Энергоэффективный принцип реконструкции воздуходувной станции городских очистных канализационных сооружений Самары

Д. С. РАКИЦКИЙ, Ю. А. ЕГОРОВА, Д. И. ЛЕВИН, С. А. ГОРДЕЕВ, С. Л. НАГОРНЫЙ, В. И. БАЖЕНОВ, В. И. ПЕТРОВ, А. В. УСТЮЖАНИН

Ракицкий Дмитрий Степанович, технический директор, ООО «Самарские коммунальные системы» 443056, Россия, г. Самара, ул. Луначарского, 56, тел.: (846) 336-32-42, e-mail: dRakitskiy@samcomsys.ru

Егорова Юлия Анатольевна, заместитель технического директора, ООО «Самарские коммунальные системы» 443056, Россия, г. Самара, ул. Луначарского, 56, тел.: (846) 207-24-08, e-mail: yegorova@samcomsys.ru

Левин Дмитрий Иванович, начальник городских очистных канализационных сооружений, ООО «Самарские коммунальные системы» 443042, Россия, г. Самара, Обувная ул., 136, тел.: (846) 207-25-85, e-mail: dlevin@samcomsys.ru

Гордеев Сергей Алексеевич, руководитель производственно-технического департамента, АО «РКС-Менеджмент» 119180, Россия, Москва, ул. Малая Полянка, 2, тел.: (495) 783-32-32, e-mail: sgordeev@roscomsys.ru

Нагорный Станислав Леонидович, главный энергетик, ООО «Самарские коммунальные системы» 443056, Россия, г. Самара, ул. Луначарского, 56, тел.: (846) 334-76-22, e-mail: snagornyi@samcomsys.ru

Баженов Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор, исполнительный директор, ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» 127018, Россия, Москва, Полковая ул., 1, тел.: (495) 641-00-41, e-mail: info@pump.ru

Петров Владимир Иванович, кандидат технических наук, директор по продажам, ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» 127018, Россия, Москва, Полковая ул., 1, тел.: (495) 641-00-41, e-mail: info@pump.ru

Устюжанин Андрей Вадимович, ведущий инженер, ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» 127018, Россия, Москва, Полковая ул., 1, тел.: (495) 641-00-41, e-mail: info@pump.ru

В качестве ключевого, экономически выгодного мероприятия по энергосбережению и окупаемости инвестиций в сфере водоотведения компания «Самарские коммунальные системы» обосновывает процессы управления подачей воздуха на городских очистных канализационных сооружениях. Разработан и успешно реализован крупный комплекс воздуходувной станции путем реконструкции типовых для условий РФ проектов института СоюзводоканалНИИпроект на расчетную подачу 132 144 Нм3 /ч. Представлены особенности строительно-монтажных работ при установке агрегатов массой 15 тонн в условиях ограниченной способности грузоподъемных устройств (9 тонн). В основу энергосберегающего решения принят механический поворотно-лопастной принцип регулирования воздухонагнетателей. На первом этапе внедрения, при отсутствии действующей АСУ ТП, зафиксировано снижение удельного энергопотребления на 26,1% при среднем значении удельного энергопотребления 22,39 кВт/1000 Нм3 . Технологическая часть отражает возможность регулирования подачи воздуха в аэротенки 45–100%, а также ее связь с потребляемой мощностью 1273,2–2674,2 кВт (для температуры воздуха на входе 20 °C, относительной влажности 50%). Представлена двухконтурная схема автоматизированной системы управления «блок управления задвижками аэротенков – группа воздуходувных агрегатов». Приведен анализ тестовых испытаний воздухонагнетателей на заводе-изготовителе. Представлены и обоснованы параметры регулирования центробежных воздуходувных агрегатов посредством двух управляющих воздействий: регулируемого диффузора на выходе и входного направляющего аппарата. Разработана и проверена экспериментально математическая методика пересчета характеристик воздуходувных агрегатов с применением базового понятия «степень регулирования». Использование методики обосновывает широкий диапазон рабочих характеристик регулируемых агрегатов для всех сезонов года, режим совместной работы одного неуправляемого и трех управляемых воздуходувных агрегатов на период экспериментальных работ

Ключевые слова: очистные канализационные сооружения, реконструкция, энергоэффективность, воздуходувная станция, поворотно-лопастное регулирование, имитационное моделирование.

Обоснование варианта реконструкции воздуходувной станции

Программа комплексной реконструкции городских очистных канализационных сооружений (ГОКС) г. Самары предусматривает выбор первоочередного этапа строительно-монтажных работ. Компания «Самарские коммунальные системы» обосновала этот ключевой этап началом инвестиций в сектор энергоэффективности, позволяющий получить наибольший возврат по вложенным средствам. Управление подачей воздуха является экономически выгодным мероприятием и по энергосбережению, и по окупаемости инвестиций в сфере водоотведения.

Воздуходувная станция производительностью по воздуху 270 тыс. м3 /ч построена по типовому проекту 902- 9-156 более 40 лет назад. В здании установлено восемь воздухонагнетателей 750-23-6 мощностью 1250 кВт каждый при паспортной производительности 45 тыс. м3 /ч. Оборудование, отработавшее свой ресурс, обеспечивало подачу сжатого воздуха на аэротенки, эрлифты и аэрируемые песколовки. До начала реконструкции в работе в основном находились пять нагнетателей воздуха. Вследствие износа их фактическая производительность снизилась на 20% и составила 35 тыс. м3 /ч.

По статистическим данным за период 2011– 2013 годов, среднечасовая потребляемая мощность одной воздуходувки составляла 1080 кВт·ч, потребляемая мощность находящихся в работе агрегатов – 5590 кВт·ч, стоимость потребленной электроэнергии за год – 149,8 млн руб. Поскольку до 50% электроэнергии, затрачиваемой в системе водоотведения, приходится на воздуходувное оборудование [1], рассматривались наиболее эффективные способы его регулирования, снижающие энергопотребление не менее чем на 35%. Значительная неравномерность поступления сточных вод на очистку и колебания температуры воздуха, идущего на аэрацию, обосновали целесообразность регулирования подачи воздуха.

Для станций аэрации существуют три основных технологических способа регулирования подачи воздуха воздуходувками, включая режим «пуск/остановка»:

• дросселирование потока на всасывании;
• изменение частоты вращения вала нагнетателя с помощью частотно-регулируемого электропривода;
• механический поворотно-лопастной способ по принципу закрутки потока входным и/или выходным направляющими аппаратами.

Первый вариант трактуется как «сравнительно малоэкономичный способ изменения производительности» [2, с. 120]. В работе [3] используется дросселирование как мера повышения КПД с 70 до 75% для не приспособленного под конкретный объект стандартного нагнетателя ЦНВ 800/1,6 с технологическим регламентом «выведения из эксплуатации одного из трех нагнетателей воздуха».

По результатам исследований, выполненных под руководством Б. С. Лезнова в реальных условиях, установлено, что «экономия энергии, получаемая при изменении частоты вращения ротора турбовоздуходувки, незначительна (4– 5%)», и что для мощных высоковольтных агрегатов «регулируемый электропривод в воздуходувных установках станций аэрации не окупается в приемлемые сроки» [4, с. 198].

Стадия разработки технологического регламента проектирования с технико-экономическими расчетами определила вариант, обеспечивающий максимальную энергоэффективность при построении управляемой системы аэрации ГОКС. В основу концепции работы воздуходувной станции был принят способ механического регулирования потока воздуха поворотными лопатками входного и выходного аппаратов, реализуемый для центробежных одноступенчатых редукторных агрегатов. Выбор воздуходувок был обоснован высоким базовым политропным КПД (84%), достаточно широким диапазоном управления подачей воздуха (19608–43573 Нм3 /ч), способностью агрегатов поддерживать максимально возможный политропный КПД при управлении (84–81%). Приведенные доводы способствуют устранению недостатков, свойственных частотному регулированию.

Замена эрлифтов возвратного активного ила, нерационально использующих энергию при перекачке, была обоснована в том числе и как средство снижения потребления электроэнергии воздухонагнетателями.

Проект реконструкции воздуходувной станции и его реализация

Типовые проекты (ТП 902-2-155, ТП 902- 2-156, ТП 902-9-38.85) с оборудованием завода ОАО «Дальэнергомаш» были разработаны институтом СоюзводоканалНИИпроект. Подобное техническое решение стало традиционным для практики водоканалов, поэтому заложенный в нем способ реконструкции представляет интерес в связи с острой необходимостью замены основного оборудования [5].

Проект реконструкции ГОКС г. Самары, выполненный ООО «Гипрокоммунводоканал. Санкт-Петербург» в сотрудничестве с ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» (Москва), предполагает замену старых агрегатов четырьмя современными турбовоздуходувками (три рабочих, одна резервная) с целью снижения удельного потребления электроэнергии и обеспечения возможности гибкого регулирования количества подаваемого воздуха (рис. 1).

В настоящее время установлены три одноступенчатые воздуходувки STC-GO (KA66SVGL400) фирмы Siemens с двойным направляющим аппаратом (механическое управление потока на входе и выходе, напряжение электродвигателя 6 кВ), а также реализована АСУ воздуходувным оборудованием. Резервирование оборудования временно выполняется лучшими из оставшихся в эксплуатации нагнетателями Н750-23-6 (рис. 2). 

При монтаже воздуходувных агрегатов (рис. 3) существующие фундаменты потребовалось выровнять, удалив поверхностный промасленный слой бетона. Ограниченная характеристика грузоподъемных устройств (9 тонн) не позволила монтировать агрегаты в собранном виде. Монтаж сопровождался разборкой на составляющие (воздухонагнетатель с опорной рамой и электродвигатель), а завершался последующей центровкой. Типовые строительные конструкции позволяют выполнять разводку напорных воздуховодов под эстакадой, поэтому опору пят опорной рамы с массивным резервуаром, заполненным машинным маслом, монтируют на фундамент с помощью клея.

Забор воздуха осуществляют с улицы через воздухозаборные решетки, установленные в наружных оконных проемах (рис. 2). Далее по воздухозаборному коробу воздух поступает в фильтр тонкой очистки. На каждом напорном воздуховоде устанавливают антипомпажный клапан в комплекте с глушителем (срабатывает при пуске и останове), а также обратный клапан и поворотный затвор с электроприводом.

Технологическая часть проекта предполагала выбор типоразмера регулируемых нагнетателей в соответствии с общим расчетным расходом 132 144 Нм3 /ч (аэротенки – 125 712 Нм3 /ч, песколовки – 6432 Нм3 /ч). Расчет производился методом имитационного моделирования с учетом неравномерности исходных технологических нагрузок [6]. Следует также учитывать, что неравномерность обусловлена не только суточными колебаниями нагрузок, но и сезонными (рис. 4). Расчетным параметрам соответствуют: максимальный часовой приток сточных вод в сутки максимального водоотведения; результаты натурной оценки неравномерности поступающих загрязнений (обоснование характера совпадения экстремальных величин расхода и исходных концентраций).

В проекте предусмотрена система автоматического регулирования подачи воздуха на ГОКС (рис. 5). Двухконтурная схема осуществляет управление воздухонагнетателями и электропри водами задвижек. Регулирование блока управления задвижками аэрационных систем с помощью технологических датчиков концентраций (О2, NH4) приводит к изменению давления в технологической системе, которое регистрируется датчиками давления Р. При этом датчики концентраций (О2, NH4) и задвижки устанавли ваются в каждом аэротенке, а датчик давления Р – на главном воздуховоде. Перепады давления в системе компенсируют характеристику работы группы воздуходувных агрегатов посредством управляющего воздействия главной панели управления на локальную панель управления каждого нагнетателя. Контроллер локальной панели управления реализует алгоритм положения лопаток двух направляющих аппаратов.

Система управления обеспечивает: групповое управление кластером воздуходувок с оптимальным распределением нагрузок между ними; постоянство давления в магистральном воздуховоде; работу воздуходувных агрегатов с максимально возможными эзоэнтропными и политропными КПД в любое время года при различных значениях производительности и давления.

Зафиксированы фактические данные оценки удельного энергопотребления воздуходувных агрегатов перед началом пусконаладочных работ, полученные расчетно-инструментальным методом (табл. 1). Таким образом, удельное энергопотребление снижено на 24,8–27,7% только за счет замены старых агрегатов новыми (KA66SV GL400), которые к настоящему времени еще не успели реализовать свой потенциал. Это вызвано началом пусконаладочных работ и временным отсутствием сигналов с расходомеров и технологических датчиков концентрации растворенного кислорода и аммонийного азота, что определяет потенциал суточного регулирования. К началу пусконаладочных работ годовая экономия энергии за счет замены воздуходувного оборудования составила 8,76 млн кВт·ч.

Результаты тестовых испытаний воздуходувок

На рис. 6 представлена схема управляющих воздействий используемых воздухонагнетателей. Вводится специальная терминология: регулируемый диффузор на выходе (РДВ) и входной направляющий аппарат (ВНА).

Перед отгрузкой с завода агрегаты проходят испытания на специальных стендах по ISO 5389:2005 «Турбокомпрессоры. Правила проведения испытания для определения рабочих характеристик» на соответствие допускаемых отклонений параметров (включая потери в фильтре): по подаче ±0%, по давлению ±0%, по мощности ±4%. Поставщик оборудования (Siemens A/S – Aeration Competence Center) дал согласие на публикацию тестовых характеристик агрегатов, изготовленных с учетом метеорологических и географических параметров объекта – ГОКС г. Самары, при ограничении размерных значений осей (рис. 7). Уникальные данные раскрывают сущность технологического воздействия воздухонагнетателей.

Методика ISO 5389:2005 испытаний агрегата с входным направляющим аппаратом (или IGV – Inlet Guide Vanes) и регулируемым диффузором на выходе предполагает снятие характеристик «подача – избыточное давление» при различных комбинациях положений ВНА (обозначены типом линии) и диффузора (обозначены числами 2–12 под каждой характеристикой).

Характерно, что при повороте лопаток РДВ характеристика агрегата перемещается в горизонтальном направлении, т. е. регулируемый диффузор на выходе управляет только величиной подачи. В воздуходувках с поворотными лопатками именно этот механизм является основным управляющим воздействием, так как для процессов аэрации определяющим является количество подаваемого воздуха, а не давление в воздуховоде.

Входной направляющий аппарат закручивает поток в направлении вращения рабочего колеса. Следовательно, при постоянной частоте вращения рабочего колеса скорость взаимодействия с потоком тем ниже, чем больше закрутка потока. При уменьшении скорости взаимодействия рабочего колеса и потока воздуха рабочая характеристика агрегата перемещается согласно теории подобия по параболе подобных режимов. То есть давление снижается пропорционально квадрату управляющего воздействия (сильное воздействие), а подача снижается пропорционально его первой степени (слабое воздействие) (рис. 6). Аналогичный процесс происходит при изменении частоты вращения рабочего колеса в агрегатах с частотным регулированием, однако в отличие от них в агрегатах с поворотными лопатками данное воздействие является вспомогательным. 

Разработка аналитических зависимостей и результаты натурных исследований воздуходувок

В связи с тем, что характеристика воздуходувного агрегата зависит от управляющих воздействий (в данном случае двух, рис. 7) и температуры всасываемого воздуха, возникает необходимость в разработке аналитических зависимостей рабочих точек от указанных параметров. Температура всасываемого воздуха может быть измерена непосредственно. А вот углы установки лопаток направляющих аппаратов зависят от конструктивных особенностей конкретного агрегата и являются ноу-хау любого производителя. Возникает необходимость назначить величины, характеризующие поворот лопаток ВНА и РДВ, не зависящие ни от конструктивных особенностей, ни от производителя воздуходувного агрегата.

Назовем такие величины степенями регулирования:

• Dd = f( DIF) – степень регулирования диффузором на выходе, является функцией угла поворота лопаток РДВ;
• Di = f( IGV) – степень регулирования входным направляющим аппаратом, является функцией угла поворота лопаток ВНА.

Используя методы теории подобия компрессоров, изложенные в [7; 8], для каждой точки известной (паспортной или тестовой) характеристики (Q; p2), построенной для нормальных (или любых других известных) условий, можно найти соответствующую ей точку ( ~ 2 ~ Q; p ) характеристики при иных условиях на входе и/или при регулировании направляющими аппаратами:

где ~ Q, Q – объемная подача воздуходувного агрегата, м3 /ч; ~ 1 1 p , p – абсолютное давление на входе, Па; ~ 2 2 p , p – абсолютное давление на выходе, Па; ~ 1 1 T , T – температура всасываемого воздуха, К

При этом объемную и нормальную подачу связывает следующее соотношение:

где Q – объемная подача воздуходувного агрегата, м3 /ч; Qn – нормальная подача воздуходувного агрегата, Нм3 /ч; – плотность всасываемого воздуха, кг/м3 ; n = 1,293 – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3/

Пример пересчета характеристики воздуходувного агрегата KA66SV-GL400 фирмы Siemens представлен на рис. 8. В качестве примера дана паспортная характеристика воздуходувного агрегата (верхняя правая характеристика), пересчитанная по уравнению (1) для температуры всасываемого воздуха 16 °С и атмосферного давления 100,4 кПа (условия эксперимента 12 апреля 2016 г.). Аналитически построены три характеристики, соответствующие границам регулирования по подаче и давлению. Красные точки 1–4 соответствуют величинам максимального КПД в крайних рабочих положениях направляющего аппарата. Красной пунктирной линией показана область, внутри которой воздуходувные агрегаты всегда работают с максимальным КПД, подстраивая свою характеристику под потребности системы. Зеленым цветом показаны замеренные экспериментально точки и соответствующие им рабочие характеристики, построенные аналитически. Кроме того, на графике показаны соответствующие характеристикам степени регулирования Dd и Di, найденные в ходе эксперимента.

Для практического использования соотношений (1) и (1а) необходимо назначить диапазоны изменения величин Dd и Di . В качестве верхнего предела обоих диапазонов целесообразно принять единицу. Физически это означает, что оба направляющих аппарата полностью открыты, и характеристика воздуходувного агрегата приняла верхнее правое положение, соответствующее паспортной характеристике: Dd max = 1; Di max = 1. Определение значения Dd min также не вызывает трудностей, так как согласно уравнению (1) при работе на максимальном давлении (Di = 1) величина Dd min соответствует крайнему диапазону регулирования воздуходувного агрегата по подаче (100–45%), т. е. Dd min = 0,45.

Сложнее обстоит дело с определением Di min. Для этого обратимся к экспериментальным данным. Для проведения эксперимента кластер воздуходувных агрегатов Siemens был переведен в режим частичной производительности. Одновременно для обеспечения очистных сооружений необходимым количеством воздуха дополнительно был включен резервный воздуходувный агрегат Н750-23-6.

Локальные панели управления воздуходувных агрегатов Siemens отображают следующую информацию: время агрегата в работе, ч; ток двигателя, А; положение лопаток диффузора, %; положение лопаток ВНА, %; избыточное давление, бар; температура масла, °С; расход воздуха, Нм3 /ч.

Экспериментальные данные по определению степени регулирования представлены в табл. 2. В качестве исходных (зафиксированных) параметров приняты: положения направляющих аппаратов, расход и давление по трем агрегатам (12 апреля 2016 г.). Метеорологические параметры: температура воздуха 16 °С, атмосферное давление 100,4 кПа (753 мм рт. ст.).

При указанных значениях температуры, давления всасываемого воздуха и отсутствии регулирования (Dd = 1, Di = 1) рабочая точка агрегата (она же точка 1 максимального КПД на рис. 8) соответствует давлению 171,4 кПа. Используя уравнение (1а) для экспериментальных рабочих точек по табл. 1, значения Di при регулировании определяются:

где ~ 2 ~ 1 p , p – абсолютное давление на входе и выходе для экспериментальных точек, кПа; p1, p2 – абсолютное давление на входе и выходе для паспортной характеристики, пересчитанной на условия эксперимента, кПа. Используя экспериментально полученные значения Di , а также полагая функцию Di = f( IGV) линейной, определим значения Di min по следующему соотношению:

где IGV – положение входного направляющего аппарата, %; Di – степень регулирования ВНА; Di min – минимальная степень регулирования ВНА.

Данные по полученным таким образом экспериментальным значениям Di и Di min приведены в табл. 2.

Используя уравнения (1) и (2) и экспериментальные данные по расходу воздуха (табл. 2), определим значения Dd для каждого агрегата:

при паспортных и экспериментальных условиях, кг/м3 .

Так как паспортную характеристику заранее привели к условиям эксперимента, то U U ~ . Значения Dd для каждого агрегата представлены в табл. 2.

Проверка режима совместной работы воздуходувных агрегатов 

Для проверки представленной методики пересчета характеристик и найденных значений степени регулирования целесообразно построение совместных характеристик всех находившихся в работе агрегатов, включая резервный Н750-26-3, введенный на время экспериментов (подача и давление замерялись инструментально). Расход воздуха измерялся с помощью термодифференциального расходомера Magnetrol Thermatel TA-2 (рис. 9), регистрация давления производилась с локальной панели управления.

Локальный режим управления агрегатами позволил временно исключить их контур управления по давлению, краткосрочно произвести отключение агрегатов. Результаты измерений, представленные на рис. 10, позволили экспериментально подтвердить положение характеристики воздуховодов ГОКС, а также определить промежуточную степень регулирования выходного и входного аппаратов каждого из агрегатов: 

Dd и Di . Пример демонстрирует, что при определенных условиях разнотипные агрегаты могут эксплуатироваться совместно, при этом управляющее воздействие определяется регулируемым типом оборудования. На графике зафиксирован промежуточный режим регулирования, однако он может соответствовать любому другому из требуемых (определяется текущим значением Р, рис. 5).

Выводы

1. Разработан и успешно реализован на практике проект реконструкции типового сооружения – комплекса воздуходувной станции на городских очистных канализационных сооружениях г. Самары. За основу энергосберегающего технического решения принят механический поворотно-лопастной принцип регулирования воздухонагнетателей. На первом этапе внедрения, при отсутствии действующей АСУ ТП, зафиксировано снижение удельного энергопотребления на 26,1%.
2. Представлены и обоснованы параметры регулирования центробежных воздуходувных агрегатов посредством двух управляющих воздействий: регулируемого диффузора на выходе и входного направляющего аппарата. Разработана и проверена экспериментально методика пересчета характеристик воздуходувных агрегатов с применением базового понятия «степень регулирования».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Б е р е з и н С. Е., О в с е й ч у к Б. В., Устюжан и н А. В. Регулирование подачи воздуха при очистке сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 12. C. 41–47.
2. К у з н е ц о в Ю. В., Ку з н е ц о в М. Ю. Сжатый воздух. – Екатеринбург, Уральское отделение РАН, 2008. 510 с.
3. П о с у п о н ь к о C. В., C а г а к о в B. О., Б у т к о А. В. Оптимизация затрат электроэнергии воздуходувной станции ПП «Ростовская станция аэрации» // Водоснабжение и санитарная техника. 2015. № 9. С. 52–55.
4. Л е з н о в Б. С. Энергосбережение в насосных и воздуходувных установках. – М.: Энергоатомиздат, 2006. 360 с.
5. У с т ю ж а н и н А. В., Б е р е з и н С. Е., Бажен о в В. И. Компоновочные решения воздуходувных станций с управляемым оборудованием // Водоснабжение и канализация. 2016. № 3–4. С. 102–112.
6. Б а ж е н о в В. И., Э п о в А. Н., Н о с к о в а И. А. Использование комплексов имитационного моделирования для технологий очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 2. С. 62–71.
7. Р и с В. Ф. Центробежные компрессорные машины. – М.-Л.: Машиностроение, 1964. 336 с.
8. С т р а х о в и ч К. И., Ф р е н к е л ь М. И., Кондряк о в И. К., Р и с В. Ф. Компрессорные машины. – М.: Государственное издательство торговой литературы, 1961. 600 c.

Energy-efficient principle of upgrading the air blower house at the Samara municipal wastewater treatment facilities

D. S. RAKITSKII, Iu. A. EGOROVA, D. I. LEVIN, S. A. GORDEEV, S. L. NAGORNYI, V. I. BAZHENOV, V. I. PETROV, A. V. USTIUZHANIN

Rakitskii Dmitrii Stepanovich, Technical Director, «Samarskie Kommunal’nye Sistemy» LLC 56 Lunacharskogo Str., 443056, Samara, Russian Federation, tel.: +7 (846) 336-32-42, e-mail: dRakitskiy@samcomsys.ru

Egorova Iuliia Anatol’evna, Deputy Technical Director, «Samarskie Kommunal’nye Sistemy» LLC 56 Lunacharskogo Str., 443056, Samara, Russian Federation, tel.: +7 (846) 207-24-08, e-mail: yegorova@samcomsys.ru

 Levin Dmitrii Ivanovich, Chief of the Municipal Wastewater Treatment Facilities, «Samarskie Kommunal’nye Sistemy» LLC 136 Obuvnaia Str., 443042, Samara, Russian Federation, tel.: +7 (846) 207-25-85, e-mail: dlevin@samcomsys.ru

Gordeev Sergei Alekseevich, Chief of Production-Technical Department, «RKS-Management» JSC 2 Malaia Polianka Str., 119180, Moscow, Russian Federation, tel.: +7 (495) 783-32-32, e-mail: sgordeev@roscomsys.ru

Nagornyi Stanislav Leonidovich, Chief Power Engineer, «Samarskie Kommunal’nye Sistemy» LLC 56 Lunacharskogo Str., 443056, Samara, Russian Federation, tel.: +7 (846) 334-76-22, e-mail: snagornyi@samcomsys.ru

Bazhenov Viktor Ivanovich, Doctor of Engineering, Professor, Executive Director, «Vodosnabzhenie i Vodootvedenie» CJSC 1 Polkovaia Str., 127018, Moscow, Russian Federation, tel.: +7 (495) 641-00-41, e-mail: info@pump.ru

Petrov Vladimir Ivanovich, Ph. D. (Engineering), Director for Sales, «Vodosnabzhenie i Vodootvedenie» CJSC 1 Polkovaia Str., 127018, Moscow, Russian Federation, tel.: +7 (495) 641-00-41, e-mail: info@pump.ru

Ustiuzhanin Andrei Vadimovich, Leading Engineer, «Vodosnabzhenie i Vodootvedenie» CJSC 1 Polkovaia Str., 127018, Moscow, Russian Federation, tel.: +7 (495) 641-00-41, e-mail: info@pump.ru

As a key and economically advantageous measure on energy efficiency and investment return in the field of wastewater disposal «Samarskie Kommunal’nye Sistemy» Company approves the processes of air supply regulation at the municipal wastewater treatment facilities. A big complex of the air blower house has been designed and successfully implemented by improving the typical design projects for the RF conditions developed by SoiuzvodokanalNIIproject Institute for the estimated supply of 132 144 Nm3 /h. The specific features of building and assembly works when installing 15 ton units under the conditions of the limited capacity of the hoisting equipment (9 tons) are set. The mechanical rotary blade principle of fan regulation was adopted as a basis of the energy saving solution. At the first implementation stage under the conditions of the lack of an operating automated process control system 26.1% reduction of the specific power consumption was recorded at the average specific power consumption of 22.39 kW/1000 Nm3 . The engineering design reflects possible 45–100% regulation of air supply to the aeration tanks as well as its relation to the consumed power of 1273.2–2674.2 kW (for 20 °C input temperature, 50% relative humidity). Two-loop scheme of the automated control system for «aeration tank gate valve control unit – blower unit group» is presented. The analysis of the fan testing at the manufacturer’s factory is given. The parameters of regulating centrifugal air blowers by two control actions: of regulated diffuser at the outlet and inlet guide vane unit are presented. The mathematical method of recalculating the characteristics of air blowers with the use of the «degree of control» basic concept was developed and experimentally verified. The use of the method proves the wide range of the running characteristics of regulated units for all the year seasons, the mode of combined operation of one non-regulated and three regulated air blower units for the experimental work period.

Key words: wastewater treatment facilities, upgrade, energy efficiency, air blower house, rotary blade regulation, simulation modeling.

REFERENCES

• B e r e z i n S. E., O v s e i c h u k B. V., U s t i u z h a n i n A. V. [Air flow control in wastewater treatment]. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2014, no. 12, pp. 41–47. (In Russian).
• K u z n e t s o v Iu. V., K u z n e t s o v M. Iu. Szhatyi vozdukh [Compressed air. Ekaterinburg, Ural’skoe otdelenie RAN Publ., 2008, 510 p.].
• P o s u p o n’k o C. V., S a g a k o v B. O., B u t k o A. V. [Optimization of the power consumption at the air blower house of «Rostov Wastewater Treatment Plant» Production Facility]. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2015, no. 9, pp. 52–55. (In Russian).
• L e z n o v B. S. Energosberezhenie v nasosnykh i vozdukhoduvnykh ustanovkakh [Energy saving in pumping and air blower units. Moscow, Energoatomizdat Publ., 2006, 360 p.].
• U s t i u z h a n i n A. V., B e r e z i n S. E., B a z h e n o v V. I. [Layout arrangements of air blower houses with regulated equipment]. Vodosnabzhenie i Kanalizatsiia, 2016, no. 3–4, pp. 102–112. (In Russian).
• B a z h e n o v V. I., E p o v A. N., N o s k o v a I. A. [The use of simulation modeling packages for wastewater treatment technologies]. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2014, no. 2, pp. 62–71. (In Russian).
• R i s V. F. Tsentrobezhnye kompressornye mashiny [Centrifugal compressor machines. Moscow-Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1964, 336 p.].
• S t r a k h o v i c h K. I., F r e n k e l’ M. I., K o n d r i a k o v I. K., R i s V. F. Kompressornye mashiny [Compressor machines. Moscow, Gosudarstvennoe izdatel’stvo torgovoi literatury Publ., 1961, 600 p.].