节约能源是永恒的主题

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


图1 Flygt Experior水泵由N-叶轮技术、智能运行控制技术和优质发动机技术3部分组成

供水和污水处理领域的节能泵技术趋势——在供水和污水处理领域,市政部门面临着越来越多的挑战,工程建设中经常出现着资金不足,生产过程成本提高等状况,如何按照预期圆满完成任务,高效能源利用技术是解决上述难题的一个重要方法。如今,供水泵和污水泵就在高效利用能源方面扮演着重要的角色。

“在供水和污水处理领域中,节约能源的方法多种多样。今天,在污水处理领域中通过更换高效节能的设备来节约能源已然是大势所趋。”德国能源与水经济协会BDEW的总负责人Martin Weyand先生说到。

水资源经济领域中,设备的能源需求与原水、污水的处理力度、分配体系结构和收集方法有着密切的关联。目前,据公共事业协会KUV介绍,供水系统的所有成本费用中,能源费用平均占到了16.6%的比例。在市政部门管理的污水净化处理设备中,能源费用甚至高达25%。因此,节能毫无疑问在水资源经济管理中具有非常重要的意义。

在过去的几年里,2/3的企业都成功采用了节能优化的技术措施,事实也充分证明了技术改造的效果。

2006~2011年,市政企业平均把它们的一次能源需求减少了11%,并计划到2016年把一次能源的需求减少23%,仅通过提高效率这一项措施就把能源消耗减少了将近1/4。


图2 “加强可再生能源的生产和使用是供水和污水净化处理企业的工作重点。”
—— Martin Weyand先生,德国能源与水经济协会BDEW总负责人

供水系统中的能源效率

供水企业应随时保证为其客户提供足够的高质量且压力稳定的自来水。自来水质量和供水可靠性有着绝对的优先性,但每一家供水企业也都承受着巨大的压力——降低供水设备使用运行的成本和费用。衡量这一经济性的尺度是生产原水的比能耗kWh/m3。然而,什么样的数字表示“好”,什么样的数字表示“差”呢?

德国燃气与水工业协会DVGW设在Hamburg-Harburg技术大学的研究所TUHH在“供水中的能源效率与节能”项目一项调查给出了有趣的结果。422家参与调查的供水企业(电力)比能耗的中值为0.58kWh/m3。谁的比能耗中值低于这一数字,谁就要想方设法采取相应的技术措施了。用审视的眼光来看,泵有着很高的节能潜力,水厂生产成本中的25%~50%源于输送自来水、向过滤设备供水以及提高自来水压力的水泵。

这里有3个经济性很好的水泵实例:KSB公司自1936年就一直连续生产的Etanorm水泵,包括了当前的43规格的两极和四极绕组电机的新一代。它的辅助装置扩大了泵的使用范围,能够更好地保证泵在最佳工作点处运行。在泵的研发设计时,KSB的工程师广泛采用了计算机流体动力学技术(CFD),绘制泵的流体动力学轮廓。
研发设计的水泵满足了2015年欧盟水泵技术规范547/2012/EU(新版技术规范)的要求。


图3 Andritz公司开发的模块化轴技术通过简单输送条件的变化增加或者减少泵轴等级,很好地满足了污水输送任务的要求

Grundfos公司研发生产的NK系列和NB系列标准泵和座式泵有着非常出色的液体动力学性能(例如:NK/ NB250-400的水力效率88%)。在变流量输送中,变频器配用了MGE高效电机(IE3节能等级、标准产品的功率可达22kW,NKE及NBE系列水泵能自动调节转速,拥有与工作特性相匹配的叶轮尺寸,因此有着更高的节能潜力。

Flowserve公司研发生产的单级卧式MEN系列水泵涵盖了广泛的水力学应用范围,同时减少了水泵使用寿命周期内的使用运行费用。研发生产的MENBloc单级端吸泵可按照模块化结构生产和供货,两种型式的水泵都非常坚固耐用,有着很长的使用寿命,性能可靠。

高效污水净化处理

德国96%的居民都与市政污水处理网联网了,整个污水净化处理网络的水渠总长515000km,连接着大约10000个污水净化处理厂。

一般来讲,这些污水净化处理厂是最大的市政用电大户,平均消耗了市政用电的20%左右,比学校、医院、行政大楼等市政设施的耗电量都要多。10000家污水净化处理厂每年消耗的总电力大约为4400GWh。德国联邦环境署UBA估计:当污水净化处理厂采用了更高效的曝气技术、更好的仪器设备控制以及节能的电机及水泵时,可以节约20%左右的电力。

污水净化时,曝气过程是污水净化处理流程中能耗最大的工艺步骤,此外,其他耗电较大的设备是连续运行的泵类(污水净化处理池的供水、中间泵站、污泥回流、内循环和消化塔中的污泥消化循环),第三大类的能源消耗设备是连续运行的搅拌设备,例如脱氮和消化塔中的搅拌设备。

在污水净化企业中,节能优化的前提是首先分析清楚最大耗能设备(压缩机和水泵)的实际状况。


图4 生物降解和二次沉淀污水净化处理厂各工艺阶段的能源需求分布

第一步,也是工作量相对较少的办法就是:在水泵、压缩机中改用高效节能的电机。

例如Wilo公司就把其生产、制造的水泵和水泵控制系统按照污水净化处理厂的要求进行了改进和完善,最新的Solid系列离心泵适合于输送含有大量未处理固定物质的污水,其使用了非常节能的IE3电机。新的固体物质分离系统也保证了更高的工作可靠性,在节能方面树立了新的尺度。

由Xylem公司开发的水泵技术Flygt Experior由自适应的N-叶轮、智能运行控制技术和优质发动机技术3部分组成,保证了较低的能源费用以及在污水净化处理的高稳定性和高效率。它代表了目前智能化的污水泵控制技术趋势,保证了各种工作状况下都能通过转速匹配在最佳工作点处工作。Flygt泵的第一个实际应用的案例清楚表明,Experior技术能够实现的节能潜力高达50%。

当用户对泵的工作可靠性、免维护、使用寿命、效率和输送灵活性等方面提出了高要求时,Andritz公司研发生产的水泵就是一个理想的选择,它不再是贯穿整个泵体的通轴设计,而采用模块化轴技术,通过简单地根据输送条件的变化增加或者减少泵轴等级,很好地满足了污水输送任务的要求。
  
结语

在供水及污水净化处理整个生命周期成本费用中,泵是一个重要的成本因素。水泵的使用者应该向多家水泵生产厂咨询,了解其总寿命周期的成本,用创新的高效节能的水泵取代现有设备是非常值得的投资。

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