浅谈污水提升泵站节能设计

摘要：随着城市发展，污水泵站的规模和数量都在增多，文章对污水提升泵站节能的必要性和可行性进行了论述，从几个方面分别讨论了污水提升泵站节能的具体措施。

关键词：污水提升泵站; 节能; 方案

中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号：

前言

近年来，随着城市的发展，城镇化的建设，城区范围越来也大，环保要求也在不断提高，城市污水处理量及泵站规模逐渐加大，对污水泵站的设计也提出了更高的要求。一个污水提升泵站的设计是否合理，除了满足能否安全运转，达到设计使用要求外，还要对其进行节能优化设计。

泵是一种高耗能设备，泵系统节能在发展我国节能减排的绿色经济中所占地位可谓举足轻重。结合全国第三次工业普查公布的统计数字，我国水泵的总装机容量约为1700万kW，在国民经济中举足轻重，节能潜力巨大。据估计，全国泵系统节能的空间有750万kW左右，每年可节电约650亿度，可见泵系统节能潜力多么巨大。所以说污水提升泵站的节能设计具有重要的社会和经济效益。笔者认为污水提升泵站节能设计时，主要有以下几个方面措施。

合理选择水泵，优化组合，减少能耗

污水提升泵站基本是采用水泵并联组合。在碰到某些大型污水泵站设计时，污水排水流量变化性较大，是否选择并联水泵台数越多，单台水泵流量越小，则系统更能适应流量的变化，整个系统则更节能呢？下面通过对某污水提升泵站两种选泵方案进行比较计算后来回答这个问题。

某城市污水提升泵站设计流量为定为Q总=5600m³/h，扬程H=86m。现分别按四用一备、七用一备两个组合方案进行选泵，两种方案对比如下表：

根据上表，现对两个方案进行工程经济分析：

(1) 能源成本分析

具体的泵系统节能精确计算，需要了解系统的工作特点，如流量随时间的变化情况、系统控制方式（压力控制、液位控制等）、泵的工作制以及泵的性能曲线的形状等。本次对比仅以泵的连续满负荷工作为前提，对两个方案的节能潜力进行计算分析。

方案一与方案二的满负荷小时电耗差为：2423.4-1956.4=467 kWh，也就是说每小时方案一的耗电量比方案二要节省约467度电。

(2) 采购成本（设备费用）

方案一：采用的卧式双吸泵，国内厂家和国外厂家均有生产，且都为成熟型的节能产品，效率较高。国内有好多厂家的同类产品已取得节能产品认证。从经济性考虑，推荐选用国产品牌。

方案二：采用立式潜污泵，对于该参数，国内鲜有厂家生产，且质量不稳定。国外品牌的同类产品，质量较好。该产品由于型式所限，一般效率都较低。从整体考虑，推荐选用国外品牌。

方案一相对于方案二，由于泵的规格大、结构简单、数量少，所以其价格较低（对于同一品牌）。

(3) 维护保养成本

泵的维护保养成本取决于泵的可靠性、易损件的种类及数量、维护的方便程度等因素。

对于方案一，采用了卧式双吸泵以及标准电机，结构简单，可靠性较高。易损件通常有口环、轴套和机械密封，对于5台泵可随机配2套3年用备品备件，易损件成本较低。标准电机相对维护较少，泵需要维修时，无需移动电机，也不用移开进出口管路，所以维护比较简便，保养费用也较低。

对于方案二，采用了潜污泵，电机为特殊的潜水电机，且泵内有2道机械密封及油室，另外还有浮子开关、油水探头以及测温元件等，可谓结构复杂，可靠性相对较低。易损件通常有口环、轴承、轴套和机械密封，对于8台泵可随机配3套3年用备品备件，易损件成本较高。并且维护的项目也较多，除了泵外，电机也需要更多的维护，比如，测绝缘，烘干绕组等，保养费用也较高。方案一的维护保养成本要比方案二的低得多。

综上所述，方案一相比之于方案二，方案一更加节能，且便于管理。

尽量降低扬程，减少泵水耗能

泵水耗能跟扬程大小密切相关，扬程越高，泵机提升等量污水做功越多，耗能也越大，因此，在工况允许条件下要设法减小运行扬程。

(1) 提高泵站进水池运行水位

如图1所示，设泵站进水池水位位于B处，围堰闸高度h2,则水泵泵水实际扬程为H=h1+hm+h2 ，该扬程下，单位时间内泵机提升污水重力耗能为:

(1)

式中：s为进水池截面积，Q为流量（设Qin=Qout=Q），ρ为污水的密度，g为重力加速度，H为扬程，hm为排水池最低出口至水池A点高度，如果进水池水位从B处上涨到A处，则扬程减小h1,由式（1）可得单位时间内泵水耗能减少为：

(2)

(2) 避免附加扬程

这种方式下往往会出现过量排流的情况，即当流入污水流量减小时继续大流量排水，导致排水池出现污水滞留持续现象，使得排水池水位升高，形成附加扬程h3（见图1），此时运行T时间段内泵水耗能将增加：

(3)

式中：s2为排水池截面积，采用调速均流排水方式，可减少或避免附加扬程的存在。

图 1 污水泵站示意图

合理选择阀门附件，减小水头损失

阀门在泵站中起举足轻重的作用，用量也相对较大，节能问题突出，至今尚未得到充分重视，生产阀门和选用阀门，要把水头损失大小作为评价阀门选择合理与否重要指标之一。下面通过一个算例来说明阀门在节能设计中的作用。

举例：DN600的阀门，对应水泵流量Q=2500m³/h ，阀门水头损失每增加1m，即水泵扬程对应要提升1m，如果全年运行365天，即8760h，水泵效率η1=0.8，电机效率η2=0.9，联轴器效率η3=0.95.

那么1年的耗电量F，如下式计算：

则开工率100％时：

式中：N——水泵轴功率 KW

η ——水泵机组总效率

F——年耗电量kWh/a

γ ——水的容重1000kg/m³

Q ——水泵或阀门流量m³/s

H ——水泵扬程m

η1——水泵效率0.8

η2——电机效率0.9

η3——联轴器效率0.95

于是

即全年用电87900度，由此可见，全国所用阀门数十万太，如不重视水头损失问题，将严重浪费能源。

结论

污水提升泵站的节能空间很大，设计人员应根据实际情况进行合理的优化设计，目前市场上已有类似的泵站目标电耗设计、测算和运行工具软件可供设计人员参考使用。本文仅就几点常见的节能措施做了简单分析，泵站的节能措施还有很多，还需要进一步发现、探讨。

参考文献：

[1]姚福来,等泵站节能指标的科学确定, 能源工程. 2002（6）.

[2]姚福来,等为什么泵站会有节电潜力, 节能与环保. 2003（2）.

[3]汪雄海,等污水泵站系统的节能机理及控制策略, 浙江大学学报. 2005（7）.

[4]国家标准，泵站设计规范（GB50265-2010）, 北京：中国计划出版社.