Compartir casos de renovación energética: implementación específica en el proyecto de sustitución del soplador Roots por un soplador de levitación aerodinámica en la estación de tratamiento de aguas residuales de placas de acero de JFE en Guangzhou.

Compartir casos de renovación energética: implementación específica en el proyecto de sustitución del soplador Roots por un soplador de levitación aerodinámica en la estación de tratamiento de aguas residuales de placas de acero JFE de Guangzhou.

I. Antecedentes del proyecto de renovación y problemas de los equipos existentes

En las etapas I y II, así como en la ampliación de la estación de tratamiento de aguas residuales de Guangzhou JFE, los tanques biológicos, los tanques de regulación, los módulos de membranas MBR, los tanques de neutralización y el sistema de lavado inverso de los filtros de arena contaban originalmente con un suministro de aire proporcionado por sopladores Roots tradicionales; en total, varias unidades de sopladores Roots operaban de forma continua durante 24 horas al día. Los equipos existentes presentaban desde hace tiempo cinco importantes limitaciones operativas, lo cual constituyó el principal motivo de esta renovación:

Aspecto exterior del equipo antiguo, condiciones de operación y entorno del sitio

1. El consumo de energía se mantiene elevado. : Los sopladores de tipo Roots, de estructura volumétrica, presentan elevadas pérdidas por fricción y una eficiencia de funcionamiento de apenas el 45% a 55%, sin un rango de operación de alta eficiencia; antes de la renovación integral de toda la planta, el costo anual total de electricidad de los sopladores era… 914.000 yuanes , es el mayor rubro de gasto energético en la operación de la estación de tratamiento de aguas residuales;
2. El costo anual de mantenimiento es elevado. Los engranajes de Roots y los rodamientos presentan un desgaste acelerado; el costo anual de mantenimiento y reparación equivale al 3%‑5% del valor original del equipo. En cada estación, los gastos anuales por lubricantes y recambio de piezas oscilan entre 10.000 y 30.000 yuanes. Además, cada 1 a 2 años es necesario detener la operación para realizar una revisión mayor, lo que ocasiona interrupciones frecuentes y consume horas productivas.
3. El ruido en el taller supera los límites permitidos. El ruido de funcionamiento a 1 metro alcanza entre 100 y 120 dB(A); requiere la construcción de una sala de máquinas con aislamiento acústico independiente; el entorno de trabajo en el taller es adverso y no cumple con las normas de control ambiental y reducción del ruido establecidas para el recinto fabril.
4. Pobre estabilidad de funcionamiento : El desgaste mecánico provoca año tras año una disminución del caudal de aire, lo que dificulta el control estable del DO (oxígeno disuelto) en el tanque biológico —entre 2 y 4 mg/L—; además, la aireación desigual exige ajustes manuales frecuentes de las válvulas en el lugar. En el filtro de arena, el aire utilizado para el lavado intermitente comparte la misma tubería con el aire empleado de forma continua en el proceso biológico, lo que genera fuertes fluctuaciones de presión y un consumo anual considerable de aire comprimido adquirido externamente.
5. Riesgos ocultos de la remodelación a largo plazo Los rotores pertenecen a equipos obsoletos de alto consumo energético y, en el futuro, enfrentan el riesgo de ser gradualmente eliminados o prohibidos por las políticas de protección ambiental; además, las reformas realizadas de manera fragmentaria y por lotes suelen generar obras secundarias e inversiones redundantes.

Intercambio técnico en el sitio de obra y prospección in situ

Distribución original de la planta:

• Estación de tratamiento de aguas residuales de la primera fase: 2 grupos de sopladores Roots (A/A2, B/B2), utilizados de forma integral para el proceso biológico, el tanque de regulación y el lavado inverso del filtro de arena;
• Estación de tratamiento de aguas residuales de la segunda fase: 3 grupos de sopladores Roots (series A, B y C), que abarcan el tanque de regulación, los tanques biológicos, el tanque MBR, el tanque de neutralización y los filtros de arena para aguas ácidas y de recirculación.
• Estación de tratamiento de aguas residuales de la segunda fase de ampliación: 2 grupos de sopladores Roots, responsables respectivamente de la aireación y el suministro de aire en el tanque biológico y en el tanque MBR.

II. Comparación técnica entre múltiples alternativas y definición de la solución de renovación óptima

Comparación transversal de la selección de parámetros para tres tipos de sopladores (soplador de suspensión neumática, soplador de suspensión magnética y soplador Roots existente; el proyecto finalmente optó por el soplador de suspensión neumática)

III. Cálculo de los datos clave de ahorro energético (comparación de costos antes y después de la renovación, beneficios anuales, período de recuperación estático; aspectos centrales del documento)

Base de cálculo: la tarifa industrial se aplica según 0,8 yuanes/kWh , el ventilador opera de manera continua los 365 días del año, y la tasa de ahorro energético se rige según lo estipulado en el plan. Cálculo en el rango del 20% al 30% Antes de la renovación, el costo total anual de la electricidad de los ventiladores ascendía a 914.000 yuanes (279.000 en la primera fase, 380.000 en la segunda fase y 255.000 tras la ampliación).

1. Beneficio anual por ahorro de electricidad y tarifas eléctricas

2. Beneficios derivados del ahorro en los costos anuales de mantenimiento

• Antes de la renovación: las 6 unidades originales requerían un mantenimiento anual de los rotores, junto con el consumo de lubricantes y piezas de desgaste, por un total aproximado de 72.000 yuanes al año;
• Tras la renovación: en el caso de la unidad de flotación por aire, solo es necesario sustituir el filtro de aire anualmente, y el gasto total anual de mantenimiento de toda la unidad no supera los 8.000 yuanes.
• Ahorro neto anual en mantenimiento: 64.000 yuanes 。

3. Beneficios adicionales derivados de la reducción del consumo de aire comprimido

Tras la remodelación, el aire utilizado para la bioquímica, los tanques de neutralización y el lavado inverso del filtro de arena se suministra íntegramente mediante un compresor de tipo Roots en servicio y uno de reserva, eliminando así la necesidad de adquirir aire comprimido externo para la compensación de presión prevista en el proceso anterior. A lo largo del año, se logró un ahorro de aproximadamente 36.000 yuanes en los costos de adquisición de aire comprimido. 。

4. Rentabilidad neta anual total del proyecto y período de recuperación de la inversión estática

• Rentabilidad total anual promedio = Ahorro en electricidad (promedio) 22,85 + Ahorro en mantenimiento 6,4 + Ahorro en aire comprimido 3,6 = 32,85 millones de yuanes/año ；
• Plazo de recuperación de la inversión estática = Inversión total 122÷32,85≈3,71 años (Solo con el ahorro energético se recupera la inversión; la vida útil del equipo es de 15 a 20 años, y tras el período de recuperación se obtiene un beneficio neto durante más de 11 años consecutivos).

5. Datos cuantitativos de reducción de emisiones y de carbono en términos ambientales (con referencia a la norma de conversión del sector: 1 kWh ≈ 0,785 kg CO₂)

• Según el ahorro anual de electricidad (tomando el valor intermedio: 228.500 ÷ 0,8 = 285.600 kWh/año);
• Reducción anual de emisiones de CO₂ ≈ 28,56 × 0,785 ≈ 224,2 toneladas/año , contribuyendo a que JFE de Guangzhou cumpla los objetivos de reducción de emisiones de carbono en su planta.

IV. Evaluación multidimensional de los resultados de mejora tras la implementación de la transformación

1. Mejora del consumo energético y de la operación del proceso

El sistema de control inteligente de frecuencia variable, en modo flotante, ajusta automáticamente el caudal de aire siguiendo el nivel de oxígeno disuelto (DO) del tanque biológico (2–4 mg/L), resolviendo por completo el problema anterior de alternancia entre sobrealimentación y subalimentación en la aireación con sopladores Roots de frecuencia constante. En el filtro de arena, el lavado intermitente se realiza mediante la regulación de presión de los sopladores Roots en estado de inactividad, manteniendo así una presión estable en la línea principal del proceso biológico. La aireación es uniforme en todo el sistema, eliminando la necesidad de realizar diariamente tareas manuales y frecuentes de ajuste de válvulas. , se ha mejorado la estabilidad de los parámetros del efluente.

2. Optimización del entorno del taller

El ruido de operación del ventilador se redujo de 105/115 dB(A) a 78/83 dB(A); se demolió parte de la sala de insonorización existente, y el entorno laboral en la sala de máquinas cumple con la normativa nacional sobre ruido en salud ocupacional; además, no es necesario proporcionar equipos de protección personal antirruido en el lugar de trabajo.

Resultado de la instalación del nuevo equipo, estado de funcionamiento y condiciones de trabajo en el taller limpio

3. Reducción de la carga de gestión de operaciones y mantenimiento

Sin lubricante ni piezas de desgaste mecánico, el conjunto completo requiere un mantenimiento mínimo, salvo el reemplazo anual de los filtros; se han eliminado las inspecciones y reparaciones trimestrales por desmontaje, así como los planes de revisión mayor anual. La mano de obra necesaria para la operación y el mantenimiento de la estación de tratamiento de aguas residuales se ha reducido en más del 60%, y el riesgo de paradas no programadas prácticamente ha desaparecido.

4. Garantía de cumplimiento a largo plazo

Todas las bombas Roots existentes se han reasignado a reserva; ante el uso intermitente del gas, ya no se realizarán inversiones significativas en reparaciones mayores. En el futuro, las bombas Roots serán retiradas de forma gradual y natural; las tuberías y los sistemas de control automático conservarán interfaces previstas para ampliaciones, de modo que, en etapas posteriores, los nuevos equipos de flotación de aire puedan conectarse directamente. Eliminar por completo las reformas secundarias y las inversiones redundantes, alineándose con la política nacional de retirada de equipos antiguos de alto consumo energético. 。

V. Resumen del proyecto y valor de replicación en el sector

El proyecto de renovación de seis equipos de flotación por aire en la estación de tratamiento de aguas residuales de placas de acero JFE de Guangzhou se ha llevado a cabo gracias a cálculos precisos del estado operativo y a la selección y aplicación de múltiples alternativas, logrando así… Costos operativos totales promedio anual de 328.500 yuanes; reducción anual de emisiones de CO₂ superior a 220 toneladas. Los beneficios económicos directos y ambientales, sumados a que el diseño con reservas de tuberías resuelve de una sola vez los riesgos de futuras reformas derivados de la prohibición del uso de los sopladores Roots, convierten este proyecto en un caso emblemático de la transición del sistema de aireación de aguas residuales en la industria siderúrgica y metalúrgica, pasando de los tradicionales sopladores Roots a tecnologías de alta eficiencia basadas en la levitación por aire.
　　Este proyecto verifica: En entornos de aireación de aguas residuales con altas interferencias electromagnéticas y funcionamiento continuo durante 24 horas, los sopladores de suspensión aerodinámica ofrecen la mejor relación calidad‑precio a lo largo de todo el ciclo de vida en comparación con los sistemas de levitación magnética y los sopladores Roots. , puede servir como modelo de referencia estandarizado para la renovación energética de las plantas de tratamiento de aguas residuales de acerías similares en la región del sur de China, abarcando la selección de equipos, el cálculo de inversiones y la ejecución de obras.