Какие воздуходувки подходят для очистных сооружений?
Учитывая многочисленные факторы, влияющие на выбор системы аэрации для очистки сточных вод, и столь же многочисленные требования поставщиков технологий, неудивительно, что существует путаница. Хуже путаницы является разочарование, которое возникает, когда технология воздуходувки не работает так, как ожидалось, и эксплуатационные расходы и преимущества эффективности остаются нереализованными.
В этой статье рассказывается о трех технологиях воздуходувки и на примерах реальных очистных сооружений описывается наиболее эффективная технология для конкретных применений и почему. Конечно, ничто не заменит консультацию, касающуюся конкретно вашего приложения; однако руководство может помочь задать правильные вопросы и обеспечить продуктивный процесс оценки поставщиков и технологий.
Введение
Потребление энергии и стоимость стали ключевыми факторами, обусловившими разработку более эффективных систем аэрационных воздуходувок. На эти системы может приходиться до 60 процентов общего энергопотребления станции очистки сточных вод. Таким образом, окупаемость повышения энергоэффективности является значительной.
Технические достижения в аэрационных воздуходувках предоставляют новые возможности для снижения энергопотребления. Однако эти варианты также требуют более глубокого понимания общей системы и изменений условий эксплуатации, чтобы оптимизировать общую стоимость владения и максимизировать отдачу от инвестиций. Если бы выбор аэрационной воздуходувки основывался просто на энергоэффективности или начальной стоимости технологии — независимо от условий эксплуатации — было бы легко выбрать наиболее эффективную аэрационную воздуходувку. Однако после установки предполагаемая экономическая выгода вряд ли будет достигнута, если технология будет применяться неправильно.
Точный анализ затрат и выгод должен включать капитальные затраты на сами аэрационные воздуходувки и эксплуатационные переменные. При принятии решения учитывайте ежедневные и сезонные колебания потребности в кислороде, засорение и старение диффузоров, возможности регулирования расхода воздуха и отключения, общую эффективность воздуходувки и потребление энергии с течением времени, режим работы, принадлежности воздуходувки и настройку установки.
Эксплуатационные переменные могут существенно влиять на затраты и выгоды. Поскольку энергоэффективность является основной движущей силой технологии аэрационных воздуходувок, цель этой статьи - проиллюстрировать наиболее эффективный и экономичный способ достижения энергоэффективности на основе реальных применений и технологий воздуходувок правильного размера.
Обзор современных технологий воздуходувок
Существует четыре основных решения воздуходувок для аэрации сточных вод: объемные воздуходувки, турбовоздуходувки, гибридные воздуходувки и комбинированные технологии воздуходувок. В следующих разделах дается краткое введение в эти подходы и описываются преимущества и ограничения каждого из них.
Объемные воздуходувки
К данному типу воздуходувок относят как роторные воздуходувки с прямыми или винтовые без внутреннего сжатия. Часто их называют "рабочей лошадкой" из-за их гибкости, позволяющей хорошо работать, несмотря на меняющиеся условия. Эти воздуходувки имеют более низкую первоначальную стоимость, чем их аналоги с турбонаддувом и гибридом. Однако более низкая стоимость может быть компенсирована более высоким потреблением энергии, в зависимости от условий эксплуатации. Когда дело доходит до выключения, объемные воздуходувки намного превосходит технологию турбонаддува, достигая соотношения до 4: 1.
Преимущества объемных воздуходувок
- Постоянный объем при изменяющемся давлении
- Изменение расхода за счет изменения скорости с помощью частотно-регулируемого привода (VFD)
- Большая отдача (обычно 4:1)
- Естественным образом адаптируется к изменениям давления и температуры
- Применяется в большинстве приложений
- Низкая начальная стоимость
Недостатки объемных воздуходувок
- Проскальзывание между роторами увеличивается с увеличением перепада давления
- Эффективность падает при более низкой скорости
- Эффективность падает при более высоком давлении
Турбовоздуходувки
При работе около расчетной точки технология турбовоздуходувок может быть наиболее эффективной и, следовательно, экономически эффективной в приложениях с небольшими перепадами частоты вращения. Турбонаддув имеет более высокую начальную стоимость, чем его роторные и гибридные аналоги. Однако в приложениях с меньшими вариациями условий эксплуатации дополнительные затраты могут быть компенсированы снижением энергопотребления.
Преимущества турбовоздуходувок
- Более высокая эффективность по сравнению с роторными воздуходувками
- Небольшие габариты снижают затраты на проектирование новых и модернизацию воздуходувных помещений
- Интегрированный пакет, включающий воздуходувку, двигатель и контроллеры, упрощает установку
Недостатки турбовоздуходувок
- Ограниченный рабочий диапазон относительно давления и воздушного потока (обычно уменьшение 2:1)
- Ограниченное циклическое включение / выключение из-за ограничений по подшипникам аэродинамического профиля и ограниченного износа электронных компонентов
Гибридные (роторно-винтовые компрессоры) воздуходувки
Эта технология обеспечивает энергоэффективность, сравнимую с турбонаддувом, и гибкость технологии роторных воздуходувок. В гибридном устройстве используется винтовой ротор низкого давления вместо прямого или винтового ротора. В приложениях с большими перепадами расхода и давления гибридные воздуходувки могут достигать производительности всего в 25% от первоначальной расчетной точки.
Преимущества гибридных воздуходувок
- Постоянный объем при изменяющемся давлении
- Большая отдача (обычно 4:1)
- Изменение потока за счет изменения скорости
- Сравнимая эффективность с турбовоздуходувками
- Высокая эффективность во всем диапазоне
- Устойчив к перепадам давления
Недостатки гибридных воздуходувок
- Менее эффективен при очень низком давлении, чем роторные воздуходувки
- Более высокие капитальные затраты (на 10% выше, чем у объемных вохдуходувок)
- Больший размер, чем у турбовоздуходувок
Комбинированные воздуходувки
Для крупных очистных сооружений применение комбинации энергетических технологий на различных этапах процесса очистки может повысить общую энергоэффективность и снизить первоначальные и долгосрочные эксплуатационные расходы. Это решение может быть особенно эффективным при модернизации оборудования и в технологических процессах, где рабочий цикл воздуходувки может составлять всего один час в день.
Турбовоздуходувки идеально подходят для применений, где они могут работать с одной и той же скоростью в течение всего дня — они менее эффективны при использовании в приложениях с регулярными колебаниями. Лучший способ оптимизировать систему - комбинировать турбонаддув (для базовой нагрузки) с гибридом (для пиковой нагрузки и условий низкого расхода).
Крайне важно, чтобы турбовоздуходувка была способна выдержать введение гибридной без скачков давления. Функция холостого хода и управление инвертором на основе тока легко облегчают эту комбинацию.
Также важно, чтобы объемная воздуходувка или гибридная были оснащены системой подавления пульсаций, чтобы свести к минимуму помехи в системе при работе с турбонаддувом.
При таком подходе общая энергоэффективность может быть выше, а общий диапазон регулирования может быть увеличен до 6:1 или более.
В заключении…
Руководители установок по очистке сточных вод имеют больше возможностей для оптимизации энергоэффективности и снижения эксплуатационных расходов благодаря разнообразию технологий и концепций применения аэрационных воздуходувок. Глубокое понимание общего процесса, условий эксплуатации и взаимодействия систем аэрации и управления технологическим процессом является ключом к успешному внедрению.
Часто технологии применяются неправильно из-за обещания высокой энергоэффективности, не принимая во внимание эксплуатационные параметры, которые в конечном итоге приведут к тому, что машина будет работать за пределами предполагаемого диапазона. Новые концепции применения устоявшихся и более поздних технологических достижений в контексте всей системы водоотведения доказали свою эффективность в максимизации выгоды от каждой технологии. Результатом является повышение общей операционной эффективности системы очистки сточных вод с точки зрения общей эффективности оборудования (OEE), энергоэффективности и снижения затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание.