大型污水处理厂曝气鼓风机的电气自动控制.pdf

电气传动 2 0 0 4年 第 4期 大型污水处理厂曝气鼓风机 的电气 自动控制 赵 颖然 天 津市 市政 工程 设计研 究院 摘要 鼓风曝气系统是大型污水处理厂工艺过程中的重要组成部分， 其耗电量 占全厂的 6 O 以上 ， 是处理 厂耗电较大的系统 为保证该系统合理 、 经济的运行 ， 提高鼓风机的自动控制水平势在必行。 重点阐述 了曝气系 统中鼓风机 自动控制的设计思想 ， 从对鼓风机送气及对气量再分配两方 面的控制调节入手 ， 分析了单台及多台 鼓 风机 的 自动运 行方 式 。 关键词 鼓风机 曝气池溶解氧现场控制盘 El e c t r o ma t i c Co n t r o l o f Ai r - b l o we r i n La r g e s c a l e S e wa g e Tr e a t me n t Pl a n t Zh a o Yi n g r a n Ab s t r a c t Ae r a t i o n s y s t e m i s t h e i mp o r t a nt pa r t of t he t e c h no l o gi c a l p r oc e s s i n l a r g e s c al e s e wa g e t r e a t me n t pl a nt 、I t s p o we r c on s u mp t i on wh i c h i s o v e r s i xt y p e r c e nt o f t h e who l e e l e c t r i c e ne r g y o c c up i e s mor e p o we r i n t h e wh o l e p l a n t ．Fo r e n s u r i n g t h e s y s t e m r e a s on a b l e a n d e c o n o mi c o pe r a t i n g，r a i s i n g t h e a i r bl o we r e l e c t r o ma t i c c o nt r o l s t a nd a r d s ho u l d b e i mp e r a t i v e．Th e ar t i c l e e x p ou nd s t h e d e s i g n t h ou gh t o n t h e a i r b l owe r e l e c t r o mat i c c o n t r o l s y s t e m．S t a r t i n g wi t h c o n t r o l a n d a d j u s t me n t i n a i r b l o wi n g a n d f l o wr a t e r e d i s t r i b u t i o n ，t h e a r t i c l e a l s o ma k e s a na l y s i s on t he mo d e o f a u t o ma t i c op e r a t i o n f or s i n g l e b l owe r an d mu l t i bl o we r s． Ke y wo r d s ai r bl o we r a e r a t i o n t a n k di s s 0 l v e d一 0 xy g e n c o nt r o l c a b i n e t on s i t e 在 大型污 水处 理 厂 中， 因鼓 风 曝气 工艺 具有 管理简便、 运行可靠、 运行成本低等优点 ， 所 以被 各 大污 水处理 厂普 遍 采用 ； 鼓 风机 房作 为生 化处 理 系统 的心脏 ， 其运 行状 况 的好 坏对整 个 曝气 系 统起 着至关重要 的作用 。 鼓风 机房 内设 数 台高速 离 心鼓 风机 ， 送 出一 定 风压 的空气作 为深层 曝气或调节 曝气 池 内混 合 搅拌 的气源 。 其鼓风机 一般为高压 电动机 ， 直接启 动。 下面通过分析鼓风曝气的工艺过程 ， 具体论述 该 系统 电气 自动控制 的设 计思路 。 1 在曝气充氧过程中， 鼓风机需向曝气池 内 不 间断供气 ， 以保证 曝气池 中的需 氧量 ， 使池 内微 生 物充分发生 生化反应 。 2 为减 少不 必要 的电能损 耗 ， 在 曝气 池 内设 置了溶解氧测定仪 ， 根据曝气池的需氧量， 溶解氧 测定仪将信号送入 P L C、 P L C根据池中溶解氧值 的变化调节 进风导 叶片的角度或 调整鼓风机 开机 的 台数 。 3 为避 免 1台鼓 风 机重 复启 动 ， 几 台鼓 风 机 5 4 将依次循环投入工作 ， 其启动顺序通过主控制盘 来设定 ， 并应定期调整 ， 当系统中 1台鼓风机发生 故 障时 ， 系统可 自动跳 过该机启 动下 1台鼓风机 。 1 鼓风机 的不 间断运行 某污 水处理 厂 日处理 能力 为 4 0万 t ， 属 大型 污 水处理厂 ， 厂 内鼓 风机房共 装设 4台鼓风机 ， 每 台鼓风机的电机功率为 1 0 0 0 k W ， 电压等级为 1 0 k V。每台鼓风机旁设 1台鼓风机现场控制盘 ， 其 作用是对每台鼓风机的附属小动力设备进行供电 和控制， 电压等级为 0 ． 4 k V。 处理 厂 内设一 座 1 0 k V 变 电站 ， 1 0 k V 一 次 主接线方式为单母线分段 ； 为保证鼓风机不间断 运行 ， 将 4台鼓风机分别接到 1 0 k V I 段、 Ⅱ 段母 线 上 即 I段母线上 接 2台鼓 风机 ，Ⅱ 段 母线上 接 2台鼓 风机 ， 鼓 风机 的开机操 作程 序应根 据 曝气 池 内需氧量确定开机台数， 并依次交替运行两段 母线上的鼓风机 即开机 台数应尽量均匀分布到 两段母线上 ， 而不要集 中至某一段母线上 。当其 维普资讯 电气传 动 2 0 0 4年 第 4期 中一段母线发生故障， 停止供电时， 另一段母线上 的鼓风机仍继续运行 ， 同时 ， 合上母联开关， 使停 电段 母线 上 所带 的鼓 风机 恢 复运行 ， 从 而保 证 了 鼓 风机 向曝气 池不 间 断供 气 ； 与鼓 风 机运行 相 配 套 ， 每台鼓风机现场控制盘的运行也必须保证其 不 间断性 ， 为此 ， 由厂 内配 电站供 给 两路 0 ． 4 k V 电源 ， 其接线 方式为单母 线分段 ， 现场 盘分别接 到 低压母 线 I、Ⅱ段上 ， 其运行 方式与上 述鼓 风机运 行方式 相 同， 不 再详述 。 2鼓风机 自动 运行 2 ． 1 单 台鼓 风机 的控 制 单台鼓风机的启动和关闭由现场控制盘实现， 该 盘 由 P I C、 触摸屏 及控 制元 件 、 电加 热器 、 出 口 阀门等电器组成， 完成对单台鼓风机的监控及保护 功能 ， 并且具有 与上位 协调机 的通讯能力 ， 能将 所 有 的现场数据及运行状态传送给上位协调机 ， 并 可 在上位 协调机 的指 挥下完成对 机组 的远程控制 和 调节功能。鼓 风机系统运行框 图如 图 1所示 。 1 ． 空气消声过滤器2 ． 膨胀联接3 ． 进气阀 4 ． 鼓 风 机5 ． 逆 止 阀6 ． 变速 装置7 ． 电磁 阀 8 ． 异径管9 ． 油泵1 0 ． 气体冷却系统 1 1 ． 油过 滤器 1 2 ． 油路 旁 通管 1 3 ． 电动机 TS 温度 变送 器P S 压力 变送 器 P 1 压 力计CT 电流变送 器 D P 差压 计 P L C 现 场控 制盘 P L C 图 1 鼓风机系统运行框图 根据图 1 所示， 现场控制盘的控制程序如下。 1 启动的自动检测 。 鼓风机启动前 ， 现场控制 盘 P L C 自动检测项 目有 润滑 油压 、 油温 正常 ， 机 组有关 的全部锁 定状态 消除 ； 防喘振全 开 ， 导 叶在 启动位置 ； 与机组有关的阀门位置正常； 冷却系统 进入 运行 状态 。 如果条件满足， 现场控制盘将 自动给出允许 开车指示和允许主电机合闸信号 。 2 启动机组并 自动控制机组进入正常运行状 态 。当允 许启 动指 示灯亮 后 ， 进 入机 组启 动倒 计 时 ， 到 时后 自动启 动 机组 ， 经 过升速 阶段 ， 机组 达 到工作转 速后 ， 进入热稳定 阶段 ， 随后系统将执行 机组 自动 并 网 ， 进 行气 量调 节 ， 并关 闭放 空 阀 、 防 喘振 阀等 ， 并 网完成后 ， 机组进入 正常运行 阶段 。 3 机 组停机 。 在现场控 制盘控制下 ， 机组可 实 现 自动正 常停机 ， 联 锁停 机 和在 协调 机控 制下停 机， 在机组正常停机的过程中， 控制程序将 自动进 行机组的卸载工作 ， 实现轻载停机。 并且无论是何 种停机控制程序都将在停机后作好善后工作。单 台鼓风机 自动运行程序框图， 如图 2 所示。 设溶解 氧测定仪的整定值为a ， 测定值为 P。 现场控制盘 P I C接 口连 线图如 图 3所 示 。 开 机 指 令 Pa 停 机 指 令 图 2 单台鼓风机 自动运行程序框 图 现场控制盘P L C 应用程序接口 AJ AO AO A J A J A J AO AJ A J A J 氧 气 测 量 值 茎l l茎Il耋 曝气池 外设P I D 进 气 阀 位 置 油 路 压 力 信 号 远控 进气阀位置设定 鼓 风 机 测 温 信 号 电 动 机 电 流 检 测 信 号 备 用 油 泵 开 停 机 信 号 鼓风机系统 电 磁 阀 位 置 鼓 风 机 开 机 指 令 鼓 风 机 停 机 指 令 高压开关柜 I璺 I 3现场控 制 盘 P L C接 口连 线 图 根据图 3总结现场控制盘的主要功能包括以 下几 方面 。 ①具有手动／ 自动切换功能 。 ②具有多种调节气量的功能， 可依据 由用户 5 5 维普资讯 电气传 动 2 0 0 4年 第 4期 设 定 的气 量进 行调 节 ， 又 可根 据上 位机 的指 令进 行气 量调节 ， 以达到节 约能源 的 目的 。 ③具有动态的防喘振能力。控制系统采用国际 最先进的防喘振技术 ， 采用 机组流量及出 口压力双 参数函数控制， 并在用户手动状态下， 自动跟踪机组 的运行参数 ， 实现 了手动状态下的自保护功能 。 ④具有备用油泵、 油箱加热器、 出口电磁阀控 制 等设 备的 自动控 制能力 。 ⑤在机组开 、 停机时， 现场控制盘通过控制程 序启 动备 用油泵 。 在机组 运行时 ， 采用润 滑油总管 压力 信号进行控 制 ， 油 压低时 自动启 动备用油 泵 ， 保证 油压正常 ， 并在油 压过低 时停 机 ， 保 证机组运 行 安全 。 ⑧根据机组运行对润滑油温 的要求， 通过油 箱 温度开关 ， 在油压过 低时启动油 加热器 ， 将油 温 升 至所需温度后 停止加热 。 ⑦根据系统及机组运行要求， 在现场控制盘上 手动或 自动操作出口电磁阀， 并指示其开关状态。 ⑧具有电机负载电流的监控能力。当机组重 载运行时， 由于鼓风机功率的过度消耗， 可能使电 机 发生过载 ， 而引起动 力设备 的毁坏 ， 控 制系统将 实 时监测 电流 ， 并采取 相应控制 以防过载 。 ⑨对机组所有运行参数进行 实时监视 和调 节 ， 具有报 警和联锁停 机能力 。 2 ． 2 多台鼓风机 的协 调控制方式 多 台鼓 风 机 的运 行 状 态 由分 控 站 控 制 和监 测 ， 分控站 由一 个装有 P L C主控制器 的 主控 制盘 组成 ， 分控站与现场控制盘采用高速数据通讯网 络 ， 实现一 主多从 的机群通 讯和 自动控 制 。 分控站 P L C接 收来 自现场 的气量需 求 信号 ， 自动进 行多 台机 组的气 量 优化 分配 ， 以满 足曝气 池气 量 的需 求， 使多台鼓风机在最经济及最合理的情况下优 化运行 。 分控 站主控 制器的控制 程序为 1 根 据气 量需 求 自动计 算应 开 机组 的 台数 ， 实现 自动或手动增 加或减少 机组 的运行 台数 ； 2 发出增加运 行机组 台数 的指令 后 ， 指挥所有 正在运行的机组协助刚启动的机组 自动并网； 3 在所有机组正常运行后， 根据气量需求 自 动计算各台机组应供气量， 自动进行气量分配； 4 监视所有机组的运行状态和运行参数 ， 进 行气量 、 运行 时间的实 时记 录 。 多台鼓 风机 自动运 行框 图如图 4所示 。 1 鼓风机 现场控制盘P L C ] l 堂全 0 k v高压开关桂 溶解氧测定仪 安装于曝气池 二二[ 分控站 上位协调机 P L C l l数 据 l i 2 鼓风机 现场控制盘P L C ] i 堂 全 0 k v 高压开关榧 D ， ] I 数 据 』 l 堡 竺 月 台鼓风机 现场控制盘P L C 0 k V 高压开关柜 图 4多 台鼓 风机 自动 运行 框 图 根据鼓风机 自动控制程序要求， 现场控制盘 P I C发出的开停机信号传输至鼓风机高压开关 柜 ， 实现对鼓 风机的开停 机控 制 。 3 结 论 由于在鼓风 机曝气 系统 中配制 了完整 的电气 自动控制装置， 保证了鼓风机的安全运行， 满足了 鼓 风机根 据曝气池需 氧量 向池 内不间断供气 的工 艺要求 。因此， 无论在降低运行费用上， 还是节约 电能方面都起到了重要作用。 莜丽 面 上 海 追 日 电 气 成 立 2 0 0 4 年 5月 1 6日， 上海追 日电气有限公司在上海揭牌成立 ， 这是追 日电气实现长远发展 战略 ， 迈向国际 化经营的重要起点 。国家发展和改革委员会 、 上海市有关领导， 清华大学、 浙江大学等专家学者 以及各行业企 业、 事业单位的代表应邀参加了庆典仪 式。 追日电气致力于电动机液态 固态 智能软起动、 控制及电能质量优化产品的研制开发 ， 并取得了多项国内领先、 国际先进的科研成果， 产品厂泛应用于冶金、 石化、 化工、 水利、 电力、 建材、 轻工、 能源、 市政工程等行业领域， 并配套 出口到东南亚、 中东、 非洲、 南美等十多个国家和地区， 追日品牌在国内外相关行业已具有广泛的影响力。 上海追日成立后 ， 将作为追日电气的技术研发和营销中心 ， 充分利用上海的金融、 信息 、 技术 、 人才等优势 ， 加强技术创新能力， 加快创新文化培育的步伐； 并在整合国内市场资源的基础上 ， 以优势产品为突破口， 进一步 拓展国际市场 ， 实现国际化经营。 上海追 日电气有限公司 供稿 5 6 维普资讯