奋斗水库供水工程节能措施探讨

姜 竹

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

1 工程背景及简介

黑龙江省穆棱市奋斗水库供水工程是以穆棱河上游新建的奋斗水库为水源，通过新建供水工程为穆棱河下游沿岸各城镇提供城镇居民生活饮用水与市政管网内的工业用水，是奋斗水库配套供水工程。

穆棱市奋斗水库是以城镇供水为主，结合防洪，兼顾灌溉和发电等综合利用的大(2)型水库。

奋斗供水工程近期(2020年)设计总供水规模为6×104m3/d，远期(2030年)设计总供水规模为12×104m3/d。工程主要内容有：DN1000双线取水管线，线路长0.96km；规模6万m3/d净水厂一座，厂区按远期12万m3/d规模预留；配水干线为管径DN500-DN1000单线，从净水厂至下游末端八面通镇线路全长69.68km；新建穆棱镇加压泵站、兴源镇加压泵站、下城子镇加压泵站、马桥河镇加压泵站与福禄乡加压泵站共计5座泵站，在八面通镇现有净水厂利用现有加压泵站进行改造并增设二次消毒设施；各城镇配水管网改造总长度合计115.07km。

2 工艺方案节能探讨

2.1 净水工艺

本项目的净水工艺采用混合、絮凝、沉淀和过滤常规净化处理工艺，并预留深度处理工艺。滤池反冲洗排水考虑沉淀处理和回收利用，排泥水采用浓缩、脱水处理工艺。

1)絮凝方式。

目前国内普遍使用的是水力絮凝池，并以竖流式隔板絮凝池、网格絮凝池和折板絮凝池为主。

三种水力絮凝方式中，竖流隔板絮凝池工程造价最高，折板絮凝池次之，网格絮凝池略低于折板絮凝池。故本次探讨用网格絮凝池与水平轴搅拌絮凝池比较。

水平轴机械搅拌絮凝所需能量由外部电机输入，絮凝效果不受处理水量变化的影响。水平轴搅拌絮凝池几乎没有水头损失。故需要运行电费。

在设备检修维护费用方面，网格絮凝池优于水平轴搅拌絮凝池，并且本工程地势存在高差，网格絮凝池可以充分利用厂区地形，在絮凝效果方面，两个方案都能达到设计要求。考虑运行费用和设备维修期间对正常供水的影响，本次设计推荐采用网格絮凝池是合理可行的，是节能的。

2)回收水处理工艺。

将净化间V型滤池反冲洗排水统一收集至回收水池，经沉淀处理后清水直接回流至稳压配水井，底部污泥提升至排泥水池。这样不仅回收了净水厂滤池反冲洗排水中的大部分水量，而且可以利用回流水中具有一定吸附能力的微絮体，不需要额外动力，本工艺是节能的。

3)排泥水处理工艺。

目前国内对净水厂排泥水采取的主要处理工艺为：收集→浓缩→脱水→外运。

常用的重力浓缩池为辐流式浓缩池，但辐流式浓缩池固体负荷和水力负荷都较底，占地面积大，受本工程厂区占地面积的限制，难以采用。高效浓缩池处理效率高，单位面积产水量大，占地面积小，土建投资低，适用于本工程，所以本工程选择高效浓缩池是合理可行的。

污泥脱水有机械脱水与自然干化两种型式。由于自然干化受场地、环境等地理条件限制，所以脱水一般采用机械脱水进行处理，脱水后污泥外运至垃圾填埋场实现污泥最终处置。

目前常用的污泥机械脱水设备有带式压滤机、离心式脱水机和板框式压滤机。离心式脱水机的污泥脱水效果介于带式压滤机和板框压滤机二者之间(优于带式压滤机而低于板框压滤机)，能够连续运行，对浓缩后污泥含水率的要求较低，对絮凝剂的类型选择性较宽，且为封闭式运行，工作卫生条件好。所以本工程污泥脱水设备推荐选用离心式脱水机。该机具有工艺过程简单、操作控制方便、自动化程度高的特点；而且离心式脱水机消耗药剂量较小，节能可行。

2.2 各城镇加压泵站工艺评估

泵站工艺主要为配水管线——二次消毒—加压泵站—配水管网—用户。选择效率高的水泵、电机从而达到节能要求。

选择合理的用能工艺和工序对能耗指标影响较大，水泵的选择是根据水位、流量、水头损失经计算确定。在水泵运行时，根据用水量合理开启水泵台数，满足供水区不同时期的用水量，达到节能要求。加强在节能、节水和资源综合利用方面的工作力度，把节能放在首位，减少资源消耗，促进经济社会可持续发展。

工程中五座泵站均属于高扬程、大流量泵站，根据这一特点选择双吸式离心泵可满足这一要求。

2.3 通用设备能效评价

评价对象的基本参数见表1。

对通用(用能)设备能效评价以穆棱镇加压泵站计算为例。

1)计算穆棱镇加压水泵比转速：

ns=3.65n×Q^1/2/H3/4=3.65×1480×(273/3600)^1/2/51.5^3/4≈77.38

表1 各加压水泵的基本参数表

2)查取未修正效率η：

查《清水离心泵能效限定值及节能评价值》(GB19762-2007)，当设计流量为273m3/h时，未修正效率η=81.4%。

3)确定效率修正值△η：

查《清水离心泵能效限定值及节能评价值》(GB19762-2007)，当比转速ns= 77.38时，△η=3.4%。

4)计算泵规定点效率值η0：

泵规定点效率值η0=未修正效率值η-效率修正值△η=81.4%-3.4%=78.0%。

5)计算能效限定值η1：

泵规能效限定值η1=泵规定点效率值η0-3%=75.0%。

6)计算节能评价值η3：

泵节能评价值η3=泵规定点效率值η0+2%=80%。

各加压泵站水泵依据《清水离心泵能效限定值及节能评价值》(GB19762-2007)计算的水泵能效评定参数表见表2。

作为本工程的主要耗能设备，设计所选的5座加压泵站中穆棱镇加压泵站、兴源镇加压泵站、福禄乡镇加压泵站的水泵能效指标均高于节能评价值，能效水平属高效。下城子镇加压泵站及马桥河镇加压泵站建议下阶段选用能效高的泵型。主要用能设备见表3。

本工程在泵站提水环节合理选择了水泵机型，提高机组运行效率；配套合适的电动机功率，选用高效能的电动机设备。提高泵站运行的自动化程度，实现精确控制，杜绝浪费。

本工程泵站是将电能转换成水能，电能已计入能源消耗中，根据扬程、流量选择合适的水泵机组，使水泵在设计扬程运行在高效区，在最大扬程、最小扬程水泵运行在高效区附近。使水泵机组综合效率最高，水泵机组节约能量。水泵和电机均选用高效率设备，水泵运行在高效区，能量利用情况很好。

表2 各加压泵站水泵能效评定参数表 %

表3 主要用能设备一览表

3 节能措施探讨

3.1 蓄水池配置

城市供水的特点之一是供水量的不均匀性，在一日之内供水压力及供水量变幅较大，为了调节供水管网水量变化，保障水泵工作稳定性和连续性，穆棱镇加压泵站设蓄水池，建筑面积为53m×26.5m。下城子镇加压泵站设蓄水池，建筑面积为79.1m×51.3m。福禄乡加压泵站设一高位蓄水池。蓄水池的建设从节能角度看，能够有效的保障加压水泵工作的连续性，通过减少加压水泵的开停次数，减少因水泵的开停次数增多而带来的启动能耗损失，而且有效的延长了相关设备的使用寿命。

3.2 变频调速装置

1)絮凝剂投加系统：絮凝剂(三氯化铁)投加设备放置在污泥处理车间南侧，包括混凝剂储存罐(V=0.3m3)、两台加药泵及配套设备。在西墙上，运药罐车的注药管穿门后与储存罐的DN25进药管连接。加药泵2台(一用一备)，采用蠕动泵(带变频调速)Q=0.8L/h，H=2bar，N=0.12kW。

2)净水厂及各加压泵站除含有10kV高压开关柜、高压无功补偿柜、高压软起动柜外还含有高压变频装置。

3)本工程净水厂厂区建筑物采暖所用的锅炉房选用1台1.4 MW热水锅炉，型号DZL1.4-0.7/95/70-AII，热媒参数为 95/70℃，供厂区各建筑物采暖，间歇运行。系统采用补水泵自动变频调速稳压装置定压，以保证系统安全运行。

变频调速是解决供水量变化以及供水管网可靠运行的主要节能措施之一，最大限度的提高了项目能源的利用效率。当水泵采用变频调节后能大幅度的降低能耗，采用变频后的节能效果十分显著。

4 结 语

节能减耗、污染减排是贯彻落实科学发展观，建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需要。水利工程规模大，节能潜力大，做好节能设计对于缓解我国能源状况将起到举足轻重的作用。本工程能源消费为电能、天然气等。水泵机组综合效率为75%-82%，能效水平在水泵机组中属高效。项目用能为电能，本项目占系统容量较小，不会对电网产生影响。

[1]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省穆棱市奋斗水库供水工程可行性研究报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2015.