JP6316270B2 - 送風機の制御方法 - Google Patents

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本発明は、下水処理場における送風機の制御方法に関する。
下水処理場では、複数の送風機から集合管を介して複数の反応タンクに空気が供給される(例えば、特許文献1参照)。集合管と複数の反応タンクとは複数の給気管によってそれぞれ接続され、各給気管には風量制御弁が設けられる。一般的に、各風量制御弁は、対応する反応タンク内の汚水の溶存酸素濃度に基づいて制御される。一方、送風機は、集合管の測定圧力が設定圧力となるようにPID制御される。
実公平4−958号公報
ところで、下水処理場では、送風機の運転に要する電力が総消費電力のうちでかなり高い割合を占める。従って、送風機の運転に要する電力を削減することが望まれる。
そこで、本発明は、送風機の運転に要する電力を低減することができる送風機の制御方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、従来の送風機の制御方法では、集合管の設定圧力が高く設定されて給気管の風量制御弁で大きな圧損が生じていることに着目し、これを改善することを考案した。本発明は、このような観点からなされたものである。
すなわち、本発明の一つの側面からの送風機の制御方法は、下水処理場において集合管を介して複数の反応タンクに空気を供給する少なくとも1つの送風機の制御方法であって、前記集合管と前記複数の反応タンクとをそれぞれ接続する複数の給気管のうちの1つを基準給気管として選択し、前記基準給気管に設けられた風量制御弁の開度および前記基準給気管の測定風量に基づいて前記風量制御弁の実圧損を算出し、算出された実圧損が目標圧損となるようにPID制御により前記集合管の設定圧力を決定し、前記集合管の測定圧力が前記設定圧力となるように前記少なくとも1つの送風機をPID制御により制御する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、送風機の吐出圧力の目標値である集合管の設定圧力を、基準給気管に設けられた風量制御弁での実圧損が目標圧損となる程度に低く抑えることができる。従って、送風機の運転に要する電力を低減することができる。
前記複数の給気管のそれぞれについて、当該給気管に設けられた風量制御弁のCV値を当該給気管の測定風量で割って選択参照値を算出し、算出された選択参照値のうちで最も高い選択参照値の給気管を前記基準給気管として選択してもよい。この構成によれば、風量制御弁の実圧損が最も低い給気管を基準給気管として選択することができる。
また、本発明の別の側面からの送風機の制御方法は、下水処理場において集合管を介して複数の反応タンクに空気を供給する少なくとも1つの送風機の制御方法であって、前記集合管と前記複数の反応タンクとをそれぞれ接続する複数の給気管のうちの1つを基準給気管として選択し、前記基準給気管に設けられた風量制御弁の開度が予め定められた目標開度となるようにPID制御により前記集合管の設定圧力を決定し、前記集合管の測定圧力が前記設定圧力となるように前記少なくとも1つの送風機をPID制御により制御する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、送風機の吐出圧力の目標値である集合管の設定圧力を、基準給気管に設けられた風量制御弁での実圧損が目標圧損となる程度に低く抑えることができる。従って、送風機の運転に要する電力を低減することができる。
例えば、前記複数の給気管のそれぞれには風量制御弁が設けられており、前記複数の給気管のうちで風量制御弁の開度が最も大きい給気管を前記基準給気管として選択してもよい。
本発明によれば、送風機の運転に要する電力を低減することができる。
本発明の一実施形態に係る送風機の制御方法を実行する送風システムの概略構成図である。 風量制御弁の開度とCV値の関係を示すグラフである。
図1に、本発明の一実施形態に係る送風機の制御方法を実行する、下水処理場における送風システム1を示す。下水処理場は、汚水を貯留する複数の反応タンク11を含み、送風システム1は、それらの反応タンク11に集合管3を介して空気を供給する複数の送風機2を含む。ただし、送風機2は必ずしも複数設けられている必要はなく、1つだけ設けられていてもよい。
本実施形態では、送風システム1が反応タンク11と同数の溶存酸素制御装置51および風量制御装置52を含むとともに、1つの圧力制御装置53を含む。ただし、全ての溶存酸素制御装置51および風量制御装置52が1つのユニットとして構成されていてもよいし、全ての風量制御装置52および圧力制御装置53が1つのユニットとして構成されていてもよい。
具体的に、各送風機2は、吐出管21により集合管3と接続されている。集合管3には、全ての送風機2から当該集合管3に集められた空気の圧力を測定する圧力計31と、当該集合管3内の空気の温度を測定する温度計32が設けられている。なお、温度計32は、各吐出管21に設けられていてもよい。
各送風機2は、圧力制御装置53により制御される。圧力制御装置53には、圧力計31からの測定圧力Pnと温度計32からの測定温度Tが入力される。圧力制御装置53は、集合管3の測定圧力Pnに基づいて送風機2の運転台数を決定するとともに、運転される送風機2を、集合管3の測定圧力Pnが設定圧力Psとなるように各送風機2の風量設定を変えることでPID制御する。
集合管3は、複数の給気管4により反応タンク11とそれぞれ接続されている。各給気管4には、当該給気管4の風量を変更する風量制御弁42が設けられている。また、各給気管4には、当該給気管4の風量を測定する風量計41が設けられている。図例では、風量計41が風量制御弁42の上流側に位置しているが、風量制御弁42の下流側に位置していてもよい。各風量制御弁42は、風量制御装置52により制御される。風量制御装置52には、風量計41からの測定風量Qnが入力される。
各給気管4は反応タンク11内まで延びており、給気管4の先端には散気パネル43が設けられている。各反応タンク11には、当該反応タンク11内の汚水の溶存酸素濃度DOを測定する溶存酸素濃度計12が設けられている。溶存酸素濃度計12で測定された溶存酸素濃度DOは、対応する溶存酸素制御装置51に入力される。
各溶存酸素制御装置51は、溶存酸素濃度DOに基づいて、対応する反応タンク11に対する要求風量Qsを決定する。要求風量Qsは、対応する風量制御装置52に送信される。
各風量制御装置52は、風量計41からの測定風量Qnが要求風量Qsとなるように風量制御弁42の開度Xを調整する。各風量制御装置52から圧力制御装置53へは、風量制御弁42の開度Xと測定風量Qnが送信される。
圧力制御装置53は、まず、給気管4のうちの1つを基準給気管として選択する。圧力制御装置53には、各給気管4に設けられた風量制御弁42のCV値に関する性能曲線が予め格納されている。CV値は、風量制御弁42の容量を示す数値であり、図2に示すように開度Xが大きくなると高くなる。
圧力制御装置53は、各給気管4について、現在の開度Xでの風量制御弁42のCV値を当該給気管4の測定風量Qnで割って選択参照値(=CV/Qn)を算出する。その後、圧力制御装置53は、算出された選択参照値のうちで最も高い選択参照値の給気管4を基準給気管として選択する。
次に、圧力制御装置53は、基準給気管に設けられた風量制御弁42の開度Xおよび基準給気管の測定風量Qnに基づいて集合管3の設定圧力Psを決定する。まず、圧力制御装置53は、現在の開度Xでの風量制御弁42のCV値、測定風量Qnおよび測定温度Tを用いて、例えば、以下の式1により、風量制御弁42の実圧損ΔPnを算出する。
Figure 0006316270
各記号の単位 ΔPn:kg/cm2
Qn:m3/min
T:K
P1,P2:kg/cm2 abs
式中のP1およびP2は、それぞれ風量制御弁42の入口および出口の圧力である。ただし、式1の計算結果に対するP1,P2の影響は小さいため、本実施形態では、P1,P2に固定値を採用している。
ついで、圧力制御装置53は、算出された実圧損ΔPnが目標圧損ΔPs(例えば、2kPa)となるように、PID制御により集合管3の設定圧力Psを決定する。具体的には、実圧損ΔPnが目標圧損ΔPsよりも小さければ、それらの偏差(ΔPs−ΔPn)に応じて設定圧力Psを現在の値よりも大きくし、逆に実圧損ΔPnが目標圧損ΔPsよりも大きければ、それらの偏差(ΔPn−ΔPs)に応じて設定圧力Psを現在の値よりも小さくする。設定圧力Psを決定した後は、圧力制御装置53は、上述したように集合管3の測定圧力Pnが設定圧力Psとなるように各送風機2の風量設定を変えることで送風機2をPID制御する。なお、設定圧力Psを決定する演算およびPID制御は専用の演算器および制御装置で行い、決定された設定圧力Psを圧力制御装置53へ入力してもよい。
以上説明したように、本実施形態では、送風機2の吐出圧力の目標値である集合管3の設定圧力Psを、基準給気管に設けられた風量制御弁42での実圧損ΔPnが目標圧損ΔPsとなる程度に低く抑えることができる。従って、送風機2の運転に要する電力を低減することができる。
また、本実施形態では、全ての給気管4について選択参照値が算出され、これらの選択参照値の比較により基準給気管が選択されるので、風量制御弁42の実圧損ΔPnが最も低い給気管4を基準給気管として選択することができる。
<変形例>
圧力制御装置53は、基準給気管の実圧損ΔPnを算出する代わりに、基準給気管に設けられた風量制御弁42の開度Xが予め定められた目標開度Xsとなるように、集合管3の設定圧力PsをPID制御により決定してもよい。具体的には、現在の開度Xが目標開度Xsよりも小さければ、それらの偏差(Xs−X)に応じて設定圧力Psを現在の値よりも小さくし、現在の開度Xが目標開度Xsよりも大きければ、それらの偏差(X−Xs)に応じて設定圧力Psを現在の値よりも大きくする。
本変形例では、圧力制御装置53が、給気管4のうちで風量制御弁42の開度Xが最も大きい給気管4を基準給気管として選択する。ただし、前記実施形態と同様に、圧力制御装置53が、各給気管4について選択参照値を算出し、算出された選択参照値のうちで最も高い選択参照値の給気管4を基準給気管として選択してもよい。目標開度Xsは、例えば30〜60%の範囲内でオペレータにより任意に設定される。
本変形例では、前記実施形態に比べて送風機2の運転に要する電力の低減効果が小さくなるものの、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、本変形例では、開度XのCV値への換算および実圧損ΔPnの算出が不要であるために、制御用のプログラムを簡易化することができる。
(その他の実施形態)
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、前記実施形態では、圧力制御装置53が各給気管4の選択参照値を算出しているが、各風量制御装置52に風量制御弁42のCV値に関する性能曲線が予め格納され、各風量制御装置52が対応する給気管4の選択参照値を算出してもよい。
また、前記実施形態において、基準給気管の選択は、必ずしも選択参照値の比較によって行われる必要はなく、例えば、給気管4のうちで風量制御弁42の開度Xが最も大きい給気管4が基準給気管として選択されてもよい。
また、各反応タンク11に対する要求風量Qsは、必ずしも溶存酸素濃度DOに基づいて決定される必要はなく、例えば、汚水中の硝酸濃度やアンモニア濃度に基づいて決定されてもよいし、反応タンク11への汚水流入量に係数を積算して算出されてもよい。
1 送風システム
11 反応タンク
2 送風機
3 集合管
4 給気管
42 風量制御弁
43 散気パネル

Claims (2)

  1. 下水処理場において集合管を介して複数の反応タンクに空気を供給する少なくとも1つの送風機の制御方法であって、
    前記集合管と前記複数の反応タンクとをそれぞれ接続する複数の給気管のうちの1つを基準給気管として選択し、
    前記基準給気管に設けられた風量制御弁の開度から当該風量制御弁のCV値を決定し、
    前記風量制御弁のCV値および前記基準給気管の測定風量に基づいて前記風量制御弁の実圧損を算出し、算出された実圧損が目標圧損となるようにPID制御により前記集合管の設定圧力を決定し、
    前記集合管の測定圧力が前記設定圧力となるように前記少なくとも1つの送風機をPID制御により制御する、送風機の制御方法。
  2. 前記複数の給気管のそれぞれについて、当該給気管に設けられた風量制御弁のCV値を当該給気管の測定風量で割って選択参照値を算出し、
    算出された選択参照値のうちで最も高い選択参照値の給気管を前記基準給気管として選択する、請求項1に記載の送風機の制御方法。
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