(广州华浩能源环保集体股份有限公司)
摘要：随着我国经济的快速发展，环境问题越来越受到人们的重视。水体污染问题一直是困扰人们生活质量的重要问题之一，污水处理厂应运而生。污水处理厂作为治理环境的排头兵，而电气设备则是污水处理厂的重要元素，其节能效果不仅关系到企业的效益，更为保障地球不受污染发挥着重要的作用。因此，如何节约电能是城市污水处理厂必须考虑的。一提标改造项目一期日处理3万t/d污水的污水处理厂安装了一台1250 kVA干式电力变压器，但实际运行最大的总工作负荷是510kVA，存在严重的浪费。基于此，运用清洁生产原理，提出了相应方案，通过把一台1250 kVA干式电力变压器减容为630 kVA，每月可节省14260元基本电费，而且能提供足够的电能满足污水厂一期运行需要。
关键词：节能；变压器减容；清洁生产
0引言
近年来，随着污水处理事业的不断发展，行业间的竞争日益激烈，运营管理成本高低关系到企业的兴衰。运营成本的降低最直接有效的措施是节能降耗。电能是各种能源中最为经济实用、清洁方便，且容易传输、控制和转换的能源，电气节能技术推广将有助于显著减少一次能源的消耗和环境污染。污水处理厂电气节能的就是要从电网开始，在供、配、用电的各环节上挖掘节电的潜力，其中有：线路和变压器的节能，尽量降低供电系统的损耗；大力推广“绿色照明工程”，使用高效节能电光源。在运行过程中，还要对整个电网实施在运行管理技术上的节能技术。
1 污水处理厂能耗构成分析
污水处理厂由于需要提升污水并需生化处理污水，需要大量的工艺用电设备（如提升泵及鼓风机等），为之需配套大量的供电及配电设备，并需设置较大的车间及水池池体。因此，污水处理厂在运行过程中会产生较大的设备电能消耗及电气设备自身损耗，所以必须采取有效的节能措施。措施主要分为工艺节能、建筑节能和电气节能三部分。
1.1 工艺节能
本项目运行中主要能耗是工艺设备用电、药剂、电气设备损耗等。而主要耗能设备是污水提升泵、污泥提升泵和鼓风机设备、尾水水泵等，用电量约占65%。污水处理厂污水提升泵、污泥提升泵采用高效率的潜水式污水泵。在确定水泵型号时力求水泵的实际运行工况点位于水泵特性曲线的高效段，并且进水泵及回流污泥泵装有变频调速装置，可根据水量情况由PLC自动控制以达到节能目的。曝气池采用低速潜水推进器，其池形和推进器布置合理，使其单位体积输入功率最低。此外微孔曝气器选用微孔橡胶膜管式曝气器，提高了供氧量能力及转移效率。鼓风机选用高速离心风机效率高，采用变频控制供气，根据生化池溶解氧DO值，控制风机转数，风量调节范围为50%～100%，降低能耗，节约电能。污水处理厂部分出水进行深度处理后充分回用于厂区绿化、道路浇洒、冲洗水等，减少新鲜水用量，此外还可用作污泥脱水机滤带冲洗水。
此外本工程工艺流程尽量减少转折和迂回，降低污水、污泥提升扬程，节省电耗。并尽量采用渠道配水，使水头损失降低到最低限度，以节约能源。
1.2 建筑节能
屋面采用膨胀珍珠岩作保温、隔热处理。单层建筑外墙采用240mm厚灰砂砖，外贴聚苯板做保温。建筑门、窗采用铝合金节能材质。
1.3 电气节能
除上述工艺节能措施以及建筑节能措施外，电气系统的节能措施同样至关重要。污水处理厂电气的节能措施很多，比如厂区布置因地制宜，合理降低水泵的扬程。在选用节能的新设备上，我们应具体了解其原理、性能、效果，或从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的；而在选择合适的系统结构及配置时，我们也应了解当地城市污水处理厂自动控制系统的现状和特点，再结合具体的生产工艺要求和处理规模，才能实现相应的系统功能，这也是一个污水处理厂自动控制系统成功的关键所在。下文着重分析探讨变压器节能措施。
变压器耗能由空载损耗和负载损耗两部分构成。所谓空载损耗是指电路中其他设备没有运转时变压器自身的耗能，空载损耗至于变压器自身的性质有关，与电路中的电负荷无关。而负载损耗，顾名思义即为电路中的负荷引起的电能的损耗，它主要与变压器制作工艺有关。
通常情况下变压器的实际负载率只有50%，为了节能的考虑，可以将变压器的负荷率提升到70%~80%的水平。污水处理厂中随着其投入使用的时间的延长其处理的污水会增多，直至达到污水处理厂的满负荷值。所以应该在污水处理厂中设计两台或三台不同型号大小的变压器，对于不同时期根据不同的污水量，选择适宜的变压器或者组合。这样当污水量较小时，可以选用较小的变压器，防止使用大变压器时负荷率小而造成浪费；当污水量较大时，可以选用较大的变压器或者一大一小搭配使用，这样既满足了污水处理的能量供应又减少了能量的浪费现象。
2实例分析
2.1工程概况
某污水处理厂以BOT方式投资建设和运营，于2009年5月开工建设，规划日处理能力为6万 t/d，其中一期工程日处理废水3万 t/d，采用周期为4h的CASS工艺，处理生活污水。一期工程铺设污水管道13 km，污水收集面积约10 km2。该厂2011年7月开始运行，到2017年实际日处理污水少于设计水量，是2.2万t/d。设计院当时考虑二期工程污水量，在一期工程时设置1台1250kVA干式电力变压器。
2.2污水处理厂设备功率
污水处理是环保公益性事业，是高能耗、微利行业，是国家落实节能降耗政策的主要工具。污水处理属能耗密集型行业，其消耗的能源主要包括电能、燃料及药剂等潜在能源，其中电能消耗为0.2～0. 4 kW・h /m3，主要用于污水的提升、生物系统的供氧以及污泥处理这几个工艺过程，有节能空间。该厂主要设备功率。
表1 负荷计算表
2.3变压器减容是该项目清洁生产审核的重点
清洁生产是从源头削减污染，提高资源的利用效率，减少或避免生产过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。清洁生产审核是对生产过程进行调查和诊断，判定出企业不符合清洁生产要求的地方和做法，找出能耗高、物耗高、污染重的原因，并提出解决方案，以达到节能、降耗、减污、增效的目的。运行期间，该厂运行时设备总功率是623 kW，最大运行负荷是510 kVA，功率因数在0.93～0.96。由于该厂安装使用一台1250kVA干式电力变压器，但实际使用电量过少，约为其1/3，最多占用40%，所以变压器容量过大，变压器铜铁损耗大，存在“大马拉小车”现象。该厂自2011年运营到2017年3月，实际污水量约为设计的65%，最大用电负荷约为40%，以大工业用户基本电费按每台变压器容量计算（1250 kVA×23元/月）基本电费每月高达28750元。
生产审核重点的原则：（1）容易产生显著的环境效益和经济效益的环节；（2）能源的节约和资源的削减有明显改进潜力的环节，该厂把变压器容量减少为630kVA作为清洁生产的审核重点和节省费用的主要措施。
2.4变压器减容方案进行可行性评估
2.4.1 进行技术评估
设计院设计时考虑二期工程，在一期日处理3万t/d污水的规模配置1台1250 kVA干式电力变压器，造成变压器容量增大，增加基本电费支出，增加运行成本，因此把该变压器更换为1台SCB13-630 kVA型干式变压器。该产品是高效节能，绿色环保新一代干式变压器。SCB13-630 kVA干式变压器，参数是空载是1070 W，负载是5880 W，少于国家GB20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》二级标准节能值。该变压器减容方案可提高资源利用率，技术途径合理，能提供足够的电能满足污水厂一期运行需要，与我国的能源政策相符。
2.4.2 进行经济评估
对该变压器的减容方案进行了经济评估，经过上述可行性分析后，该厂变压器设计为630kVA是可行的，且经济效益非常可观。在2017年4月该厂把变压器减容为630kVA后，功率因素在0.93～0.96，每月基本电费由原来的23000元降为14260元。
小结：
（1）污水处理厂应充分运用清洁生产的原理，对能源消耗较大，具有较大经济效益的环节进行整改，更好地为公司减少支出，增创效益。
（2）设计院在变配电系统设计时高压（10kV）供电系统按（一、二期）工程负荷进行设计在高压配电室预留二期高压出线柜安装位，变电及低压配电系统按一期负荷进行设计，目前变配电系统设计普遍采用这种设计方案。
3.结束语
电气节能环境是人类生存和发展的基本前提。环境为我们生存和发展提供了必需的资源和条件。随着社会经济的发展，环境问题已经作为一个不可回避的重要问题提上了各国政府的议事日程。污水处理厂的主要作用是通过处理工业和生活中的废水使水净化后能够循环利用。但是许多污水处理厂在处理废水时耗能过大，浪费现象明显，甚至入不敷出。因此降低污水处理厂耗能问题迫在眉睫，降低成本做到真正的节能具有较为重要的社会意义和经济意义。
参考文献：
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[2]苏荣军，谷 芳，车春波.工业企业清洁生产理论与实践[M].北京：化学工业出版社，2009.
[3]环境保护部污染防治司.精细化清洁生产审核[M].北京：化学工业出版社，2009.
论文作者:王玉生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
标签：污水处理论文; 变压器论文; 节能论文; 污水论文; 电能论文; 清洁生产论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第30期论文;