In onderstaande paragraaf worden de optimalisatie mogelijkheden voor de beluchtingsregeling in volgorde van uitvoering uitgelegd.
5.4.1 Voorstel Nieuwe regeling
1. Aanpassing RPM-range beluchter 1
De huidige range van BEL 1 is 26-31,1 rpm. Het specifiek toerental waarbij energetisch rendement maximaal is, bedraagt zoals berekend en toegelicht in paragraaf 3.3, 32,7 rpm. In de huidige situatie draait BEL 1 binnen de range van 0,9 van nspec maar wordt nspec niet gehaald. Hierdoor draait BEL 1 niet op het meest optimale rendement. Indien max-rpm wordt verhoogd naar 36 rpm en de BEL 1 geregeld wordt in een range van 0,9 -1,1 x nspec , zal BEL 1 vaker en langduriger op hoger rendement draaien. Bovendien zullen BEL 2 en 3 minder vaak en minder lang bijgeschakeld worden. Dit resulteert in lager energieverbruik.
2. Aanpassing regelstrategie beluchters:
a. BEL 1 op laten lopen tot maximaal 36 rpm. Wanneer BEL 1 aan de maximale rpm zit wordt BEL 2 ingeschakeld. Het is van belang dat BEL 1 zijn maximale rpm behoudt en pas weer toerengeregeld wordt wanneer BEL 2 uitgeschakeld wordt. Doordat BEL 1 op het meest gunstige rendement blijft draaien, en niet meer terugvalt naar een energetisch ongunstig toerental levert dit een energetisch voordeel op. Hierdoor zal bovendien de draaitijd van beluchter 2 afnemen, hetgeen ook tot energie besparing leidt.
werkt en zuurstofinbreng minder efficiënt is. Deze aanpassing leidt dus tot efficiëntere beluchting en minder energie verbruik. Hierbij zal het rendement van de beluchters omhoog gaan. Deze regeling zal naar verwachting resulteren in kortere draai perioden van BEL 2 en 3.
3. Aanpassing rpm range BEL 2 en 3
Max rpm van beide beluchters ligt lager dan specifiek toerental dus ze draaien energetisch niet optimaal. Indien (max) rpm wordt verhoogd tot de range van 0,9 – 1,1 van nspec, zal dit resulteren in kortere draaitijden en een beter rendement kg O2/kW waardoor energiebesparing plaats vindt. 5.2.2. Uitvoering
De nieuwe regeling van de puntbeluchters zorgt voor een zo optimaal mogelijk rendement binnen de procescondities van de beluchtingscarrousel. Door de puntbeluchter zo dicht mogelijk af te stellen rond het specifiektoerental van 32,7 rpm (range van 0,91,1) met een maximum van 36 rpm.
BEL 1 kan zonder fysieke aanpassingen op deze regeling worden ingesteld. BEL 2 en BEL 3 kunnen door het ontbreken van een frequentieomvormer en de juiste specificaties van de tandwielkast niet exact afgesteld worden op het specifiek toerental. Door een maximaal toerenral van 31 rpm wordt het specifiektoerental echter wel benaderd binnen de range van 0.9 1,1.
Net als in de huidige regeling wordt het beluchtingsproces geregeld op basis van zuurstofconcentratie. De regeling probeert een verhouding te bewerkstelligen tussen het totaalstikstofgehalte en het ammoniumgehalte. Een afwijking van deze verhouding geeft een setpointverandering van de zuurstofregeling.
De besturing van de beluchting bedrijf heeft betrekking op de volgende werktuigen en instrumenten:
- voortstuwers VS1/2/3/4/5/6;
- puntbeluchter BEL1, frequentiegeregeld (FO) 50..100% (max 36 rpm); - puntbeluchter BEL2, enkeltoeren 100% (max 31 rpm);
- puntbeluchter BEL3, enkeltoeren 100% (max 31 rpm); - zuurstofmeting;
- ammoniummeting; - nitraatmeting.
Regeling puntbeluchter 1 (BEL1)
Puntbeluchter 1 wordt geregeld op basis van gemeten zuurstofconcentratie. De gewenste waarde van deze zuurstofregeling wordt bepaald door een regeling welke de verhouding tussen het totaalstikstofgehalte en het ammoniumgehalte constant tracht te houden. De regeling werkt afhankelijk van de status van de beluchters BEL2 en BEL3. Door de afhankelijke werking zal BEL 1 op maximaal toeren blijven draaien wanneer BEL 2 en BEL 3 worden bijgeschakeld.
Regeling puntbeluchter 2 en 3 (BEL2 en BEL3)
Indien de door BEL1 ingebrachte hoeveelheid zuurstof niet toereikend is, worden de puntbeluchters BEL2 en BEL3 na elkaar bijgeschakeld op hoge toeren (HT).
Besturing voortstuwers
Het inschakelen van de voortstuwers wordt bepaald door de status waarin de beluchters zich bevinden. De statussen van de beluchters en de bijbehorende gewenste toestand van de voortstuwers zijn vastgelegd in Tabel 4.
Tabel 4: Status beluchters en voortstuwers nieuwe regeling
Status Beluchting Aantal voortstuwers ingeschakeld
BEL1 BEL2 BEL3 VS1,2,3,4 VS5,6
4 100% HT HT 0 2 3 100% HT UIT 1 2 2 75- 100% UIT UIT 3 2 1 50-75% UIT UIT 4 2
Rendement nieuwe regeling
Wanneer de puntbeluchters worden afgesteld rond het specifiek toerental zal het rendement het meest optimaal zijn. Bij het specifieke toerental wordt er door de puntbeluchter een vermogen van 102 kW wordt onttrokken. De maximale zuurstofinbreng capaciteit van BEL 1 bedraagt dan 206 kgO2 per uur. BEL 2 en BEL 3 kunnen net als bij de oude regeling maximaal 182 kg O2 per uur inbrengen. Uit het onderzoek blijkt dat de volgende vergelijking gemaakt kan worden.
Maximale toerental : 32,7 rpm , maximaal vermogen: 102 kW, maximale zuurstofinbrengcapaciteit: 206 kg O2/h
Rendement = zuurstofinbrengcapaciteit/ vermogen
Rendement = 206/ 102= 2,02 kg O2/kWh
In Figuur 9 op de volgende pagina staat de grafiek waarin de groene lijn het rendement van bij het specifieke toerental weergeeft [6].
Net als bij de huidige regeling is er in de nieuwe regeling een verdeling gemaakt tussen DWA en RWA omstandigheden.
DWA omstandigheden
Wanneer de nieuwe regeling wordt ingeschakeld kunnen de puntbeluchters per stuk maximaal 206 Kg O2/ uur inbrengen met een onttrokken vermogen van 102 kilowatt. Om aan de totale zuurstofvraag tijdens de nieuwe regeling te voldoen wordt de volgende vergelijking gemaakt: BEL 1: 328– 206 = 122
Met de nieuwe regeling brengt BEL 2 meer zuurstof in dan de zuurstofbehoefte en meer ten opzichte van de huidige regeling. De werkingstijd van puntbeluchter 2 bedraagt:
121,93 * 60/ 206= 36 minuten.
Energiebesparing nieuwe regeling = 165,6 – 163,2 = 2,4 kWh/h
De energiebesparing bedraagt 1,5 % voor de nieuwe regeling tijdens DWA dagen.
RWA omstandigheden
In de nieuwe regeling wordt er per puntbeluchter maximaal 206 Kg O2/ uur ingebracht met een onttrokken vermogen van 102 kilowatt. Om aan de totale zuurstofvraag tijdens de nieuwe regeling te voldoen wordt de volgende vergelijking gemaakt:
Beluchter 1: 472,47 – 206 = 266,47 kg O2/h Beluchter 2: 266,47– 206 = 60,47 kg O2/h Beluchter 3: 60,47 – 206 = < 0 kg O2/h
Met de nieuwe regeling brengt beluchter 3 meer zuurstof in dan de zuurstofbehoefte en meer ten opzichten van de huidige regeling. De werkingstijd van puntbeluchter 3 bedraagt:
60,47 * 60/ 206= 17.61 = 15 minuten en 36 seconde.
Totaal verbruik puntbeluchters in de huidige regeling: 2,6 uur * 92 kW = 239,2 kWh Totaal verbruik puntbeluchters in de nieuwe regeling: 2,29 uur * 102 kW = 233,85 kWh Energiebesparing nieuwe regeling = 239,2 – 233,85 = 5,62 kWh
De energiebesparing bedraagt 2,4 % voor de nieuwe regeling tijdens RWA dagen.
5.4.2 Vergelijking tussen huidige en nieuwe regeling
Uit gegevens van prisma blijkt dat de verhouding tussen DWA en RWA ongeveer op 213 DWA dagen en 152 RWA Dagen ligt. Naar aanleiding van deze gegevens kan de vergelijking gemaakt worden tussen het energieverbruik bij DWA en RWA omstandigheden op jaarbasis. Ook kan hiermee een indicatie worden gegeven van de mogelijke besparing per jaar. Voor deze berekening wordt aangenomen dat er jaarlijks 213 DWA dagen en 152 RWA plaatsvinden de praktijksituatie kan hier echter van afwijken [10].
kWh
RWA: 5,62 kW * 24 uur * 152 = 20501,76 kWh
DWA + RWA = 12268,8 + 20501,76 = 32770,56 kWh
In 2012 werd er door de het beluchtingssysteem met de huidige regeling 1718000 kWh (berekent vermogen) verbruikt. Wanneer de nieuwe regeling doorgevoerd wordt kan er een besparing gehaald worden van meer dan 30.000 kWh wat resulteert in een besparingsrendement van 1,9 %. Belangrijk aandachtspunt is dat de DWA en RWA dagen met bijbehorende concentraties jaarlijks veranderen waardoor het besparingsrendement hoger of lager kan liggen dan 1,9 %.
Belangrijk aandachtspunt is dat het berekend verbruik op basis van de DWA en RWA dagen bijna 25 % hoger is dan het gemeten verbruik. De grafieken die gebruikt zijn voor de berekening geven echter geen afwijkende waarde weer. Om een eerlijke vergelijking te maken is daardoor het energiebesparingspercentage bepaald op basis van het berekend verbruik. Een duidelijke verklaring voor het verschil tussen berekend en gemeten verbruik kan er op dit moment niet gegeven worden. Mogelijke oorzaken hiervan zouden kunnen zijn:
- hoge concentratie BZV in het influent in 2011 ten opzichte van voorgaande jaren en 2012. Dit verklaart echter maar een deel van het verschil;
- puntbeluchters in werkelijkheid meer zuurstof in brengen dan in de theorie. Dit lijkt onwaarschijnlijk aangezien de puntbeluchters in deze situatie meer zuurstof in brengen dan de gehanteerde vuistregel. De berekeningen en metingen wijzen er op dat de ontwerpgrafieken een juiste waarde weergeven;
- de gegevens uit het jaarverslag niet juist geregistreerd zijn door de database (prisma) waardoor de praktijk situatie lager uitvalt.
Bovenstaande mogelijke oorzaken hebben waarschijnlijk een kleine of zelfs geen invloed op het verschil. Hierdoor is een duidelijke verklaring voor het verschil tussen berekend en gemeten verbruik kan er op dit moment niet gegeven worden.