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作者：千帆悦

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一、前言

摘要:大型市政污水厂运行能耗统计中，提升输送系统及曝气供氧设备能耗约占60%以上，可见强化运营公司自身的能耗结构分析，评价运营公司的真实能耗水平，挖掘经济运行潜力，推进和支持提效降耗工作有很大的节约空间。

图1大型市政污水厂能耗统计图

二、提升输送系统经济运行技术标准

01

评价指标与定义

★：性能曲线上表示泵实际运行状况的点，是扬程曲线与阻力曲线的交点。流量是指单位时间内从泵出口排出并进入管路的液体体积；扬程是指泵产生的总水头，等于泵出口总水头与入口总水头的代数差。

★：泵传递给输出液体的功率，用下式表示：

Pu=QHγ/；

式中Pu—输出功率（kw）；Q—流量（m3/S）；H—扬程（m）；

γ—比重（kgf/m3）

★：泵的输出功率Pu与电动机输入功率P1之比，用下式表示

ηgr=Pu/P1x%；

★：反映机组或系统能耗水平的评价指标，一般取0.为基准值，对应机组效率68%。

★：以某一时间段进厂流量计测得水量累计值除以计量小时数得出。

★：按照正常工作水位计算出静扬程，考虑出水管路沿程、局部水头损失，计算出水泵实际工作扬程。实际工作扬程核算是水泵机组或系统能效核算的重点和难点，务必准确可靠。

★：指机组的电动机输入功率，取某一时间段电度计量表测得的电量值除以计量小时数得出。

★：计算机组效率。

★：独立的提升输送系统一台或多台泵联合运行时，使用系统的总流量、平均扬程、总功率计算出的综合效率。

★=（实际效率/额定效率+吨水提升1米能耗基准值/实际值）/2x%

其中：实际效率/额定效率：

反映提升泵运行条件或水平是否达到提升泵本身固有效率，是否物尽其用；

其中：吨水提升1米能耗基准值/实际值：

反映提升泵实际能耗水平与基准水平的差距。

提升泵：包含进水、中间提升、外回流、外排一系列类型。

★=实际效率/额定效率x%；

污泥输送泵：包含初沉污泥、剩余污泥、脱水机进泥、高效沉淀池污泥回流。

02

校验实际工作扬程

图2实际与设计静扬程的偏差示意图

如上图所示，泵体设计静扬程为泵体设计运行水位与输送端自由液面的差值；而泵体的实际静扬程为实际运行水位与输送端自由液面的差值，如图H-stat所示。泵体的实际静扬程往往小于设计静扬程，因此需要现场根据实际运行情况校验。

★=输送端自由液面—实际运行水位液面

图3泵体管路局部损失计算示意图

★：由管道内壁和泵送介质之间的摩擦引起的，与管道的长度和管道的摩擦系数成正比。

★=Σζ*v2/2g

★：由水流的突然变化引起来的，与水流的“突变”大小成正比。局部损失系数可从损失系数表中查出。如上图所示，闸阀、90o弯头、45o弯头、同心异径管等局部阻力损失系数。

★=Σζ*v2/2g

综上所述：

实际工作扬程=实际静扬程+沿程损失水头+局部损失水头

图4泵体输送管路水力损失计算图

03

泵体输送管路设计优化

★

图5泵体管路含截止阀安装示意图

图6泵体管路不含截止阀安装示意图

通过减少截止阀等阀门数量，有效减少局部水力损失，从而减少泵体实际工作扬程。

★

图7泵体管路多泵单管安装示意图

由于多泵并联至总管输送运行方式，并且流量、扬程波动大，供水泵工作效率低，建议采用单泵单管的方式。

★

图8泵体管路出水堰设计示意图

采用出水堰的设计型式，最大程度利用泵体转化的能量，将水力损失减少至最小。

04

水泵经济运行控制措施

★水泵机组须工作在高效区内

运行人员必须熟知水泵Q-H性能曲线、效率曲线、能耗曲线，高效工况点范围。确保水泵运行常水位对应的扬程在水泵Q-H性能曲线高效区对应的扬程区间。水泵的高效区为最高效点效率的±15%对应的工况点区间。如：泵最高效率为80%，实际运行效率应不低于68%，假设电机效率为90%，这台泵的机组效率应不小于61.2%。

「经验」水泵扬程偏离设计扬程越大，效率越低、震动越大，往往会产生随气蚀现象、机封、轴承寿命大大缩短，电机容易进水烧毁，更严重的导致断轴、掉叶轮。所以判断水泵是否高效，简单直观的办法是：叶轮是否有气蚀、水泵震动情况、水泵维修的频率等等。

★如果水泵运行在低效区，则必须采取措施提高机组效率。

主要措施如下：

▲更换合适的水泵叶轮

▲加装变频器

▲重置水泵

详述如下：

措施一：「更换合适的水泵叶轮」一种型号的泵一般有多个叶轮可以适配，多个叶轮的扬程、流量会逐级变化。因此，在发现水泵扬程不匹配时，首先应该咨询泵生产厂，该泵是否有更适合工况的叶轮可以代换。更换叶轮是最经济、最容易实施的方案，但更换叶轮提高效率幅度有限，通过换叶轮往往达不到最佳高效区。与更换叶轮相似的处理方式，就是对现有叶轮进行切削，也可以降低扬程，提高效率。但是该种操作要求精度较高，掌控较复杂，一般不建议。

图9泵体不同叶轮性能曲线图

上图是某种型号的泵分别配、、、、几种尺寸的叶轮性能曲线，随着叶轮尺寸的减小，泵的高效点和相应的的工作扬程降低。因此，当发现水泵实际工作扬程小于设计扬程时，可以通过选用小叶轮来解决。

措施二：「加装变频器」一台水泵的扬程与转速成正比关系，因此加装变频器，降低转速，可以降低扬程，相当于对泵性能曲线向左平移，即在低扬程、低转速下达到相对高效运行。

图10泵体不同频率性能曲线图

「经验」当集水坑液位升高时，水泵扬程下降，为了保持泵的运行安全及经济高效，需要降低频率运行，尤其是实际扬程已经已经严重偏离泵设计扬程，超出或接近曲线末端时，更要降频运行，这与一般泵站控制规程中约定的液位升高、提高频率运行是矛盾的，在实际工作中要具体对待，首先保证泵运行在无气蚀的安全区，然后根据水量需要，尽可能保持在高效区，若频率提高会大幅降低水泵效率，则可以保持该频率运行，通过增加启动台数来增加流量，而不必将变频泵调高转速到工频后再增开水泵。

措施三：「重置水泵」泵重新选型重置虽然一次投资加大，但一般可以最大幅度提高效率，尤其是当旧泵扬程偏离严重、故障频繁的情况下，泵重新选型重置是非常有必要的。重置水泵包括如下3个步骤：

步骤一：扬程测算

泵的重新选型，扬程重新测算是必要的第一步，包括净扬程和管路、局部水损，不仅要看图纸，还要实地测量，尤其是净扬程，实际水位与图纸设计的运行水位难以一致，必须现场测量。同时，对管路进行评估，拆除不必要的阀门，尽可能减少管路弯头，优化管路设计，最大限度减低水头损失。

步骤二：方案选型

邀请合格供应商到现场勘查，重新核算扬程、流量，对厂家核算的扬程参数与自己核算的进行对比校核，统一意见后，让供货商出具选型方案。

步骤三：经济性比较

对各家提供的方案进行经济性能对比。对比时不要只看设备参数表中的数据，要以性能曲线参数为主，首先计算出常水位对应的扬程区间，在每台泵的性能曲线上找出该扬程对应的效率，作为该泵的有效效率，根据有效效率来计算一定周期电耗（一般取相同水量的1年的电耗，）用旧泵同周期的电量（一般取1年的实际电量）与新泵计算电耗量的差值，计算出节电量、节约金额、投资回收期，一般投资回收期最短的方案作为实施方案。

三、鼓风曝气系统经济运行技术标准

01

评价指标与定义

★=（实际效率/额定效率+实际每千瓦时产气量/额定每千瓦时产气量）/2x%；

其中：实际效率/额定效率：

反映风机运行条件或水平是否达到本身固有效率，是否物尽其用；

其中：实际每千瓦时产气量/额定每千瓦时产气量

反映提升泵实际能耗水平与基准水平的差距。

提升泵：包含进水、中间提升、外回流、外排一系列类型。

02

风机设备选型要求

★风机应选用高效节能型风机，新项目首先空气悬浮和磁悬浮风机，已经运行的项目，处理水量在2万吨/日以上，可以将原多级离心风机、罗茨风机更换为空气悬浮或磁悬浮风机。

★风机性能应该与工况相匹配，风机或机组的输出风量应该能够根据需要灵活调节，并保持经济高效运行。

★不建议风机在额定风量的50%以下（或变频小于30HZ）运行，若需要以上工况，建议更换小风机用以调节风量。

03

风道管路设计要求

★应合理布置风机进出口管路，管网中应减少90o弯管及其它通流截面突变的管件。

★对高速气流管网，转弯处应采用曲率半径大的弯管。分流与汇流时应采用30o的Y形分支管。对中速或低速气流的管网，分流与汇流时应采用45o或30o的Y形分支管。

★应保持管网的清洁和部件的有效性，过滤或控制装置的压力损失应在厂家规定的范围内。

★若系统的调节部件失灵或其他零部件不能正常工作、系统连接处有明显泄漏均认定管网运行不经济

04

风机房管理要求

★鼓风机进气温度应小于40℃，气体中固体颗粒含量，罗茨风机不应大于mg/m3，离心式鼓风机不应大于10mg/m3，当超过上述规定的条件是应该对进入风机的空气进行相应的降温、除尘处理。

★应根据鼓风机本身和曝气器的要求，设置空气除尘设施。

★对于微孔曝气器，进风宜采用粗效-高效顺序联合除尘，除尘后空气中固体微粒含量应小于15mg/0m3。

05

风廊及过滤器的设置要求

★为了风机运行安全稳定和微孔曝气膜片的长期稳定运行，在空气质量较差、风沙频繁的地区风机房要设置风廊。

★单级高速离心风机、空气悬浮风机、磁悬浮自身带有空气过滤器，其过滤精度要求高，但因过滤面积相对较小，更换费用较高，因此一般要求在其进风前端设置带有过滤装置的进风廊道，密封条件好的风机房，可以对机房的窗户密封、进风口加装过滤网过滤棉，起到过滤风廊的效果。

★罗茨风机、多级离心风机对空气过滤精度要求较低，但是为了保持后端的曝气曝气膜片长期稳定运行，建议也要增设进风过滤装置或进风过滤器。

★鼓风机风廊应保持清洁，严禁存放任何物品，每月至少检查清洁一次。风廊卷帘过滤器应设置根据压差自动启动，不能自动的应每月至少更换（卷动更新）一次，滤袋过滤器应三个月至少更换一次。

★风机过滤器后端安装玻璃管“U”型差压计，一般情况下要求当过滤器压差超过2CM水柱时，需要清洗或更换过滤器滤芯（滤棉）。空悬浮风机等带有进风口负压检测仪表的，要严格按照操作维护手册清洗更换过滤器。

06

微孔曝气器运行要求及堵塞判断方法

★堵塞系数法

对于微孔（扩散器）曝气器的堵塞用堵塞系数（用F表示）来衡量，堵塞系数是实际氧转移效率与运行起始的氧转移效率之比。无堵塞的微孔曝气器F值为1，F＞0.9为轻度堵塞；F值在0.7～0.9之间则为中等堵塞；F＜0.7为严重堵塞；当F＜0.8时应考虑将曝气池放空清洗了。由于目前国内微孔曝气系统还没有堵塞系数在线监测装置，只能采用以下界定标准。

★压强监测法

在鼓风机房风机的出气管道上设置压力计，当实际压力表指示数值比曝气系统运行初期升高0.8m水柱应考虑将曝气池放空清洗了。压强换算单位如下:

1m水柱=0.1Kgf/cm2=0.1bar=10KPa

通常情况下，风机出口压力应高于生化曝气池有效水深1米水柱左右，当风机压力超过生化曝气池有效水深1.3米水柱以上时，一般需要考虑将曝气池放空清洗。

★溶解氧监测法

测量曝气池末端混合液的DO值，如果DO值长期低于2.5mg/l应考虑将曝气池放空清洗。

★能耗监测法

在DO恒定的条件下，能耗升高，则说明扩散器已经堵塞。如果能耗升高20%应考虑将曝气池放空清洗。

★气泡大小观察法

定期观测曝气池表面逸出气泡的大小。如果发现逸出气泡尺寸增大或气泡结群，说明扩散器已经堵塞，因此在运行初期应详细观察各池及池内各段的气泡尺寸、形状及分布情况，作好记录。当曝气池表面逸出气泡直径大于2mm应考虑将曝气池放空清洗了。

★曝气池表面局部剧烈翻腾点观察法

如果曝气池表面有局部剧烈翻腾现象，当一套生化系统有两处以上局部剧烈翻腾的现象就应考虑将曝气池放空清洗

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