数据驱动的优化建模帮助79000 t/d污水处理厂降低能源成本,同时满足中国更严格的环境法规

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关于金风科技集团

新疆金风科技有限公司(俗称金风)是中国领先的风电企业,在过去的二十年中积累了丰富的经验,成为全球领先的风电企业。金风科技正通过进入环境保护业务,提供全面的解决方案,以帮助创建一个清洁、节能的社会。
近年来,公司凭借其在水资源投资和管理方面的先进技术和丰富经验,发展成为生态业务的综合服务商。因此,该公司已将污水处理设施等水处理公司纳入旗下,以加大环境改善力度。
北京易特盈电气有限公司(简称易特盈)是金风科技的全资子公司。在金风集团,易特盈通过网络整合与能源管理相关的各种信息,提供能源管理设备和应用。

执行摘要和挑战

横河公司已应用其控制技术和数据驱动建模优化(DDMO)解决方案,提高了金风环保有限公司拥有的、由其全资子公司沭阳灵芝水务有限公司运营的污水处理厂的运行效率。
该污水处理厂位于沭阳县东北部,一期、二期污水处理总量为7.9万吨/日。由于工厂是一个工业区域,几乎整个工厂的进水都是工业废水。
工业废水负荷大,每日波动大,处理困难,给运行和维护带来困难。此外,中国政府最近加大了环境改善的力度,对污水处理设施排放的污水制定了严格的规定,对违反规定的人处以严厉的处罚。
为了使污水水质保持在法定范围内,污水处理程序必须适当和稳定地运作。
特别是在处理过程中,各反应池适当的曝气是至关重要的,因为它影响排放出水的质量。吹气速率通常控制在足够的安全裕度范围内,以确保不超过法定限度,但这造成了电力的浪费。曝气池占全厂能耗的40%以上,优化曝气池的能耗对全厂节能有很大的帮助。
为了减少过量的电力消耗,采用了横河公司优化曝气池出气率的解决方案。横河的百副总裁
分布式控制系统(DCS)和DDMO解决方案与现有的监控和数据采集(SCADA)系统集成,以自动化设备和优化能源消耗,同时保持污水质量低于法定限制。结果,风机消耗的电力成功减少了大约25%。

污水处理过程
污水处理过程

的解决方案

1.整个系统的概念

工厂一直使用SCADA系统,设备主要是手动操作,必要时根据进水条件调整风量。
为了有效利用能源,在现有系统中增加了一个DCS系统,以自动控制与反应罐相关的鼓风机,以及回流污泥泵、消化液体循环泵和污泥抽出泵。此外,还结合DDMO溶液对排放废水的质量进行了评价。
DDMO被配置为估算化学需氧量(COD)和氨氮(NH)4)的浓度,以节省能源,同时保持污水的质量与DCS的自动控制联动。提出了一个系统,以适当的投资利用现有系统,实现所需的功能。

系统配置
系统配置

2.应用DDMO

在引入DDMO之前,我们对预期的节能情况进行了评估,并基于各种数据(如工厂的进水量、水质和电能消耗)对设计进行建模。DDMO根据各种水质和流量的历史数据以及在每个工艺中的停留时间,进行复杂的计算来估计出水水质,然后确定最佳吹气速率。这个最佳速率被发送到DCS,然后由DCS设置空气流量控制设定值。通过优化吹气速率,可以大大减少曝气池的能量浪费。

DDMO模型
DDMO模型

3.DCS与DDMO的互连

为使节能效果最大化,DDMO和DCS的任务定义如下:

  • DCS应自动控制各泵,稳定污水处理过程,抑制水质波动,以提高DDMO估算的准确性。
  • DCS和DDMO应当与自动控制对方,这样会改变模式和继续努力防止不利影响植物模型操作甚至在DDMO变得无法跟踪过程由于服务器故障,突然影响质量的变化等。

DDMO和DCS联动控制
DDMO和DCS联动控制

4.传感器的应用

在污水处理厂,每天都要人工分析水质数据;然而,使用的测量由自动在线分析仪,或通过建模和估计。设置DDMO计算时间间隔为15分钟。即,DDMO评估出水质量,并每隔15分钟将最佳吹气速率传递给DCS。
由于模型公式中DDMO被配置为反映在线数据之间的相关性,因此提高估计精度取决于选择合适的在线数据项。这次是铵离子(NH4)在各反应槽出口处添加传感器,测量氨浓度。这提供了非常有用的数据,因为硝化和反硝化脱氮的程度直接影响出水氮的浓度。

5.值了

引入优化系统后进行了为期三个月的评估,确定风机耗电量(kW/d)和耗电量(kW/m)3.)分别下降25.1%和24.7%。这一效果在接下来的一年中持续了下来,证明了20%的减排目标很容易就超过了。
以下图表显示,维持污水质量低于但接近法定限度,可防止过去发生的过度曝气,并节省能源。结果表明,DDMO在满足出水质量标准的同时最大限度地节约了能源。
应用于该项目的优化解决方案由DDMO和DCS组成,DDMO使用最新的统计分析技术对过程特征进行建模,DCS执行自动控制。该方案通过明确污水工艺数据和污水处理运行的特点,实现运行的全自动化,在节约能源的同时,带来了优化控制、提高运行效率、降低运行成本的效益。

演示结果
演示结果

客户满意度

“我们非常感谢横河的控制和优化技术,它们带来了预期的效益。由于我们的污水处理设施消耗了大量的能源,整个金风集团在未来需要更加努力地节约能源以实现可持续运行。我们期待继续合作,通过最新技术有效利用能源。”
-张广波,沭阳县灵芝水务有限公司执行董事兼董事总经理

张广博(右)和他的参谋
张广博(右)和他的参谋

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