Modelling wastewater aeration system and high-speed turbo blower for energy efficiency improvements
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2020-05-18
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)
Language
en
Pages
50 + 3
Series
Abstract
In efforts to improve wastewater treatment plants’ energy efficiency, optimization of aeration process is often a point of interest due to its high energy intensity. Improvements in aeration blower technologies and process control strategies offer prospects for cutting down aeration energy consumption. Alternative to traditional blower technologies is the high-speed turbo blower, which along with improved energy efficiency offers many fringe benefits, which makes it a worthy candidate for blower replacement projects. With the high-speed technology, blower’s electrical complexity increases, creating some special considerations for the component manufacturers. This study attempts to characterize typical operation of a high-speed turbo blower in wastewater aeration process, in order to identify challenges and possibilities for energy efficiency improvements on equipment level. Study includes literature review on diffused aeration systems structure and control strategies, blower technologies and associated variable frequency drives and electric motors. A model of the diffused aeration system and high-speed turbo blowers of the Hermanninsaari wastewater treatment plant is developed for assessing the typical operating patterns and loadings of high-speed turbo blowers. Simulation results highlighted the challenges for energy efficiency optimization of highspeed turbo blower’s electrical equipment, whereas minimizing the backpressure through valve control optimization algorithms, could offer large savings for relatively small reductions in the backpressure. For systems operating larger blower groups, blower operating strategy has more possibilities for energy optimization.Pyrkimyksissä parantaa jätevedenpuhdistamojen energiatehokkuutta, jäteveden ilmastuksen optimointi on usein esillä, johtuen sen korkeasta energiantarpeesta. Ilmastuksessa käytettyjen kompressorien ja prosessin ohjausstrategioiden kehitys tarjoaa mahdollisuuksia ilmastuksen energiankulutuksen vähentämiseksi. Suurnopeus ilmastuskompressorit ovat varteenotettava vaihtoehto perinteisille kompressoritekniikoille, niiden energiatehokkuuden sekä muiden suurnopeusteknologian tarjoamien etujen ansiosta. Suurnopeustekniikka kuitenkin lisää kompressorien sähköistä mutkikkuutta, luoden erityisvaatimuksia laitevalmistajille. Tämän tutkimuksen tavoitteena on määrittää suurnopeuskompressorin tavanomainen toiminta jäteveden ilmastus prosessissa, jotta laitetason energiaoptimoinnin haasteet ja mahdollisuudet voitaisiin tunnistaa. Tutkimus sisältää kirjallisuuskatsauksen pohjailmastusta käyttävän järjestelmän kokoonpanosta ja ohjausstrategioista, kompressoritekniikoista ja niihin liittyvistä taajuusmuuttajista sekä sähkömoottoreista. Tutkimuksen kokeellisessa osiossa Hermanninsaaren jätevedenpuhdistamon ilmastusjärjestelmä mallinnettiin suurnopeuskompressorien tyypillisten käyttömallien ja kuormitusten arvioimiseksi. Mallilla tehtyjen simulointien tulokset osoittivat haasteita suurnopeuskompressorin sähkölaitteiden energiaoptimoinnille, mutta vastapaineen minimointi ohjausventtiilien ohjauksen optimoinnilla voisi tarjota suuria energiasäästöjä verrattain pienillä vähennyksillä vastapaineessa. Järjestelmille, jotka vaativat isompia kompressoriryhmiä, kompressorien ohjausstrategia tarjoaa enemmän mahdollisuuksia energiaoptimoinnille.Description
Supervisor
Mikola, AnnaThesis advisor
Blomberg, MikaelUkkonen, Petri
Keywords
wastewater treatment, aeration,, high-speed turbo blower, energy efficiency, modelling
