于Sindelfingen市污水处理厂全部电力能源需求的2%。

现在,泵站的工作情况更加一目了然,污水净化设备所需的占地面积也更小了,而且设备工作时的噪音也明显降低。由于截止阀密封严密,不会出现不知不觉的泄露事故。在截止阀关闭时也不会有水力冲击了,从而避免缩短管道系统使用寿命的管道震动出现。水泵停止使用时出现在泵体内的气体也可通过打开截止阀而顺利地释放出来,保证了水泵的自动化运行。


图3 Kaeser的BBC和FBC系列旋转活塞式鼓风机集成了全部的启动控制电气和Sigma Control 2版的控制通信监控系统

赢利比投资回收更重要

贯彻落实节能措施长期效果的一个决定性问题是:所采取的措施到底有多经济?从企业管理的角度出发,改善节能的技术设备的投资值得吗?我们必须把眼光放得长远一些,在能源价格不断上涨的背景下,通常第一眼看起来价格昂贵的技术往往具有减少全生命周期使用成本的优势,

德国电气和电子制造商协会ZVEI公布的数据表明,大约80%的投资者在投资时首先考虑的是采购价格,或者是投资回收期,但没有考虑盈亏平衡,例如从整个使用寿命周期的角度来考虑问题,原因在于,采购员并不对设备购进之后的使用运行费用和后续费用负责。因此,ZVEI协会与Deloitte和其他企业(ABB,Auma,Endress+Hauser,Festo,Krohne,Pepperl+ Fuchs,Phoenix Contact,Siemens,Vega)的支持下进行了独立于生产厂家的合作,开发了总寿命周期成本经济性考察工具LCE Lifecycle Cost Evaluation。

利用这一工具后,采用节能措施前后的对比效果就很明显了,根据输入的采购价格、能源费用、使用运行费用等基本信息能从现金和年金两个方面对项目替代方案进行比较,依次评判哪些选项是节能高效的,哪些措施能够带来较低的总成本费用,定量给出不同方案的差异。其中可比较的选项可以是一个个具体的零件,也可是组件以及设备。由于这一工具是一个纯企业经营管理方面的工具,它没有特定应用和特定技术的限制,因此可在多种工业领域和基础设施建设中使用。

在瑞士Bachwis污水净化处理厂项目的实际应用案例中,这一工具给出了两个可能的选择:标准的现代化技术方案(投资项目I)中,曝气池加氧采用的是时间控制的技术方案;在节能型的技术方案(投资项目II)中,曝气池加氧在传感器对含氧量和氨氮含量连续检测的基础上曝气加氧。后一种曝气加氧控制方案的能源消耗明显要少,采购价格比标准的现代化技术方案价格高出100%,而且年使用运行费用也较高,但它可以节约很多的电力能源,按照设备使用寿命15年计算可以节约42%的电力,可把总寿命周期内的成本费用减少了27%,共计节约约40万瑞士法郎。

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