Управляемое воздуходувное оборудование компании Siemens turbomachinery equipment
Благодаря внедрению одноступенчатых компрессоров, компания Siemens Turbomachinery Equipment (STE) совершила прорыв в области аэрации, уделяя большое внимание усовершенствованию каждой детали. Более 6000 компрессоров работает в 60 странах по всему миру
- Комплексные решения компании StE разработаны таким образом, чтобы обеспечить полный контроль над характеристиками центробежного одноступенчатого компрессора и работой аэрационной системы для биологической очистки сточных вод, основными критериями для выбора которой являются: Энергосбережение в процессах сезонного суточного регулирования
- Регулирование рабочего процесса с сохранением высокого КПд
- Надежность системы аэрации при управлении
Как известно, воздуходувное оборудование потребляет более 60 % всей электроэнергии, затраченной на аэрационную систему в целом. Оборудование компании StE позволяет сэкономить электроэнергию ориентировочно на 20-55 % от основных энергозатрат на процессы аэрации в зависимости от производительности и особенностей сооружений биологической очистки. Требования к производительности, также как и условия эксплуатации, меняются даже в пределах ежедневного рабочего цикла, а также посезонно. Поэтому очень важно, чтобы воздуходувная станция могла обеспечить то количество воздуха, которое, изменяясь в широких пределах, точно соответствовало бы реальным потребностям. С целью сокращения энергопотребления, компания SТЕ разработала линейку различных турбокомпрессоров: с регулируемым направляющим аппаратом, регулируемыми лопатками на выходе, с регулируемым направляющим аппаратом с регулируемыми лопатками на выходе. Каждый тип регулирования обеспечивает различную степень управляемости подачи воздуха.
Регулируемый направляющий аппарат (тип V) позволяет менять расход воздушного потока на рабочее колесо за счет настройки 13-24 асимметричных профилированных лопаток, которые расположены радиально в коническом входном корпусе компрессора. Изменение угла поворота этих направляющих лопаток позволяет создать предварительную закрутку потока при входе на рабочее колесо, что ведёт к повышению эффективности во всем диапазоне регулирования без потерь на дросселирование.
Является самым эффективным решением при высоких уровнях подачи. Соответствует стандарту apI.
Регулируемые лопатки на выходе (тип S) изменяют аэродинамический поток в пределах компрессора и поддерживают оптимальную зону действия. Это позволяет снижать энергопотребление до 45 % практически не снижая КПд. За счёт настройки 15-21 асимметричных профилированных лопаток, которые размещены радиально вокруг рабочего колеса, возможно управлять расходом воздушного потока за рабочим колесом.
Регулируемый направляющий аппарат с регулируемыми лопатками на выходе одноступенчатых турбокомпрессоров STE (тип SV) — новая альтернатива для современных станций аэрации. Технологии компании StE позволяют комбинировать преимущества регулируемых лопаток на выходе и входного направляющего аппарата (системы оснащены регулируемыми лопатками на выходе, а также предусмотрена предварительная закрутка потока).
Эффективность системы аэрации главным образом зависит от того, насколько хорошо она управляется. Чем больше параметров подачи воздуха контролируется, тем лучшие результаты достигаются. На рис.4 приведена сравнительная диаграмма эффективности различных типов воздуходувного оборудования
Семейство компрессоров компании StE состоит в настоящее время из 8 различных типоразмеров. Их сочетание с различными типоразмерами редукторов позволяет обеспечивать производительность по воздуху в диапазоне от 1000 м3 / час до 130 000 м3 / час при перепаде давлений в диапазоне от 0,3 до 3,8 бар. В табл.1 приведены технические характеристики компрессоров, а на рис. 5 показан диапазон оборудования
Опыт StE показывает, что уже на стадии проектирования может быть заложена экономия электроэнергии (по сравнению с многоступенчатыми турбокомпрессорами, механическими аэраторами, крупнопузырчатой аэрацией и управлением системой в ручном режиме:
- Выбор самой эффективной комплектации / конфигурации турбокомпрессора, обеспечивающей требуемый расход воздуха — 15-25 %
- Проектирование трубопровода системы, установка задвижек, сенсоров и контрольных датчиков позволяет свести к минимуму:
- потери в воздушном коллекторе — 5-10 %
- потери воздуха в самом аэротенке — 5-20 %
- Выбор наиболее подходящих диффузоров для аэрации — 15-25 %
Так, в целях экономии и рационального использования топливно-энергетических, материальных ресурсов, а также денежных средств, на канализационных очистных сооружениях брестского водоканала в 2008 г. была произведена замена высоковольтных воздуходувок с электродвигателем 400 кВт на низковольтные воздуходувки с электродвигателем 355 кВт (рис.6). Ранее на предприятии эксплуатировалось 4 воздуходувки с электродвигателем 400 кВт / ч, 2 турбовоздуходувки с электродвигателем 250 кВт / ч и одна — 200 кВт / ч. Суммарное годовое потребление электроэнергии при этом равнялось 7711200 кВт / год при фактической производительности 31000 м3 / ч воздуха, что в денежном выражении составляло 1841 млн. руб. После установки двух новых одноступенчатых компрессоров StE с электродвигателем 355 кВт / ч, суммарное годовое потребление электроэнергии снизилось до 6134400 кВт / год при фактической подаче 34000 м3 / ч воздуха, а денежные затраты составили 1409 млн. руб. уменьшение энергопотребления ранее существующих воздуходувок и новых компрессоров StE достигло 1576800 кВтч / год, или 432 млн. руб. Срок окупаемости внедренного оборудования — 2 года.
Применяемая в компрессорах компании StE система управления и диагностирования позволяет координировать многочисленные элементы компрессора в так называемой каскадной системе регулирования, благодаря чему достигается максимальная эффективность и полный контроль параметров воздушного потока.
Каждый компрессор функционирует при высоких показателях КПд, что позволяет снизить энергопотребление до 45 %.
При совместной работе компрессоров легко регулировать совместную подачу, причем достаточно изменять подачу одного, в то время как подача других компрессоров зафиксирована в минимальной или максимальной точке.
Это гарантирует точный контроль над потоком воздуха. Также, используя ступенчатый контроль, легко «подстраиваться» под изменяющиеся эксплуатационные требования, при неизменно высоком КПд и с минимальными затратами.
По сравнению с параллельной работой, ступенчатое управление позволяет:
- Тщательно контролировать систему даже при изменяющихся условиях
- Исключить скачки напряжения
- Упростить контроль
Рассмотрим применение каскадного регулирования на примере работы от 1 до 3-ёх компрессоров (рис.7).:
Пуск 1-го компрессора происходит при минимальной подаче — 45 %, при необходимости подачи большего объема воздуха, компрессор повышает подачу до 100 %, затем происходит пуск 2-го компрессора — при минимальной подаче 45 %, 1-й компрессор, при запуске 2-го, также снижает подачу до 45 %. Итого, общая подача: 90 %, далее, 2-й компрессор продолжает работать при минимальной подаче, а подача 1-го возрастает до 100 % (общая подача — 145 %). Если необходим больший объем воздуха — оба компрессора работают при 100 % подаче, а 3-й начинает свою работу при 45 %, работа 2-го автоматически также снижается до 45 % (общая подача — 190 %). далее, подача 2-го возрастает до 100 %. Общая подача становится равной 245 %. Затем и подача 3-го компрессора возрастает до 100 %. Таким образом, общая подача трёх компрессоров становится равной 300 %.
Все вышесказанное позволяет сделать следующий вывод:
Эффективная работа системы аэрации с помощью компрессоров компании StE достигается, благодаря:
- Низким эксплуатационным затратам и высокому КПд на всем диапазоне регулирования, в том числе при работе в нерасчетном режиме Гарантированному отсутствию масла в подаваемом воздухе
- Низкому уровню шума и отсутствию пульсации давления, что уменьшает нагрузку на систему трубопровода и исключает необходимость в установке дополнительного оборудования
- Низкой стоимости монтажа за счет компактного дизайна и малого веса установки
- Длительному сроку эксплуатации при минимальном техническом обслуживании