Енергийна ефективност на помпи за ПСОВ

В и КСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 8, 2014

Помпите са сред основните компоненти на пречиствателните станции за отпадни води (ПОСВ) и намират широко приложение в много видове преработващи операции. Използват се за повдигане нивото на постъпващите отпадни води в станцията с цел гравитационното им довеждане в следващите съоръжения, за транспортиране на отпадните води след първичните утаители към биофилтрите, за пренос на различни видове утайки при отделните технологични процеси – рециркулация, обезводняване, оползотворяване и други.

Намират приложение и в случаите, когато се прилага помпено разбъркване на утайките в метан танковете и откритите изгниватели, при подготовка, разбъркване и подаване на реагенти в съоръженията на реагентното стопанство.

Други задачи, изпълнявани от помпите, са изваждане на пясъка от пясъкозадържателите и транспортирането му, пренос на утайкови води от уплътнители, метан танкове, изсушителни полета, както и на площадкови води пред първичния утаител. Разнообразието от приложения в пречиствателните станции налага използването на различни конструкции помпи.

Общото за тях е немалкият разход на енергия при експлоатацията им. Поради тази причина една част от мерките за повишаване енергийната ефективност на пречиствателните станции са насочени именно към повишаване ефективността на използваното помпено оборудване. Това може да се постигне със стандартни мерки, които не изискват въвеждането на сложни технологични иновации.

В същото време те са от изключително значение за намаляване и оптимизиране на енергийните разходи в ПСОВ. Намалените енергийни разходи могат да бъдат в резултат на намаляване на мощността на помпената система и работа в режим близък до оптималния, замяна на неефективно работещите помпи, избор на по-ефективни двигатели и използването на честотно управление.

Неефективната работа на помпите често е в резултат от тяхното неправилно оразмеряване, промени в условията на работа или очакването помпата да работи при различни условия. Сред признаците, които могат да бъдат индикатор за недобре реализирана и експлоатирана помпена система, са: честото спиране, наличието на кавитационен шум в помпата или някъде в системата, загряване на двигателя, невъзможност да се достигне максимален дебит и др.

Различните методи за контрол на дебита също могат да окажат негативно влияние върху ефективността на помпената система. Обикновено регулирането на дебита е чрез използването на дроселираща арматура, байпасен тръбопровод, паралелна работа на различен брой машини и промяна на честотата на въртене. Всеки един от тези методи има своите предимства и недостатъци, но обикновено регулирането чрез промяна на честотата на въртене се приема за един от най-гъвкавите и ефективни методи за управление на дебита.

Оразмеряване на помпите
Често помпите се оразмеряват за максимално предвиждания дебит, който обаче може никога да не се използва или е нужен само за много кратки периоди от време. Преоразмеряването може да доведе до значителни загуби на енергия и повреди на елементи от инсталацията.

За пречиствателни станции в процес на експлоатация като добра стартова точка за намаляване на енергийните разходи се счита именно определянето на ефективността на помпената система, фокусирайки се първо върху помпите, работещи най-дълго и при които има голяма вероятност за наличието на проблем.

Добре е параметрите на системата като дебит, налягане и т. н. да бъдат проследявани. Определянето на работната точка на съществуващата помпена система и разстоянието й от оптималната ще даде представа за необходимостта от предприемането на конкретни мерки за повишаване на ефективността.

Ефективност на електродвигателите
Голяма част от общите енергийни разходи в ПСОВ са свързани с работата на електродвигателите. Загубите на енергия при тях могат да бъдат причинени от използването на неефективни двигатели, работа извън условията на оптимално натоварване, както и възникването на механични или електрически проблеми със самия двигател.

Принципно, ефективността на електродвигателите се определя като отношението на получената механична енергия, отнесено към изразходваната електрическа енергия. Естествено, постигането на 100% ефективност е невъзможно поради реализирането на загуби от триене, електрическото съпротивление и т. н.

Ефективността на работа на най-често използваните електродвигатели в пречиствателните станции – потопяемите, обикновено е по-ниска от номиналната при пълно натоварване, посочена от производителя. Една от причините за това е работният товар. Повечето двигатели са конструирани да работят между 50 и 100% от номиналното натоварване с постигане на максимална ефективност при 75% от максималното натоварване. Двигателите, работещи извън оптималното натоварване, съответно са с по-ниска ефективност.

Подмяната на използваните до момента електродвигатели с такива, използващи честотни преобразуватели за регулиране на оборотите, се счита за добро решение за повишаване на ефективността. Чрез задвижване с честотен преобразувател е възможно регулиране на скоростта, въртящия момент, посоката, пуска и спирането на стандартните асинхронни или синхронни променливотокови двигатели.

Основни предимства на това регулиране са: значителни възможности за енергоспестяване; удължен живот на механичното оборудване; намаляване на пусковия ток; по-висок пусков момент; възможността за регулиране скоростта на двигателя под и над синхронната стойност.

Честотният преобразувател променя не само честотата, но и приложеното към мотора напрежение. По този начин се осигурява необходимият момент на вала на двигателя, без да се стига до прегряване и се разкрива допълнителна възможност за икономии на енергия.
Честотните преобразуватели могат да бъдат използвани освен за регулиране на работата на помпените системи в пречиствателната станция, така също и за въздуходувките, вентилаторите, аераторите и т. н.

Стандартно приложение на честотните преобразуватели е за регулиране на работата на помпи с големи вариации на потока в рамките на денонощието, както и за канализационните помпени станции. Добре е обаче да се има предвид, че ефективността на честотните преобразуватели много зависи от това доколко те са коректно избрани и приложени.

При работа под 75% от пълното натоварване те могат да бъдат с много ниска ефективност. Също така е добре да се има предвид, че не във всички случаи честотните преобразуватели се явяват добро решение. Например в случаите, когато е необходимо преодоляването на голям статичен напор или при малки вариации на дебита. Също така не за всички двигатели е подходящо използването на честотни преобразуватели.

Качество на електроенергията
Качеството на доставяната електроенергия и загубите вследствие на несинусоидалната форма на тока на консуматорите също създават предпоставки за ниска енергийна ефективност. Както е известно, има два вида мощност, която формира привидната или реално доставената мощност от електрическата мрежа.

Първата е активната, която зависи от моментните стойности на напрежението и тока на консуматорите, и се определя за един техен период. Освен от активна мощност, консуматорът има нужда и от реактивна мощност. Тя не извършва работа и служи за създаване на необходимото за работата му магнитно поле и на неизбежното разсейвано магнитно поле.

Отношението на активната мощност към привидната е познато като фактор на мощността. Факторът на мощността на напълно натоварен индукционен двигател варира от 80 до 90% в зависимост от вида на двигателя и неговата скорост. Той се влошава, когато натоварването на двигателя намалява. Други електрически устройства също допринасят за влошаване на фактора на мощността.

Обикновено за коригиране на фактора на мощността се използват два основни типа корекция – пасивна и активна, като втората е със значително по-голямо приложение. Пасивната корекция е проста и евтина и използва свойството на индуктивността да не позволява резки промени на тока през нея. Простотата на тази корекция и малките загуби на енергия под формата на топлина я правят подходяща за мощни захранвания, особено на трифазни товари.

Тя лесно може да се прибавя към съществуващи захранвания. Чрез нея сравнително лесно се удовлетворяват изискванията на клас А при мощности до около 250 W. Сред основните недостатъци, които ограничават множество приложения, са неголемите типични стойности на фактора на мощността, обикновено до около 0,75.

Активната корекция осигурява много по-добро потискане на хармониците, а стойността на фактора на мощността може да надхвърли 0,98. Тя дава възможност за работа в широк обхват на мрежовото напрежение, но е възможно да се вгражда само в нови апаратури. Към недостатъците се отнасят по-сложната и скъпа схема, по-голямата отделяна топлина и намаляването на надеждността на захранването.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top