張大鵬

1  系統概況
曝氣池是污水處理系統的核心設備，鼓風(fēng)機將壓縮空氣通過(guò)管道送入曝氣池，使空氣中的氧溶解在污水中，供給活性污泥中的微生物。污水中的含氧量必須保持在適當的范圍內，否則微生物就會(huì )缺乏活性，起不到降解作用。由于鼓風(fēng)機的風(fēng)壓是一定的，風(fēng)量只能靠出氣閥調節，實(shí)際生產(chǎn)運行中出氣閥開(kāi)度一般在50%～70%。因此，在上述過(guò)程中如果應用變頻調速系統控制風(fēng)量，即可滿(mǎn)足工藝要求又可達到節能效果。
2  節能原理
離心式鼓風(fēng)機屬典型的平方率負載，理想的平方律負載的阻轉矩T與轉速N的平方成正比，即
T=KtN2    （Kt為轉矩常數）                      (1)
P=KtN3/9550=KPN3   （KP為功率常數）             (2)
平方律負載的功率P與轉速N的三次方成正比，即
因此，在工藝允許的范圍內盡可能的降低轉速才會(huì )取得最佳節能效果。
3  應用中出現的問(wèn)題
(1)  最佳節能效果
現代變頻器有許多先進(jìn)的功能，合理的選擇利用會(huì )取得更好的效果。如圖1所示，曲線(xiàn)0是平方律負載的機械特性，曲線(xiàn)1是電動(dòng)機在V/F控制方式下的轉矩曲線(xiàn)。當轉速為Nx時(shí)，負載轉矩為T(mén)x，電機轉矩為T(mén)mx，可以看出，在低頻運行時(shí)，電動(dòng)機的轉矩與負載轉矩相比，仍高出許多，也就是說(shuō)該系統還有很大的節能潛力。因此合理的選擇變頻器的V/F曲線(xiàn)，可取得進(jìn)一步的節能效果。但是在減低V/F曲線(xiàn)時(shí)，要注意低頻時(shí)的啟動(dòng)問(wèn)題。如圖1中的曲線(xiàn)0和曲線(xiàn)3相交于S點(diǎn)，顯然在S點(diǎn)以下系統不能啟動(dòng)。
(2)  喘震問(wèn)題
在實(shí)際應用中會(huì )發(fā)現，如果變頻器運行于41Hz左右時(shí)，系統就會(huì )發(fā)生嚴重的震蕩，電流大幅變化，電機發(fā)出刺耳的噪音。
  

圖1  平方律負載機械特性曲線(xiàn) 

圖2  系統防喘震分析示意圖

原因分析，如圖2所示，鼓風(fēng)機風(fēng)道出口位于曝氣池底部，曝氣池水位h是固定不變的，只有風(fēng)道壓力Pf大于水體對風(fēng)道的壓力Ps即Pf-Ps>0時(shí)空氣才能順利送入池中。當Ps與Pf非常接近時(shí)，由于Ps和Pf總有微小的波動(dòng)，這時(shí)它們之差就時(shí)而大于0，時(shí)而小于0，因此壓縮空氣流呈斷續狀態(tài)，這就導致電流大幅波動(dòng)，從而發(fā)生喘震現象。此時(shí)的頻率稱(chēng)為喘震頻率Nc。為避免喘震現象的發(fā)生，可以在選擇V/F曲線(xiàn)時(shí)使S點(diǎn)對應的頻率Nmin>NC，并且變頻器下限頻率設定為Nmin即可解決問(wèn)題，而此時(shí)的節電效果恰恰也是最好的。
(3)  上限頻率
由于負載轉矩與轉速的三次方成正比，如果實(shí)際轉速高于額定轉速，負載轉矩可能大大超過(guò)額定轉矩。另外變頻器一般具有轉差補償功能，當變頻器顯示50Hz時(shí)，其實(shí)際轉速一般高于50Hz，從而引起電機過(guò)載、軸承加速損壞等問(wèn)題，因此應設定上限頻率為49Hz。
4  改造效果
(1)  風(fēng)機電機功率為110kW，實(shí)際測量改造前電流為120～130A，采用FUJI110kW變頻器改造后電流為70～80A，頻率基本穩定在43Hz，應用公式(2)計算，月節電18000kWh。以每年運行11個(gè)月，每度電0.45元計算，每年可節約電費9萬(wàn)余元。
(2)  應用變頻調速后，電機轉速下降，軸承等機械磨損減少，壽命延長(cháng)，維修工作量減少。
(3)  應用變頻調速后，電機可以軟起動(dòng)，起動(dòng)電壓降減少，對電網(wǎng)的沖擊大幅減少。