Print

Použití frekvenčních měničů pro regulaci aerace při čištění odpadních vod

-- 14.03.16

V běžné čistírně odpadních vod jsou provzdušňovací dmychadla zdaleka největším spotřebičem energie. Jednou z nejvýznamnějších oblastí pro zvýšení energetické účinnosti je patrně změna způsobu řízení průtoku vzduchu do provzdušňovacích nádrží – přechod od regulačních průtokových ventilů k řízení rychlosti dmychadel pomocí frekvenčního měniče. Výsledky ukazují až 50% úsporu energie.

Typický proces zpracování odpadních vod sestává ze tří hlavních fází: 1) fáze mechanické úpravy, 2) fáze biologické úpravy, 3) fáze chlorace a filtrace. Frekvenční měniče lze využít v každé z těchto fází.

Biologická úprava je nejkritičtější částí, protože v tomto procesu se nechává prostor aerobním bakteriím, aby konzumovaly organickou hmotu v odpadní vodě. Probíhá to v provzdušňovacích nádržích, kde se iniciuje množení bakterií a jejich rychlý růst pomocí zvyšování množství kyslíku dostupného ve vodě. K tomu se využívají dmychadla vhánějící vzduch do provzdušňovacích nádrží.

Aerační proces

Aby mohly aerobní bakterie konat svou práci, potřebují dva zdroje – vzduch k dýchání a množení a organickou hmotu neboli potravu ke konzumaci.

Když provzdušňovací dmychadla vhánějí vzduch do nádrží, výsledkem je zvýšená hodnota rozpuštěného kyslíku ve vodě. Optimální rozsah hodnoty rozpuštěného kyslíku v provzdušňovacích nádržích bývá stanoven na základě charakteru přitékající odpadní vody, rozměrů provzdušňovací nádrže a průtoku přitékající odpadní vody. Jak vysvětluje obrázek 1, je kriticky důležité přivádět do provzdušňovacích nádrží přesně stanovený objem vzduchu.

Méně vzduchu by zpomalilo růst bakterií, stávající bakterie by nedokázaly konzumovat celý obsah organické hmoty procházející provzdušňovací nádrží a čištění by bylo neúplné. Kdyby se přivádělo ještě méně vzduchu nebo žádný, bakterie by spotřebovaly veškerý rozpuštěný kyslík v nádrži a uhynuly by. V takovém případě se proces úpravy odpadní vody zastaví, dokud nedojde k jeho obnovení novým rozmnožením bakterií, což může trvat i několik týdnů.

Na druhou stranu dodávat příliš mnoho vzduchu také není dobré. Ačkoli více než nutné množství vzduchu garantuje dostatečné množení bakterií, provoz bude energeticky neefektivní. A navíc bude-li do nádrží vháněno nadměrné množství vzduchu, bakterie se rozmnoží nad přijatelné meze, organická hmota v nádrži se spotřebuje příliš rychle a bakterie vyhladoví a uhynou, což také proces zastaví.

Tradiční řízení aerace

Typická strategie řízení aerace je založena na řídicí smyčce PID (proporcionální, integrační a derivační regulace). Regulátorem může být programovatelný automat (PLC), distribuovaný řídicí systém (DCS) nebo i samostatný regulátor PID.

Tradiční smyčka, znázorněná na obrázku 2, využívá kombinaci sondy a vysílače pro měření hodnoty rozpuštěného kyslíku v nádrži, porovnává tuto hodnotu s žádanou hodnotou rozpuštěného kyslíku (obvykle mezi 2,0 až 4,5 ppm) a vypočte potřebný regulační výstup, který je uplatněn v regulačním průtokovém ventilu pro regulaci množství vzduchu proudícího do nádrže, čímž se změní obsah rozpuštěného kyslíku v nádrži.

Tato metoda se osvědčila jako schopná udržovat hodnotu rozpuštěného kyslíku v rámci přijatelných mezí, nicméně neřeší požadavek na snižování spotřeby energie u moderních závodů. Proto si frekvenční měniče nacházejí cestu do řízení aerace jakožto efektivnější alternativa tradičních regulačních průtokových ventilů.

Strategie použití frekvenčních měničů

Implementace strategie řízení aerace pomocí frekvenčních měničů má přínos v mnoha oblastech závodu. Šetří energii, zdokonaluje procesní řízení, zlepšuje účiník závodu a snižuje náklady na údržbu. Tyto přínosy nelze opomíjet, zejména v době, kdy ceny energií rostou a provozní kritéria jsou stále přísnější. přijatelných mezí, nicméně neřeší požadavek na snižování spotřeby energie u moderních závodů. Proto si frekvenční měniče nacházejí cestu do řízení aerace jakožto efektivnější alternativa tradičních regulačních průtokových ventilů.

Řízení aerace pomocí frekvenčního měniče

Při implementaci této strategie jsou ze systému odstraněny regulační průtokové ventily. Frekvenční měnič, obvykle dodávaný jako integrální součást motorového řídicího centra (MCC) závodu, přijímá výstupní signál řídicího prvku (obvykle typu 4–20 mA) a následně mění rychlost vzduchového dmychadla. Tuto strategii znázorňuje obrázek 3.

Frekvenční měnič konvertuje své napájení s fixním napětím a frekvencí na proměnlivé napětí a frekvenci. Stejná koncepce je základem regulace rychlosti motoru bez nutnosti nastavitelných řemenic nebo změn převodů.

Úspory energie při používání frekvenčního měniče jsou odvozeny od zákonů afinity, které říkají:

  • Průtok je přímo úměrný rychlosti hřídele.
  • Tlakový rozdíl je přímo úměrný druhé mocnině rychlosti hřídele.
  • Spotřeba energie je přímo úměrná třetí mocnině rychlosti hřídele.

Aplikace zákona afinity na křivku spotřeby energie odstředivého čerpadla nebo dmychadla ukazuje, jak velké množství energie lze uspořit ve stejném pracovním bodě jako u strategie s regulačním průtokovým ventilem. Obrázek 4 ukazuje úsporu energie nejméně 50 procent při 20procentním snížení průtoku. Stejná pravidla platí pro objemová dmychadla, avšak s menší úsporou – přesto tyto úspory nelze pominout.

Přínosy frekvenčních měničů pro aeraci

Kromě zjevného přínosu v oblasti úspory energie, která přináší návratnost investice (ROI) za dobu 6 až 18 měsíců, a to v závislosti na konkrétním závodě, poskytuje použití frekvenčních měničů u řízení aerace následující přínosy: Snížení nákladů na údržbu odstraněním regulačního ventilu, který je velmi náročný na zdroje údržby. Provozování dmychadel na nižší tlak snižuje namáhání a vibrace všech komponent mechanického systému. Rychlejší, přesnější a lépe reagující řízení. To obvykle vede ke snížené variabilitě procesu a zaručuje, že upravovaná voda bude neustále v mezích požadavků procesu.

Zlepšení účiníku závodu, protože frekvenční měniče obsahují vnitřní kondenzátory, jež dodávají většinu požadavků jalového výkonu motorů, které řídí. Jak již bylo zmíněno, provzdušňovací dmychadla jsou obvykle největší zátěží v čistírně odpadních vod a výsledné zlepšení účiníku je značné.

Strategie použití frekvenčních měničů

Implementace strategie řízení aerace pomocí frekvenčních měničů má přínos v mnoha oblastech závodu. Šetří energii, zdokonaluje procesní řízení, zlepšuje účiník závodu a snižuje náklady na údržbu. Tyto přínosy nelze opomíjet, zejména v době, kdy ceny energií rostou a provozní kritéria jsou stále přísnější. ce

Shady Yehia je zakladatel a autor blogu The Control Blog a pracuje jako manažer pro návrhy řešení přístrojové techniky, řízení a automatizace a jejich technické zajištění ve společnosti pro integraci procesních technologií. The Control Blog je obsahový partner vydavatelství CFE Media.

 


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2019
2019-09-05 - 2019-09-06
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno
MSV TOUR 2019
2019-10-07 - 2019-10-10
Místo: MSV, Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI