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污水處理曝氣風機選擇及能耗分析

發布日期:2020-11-09 作者: 點擊:

      我國是一個水資源貧國,人均水資源擁有量只有2200m3,僅為世界平均水平的1/4,目前全國2/3的大中城市面臨缺水。隨著國家經濟的發展,工業化的普及,產生了大量的污水,在沿海工業發達地區大中小城市甚至農村幾乎見不到一條清潔的河流,因此污水處理是關系到國計民生的重要大事。
 
  為了對污水進行處理,國內外對處理方法進行了大量研究,并形成了五花八門的污水處理技術,但其中使用量最大、使用最普及也最成熟的技術是活性污泥法。在該法中為了向水中充氧,必須向水中鼓入大量空氣,因而必須選用合適的鼓風機。由于在整個污水處理工程中風機所消耗的能量占了整個系統所消耗能量的一半以上,因而風機的選型顯得特別重要。
 

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  因為在污水處理系統中,對風機有其自身要求:風機的風量可由化學耗氧量算得,而風機的風壓決定于水深(曝氣頭端面到水面的距離)。在污水處理系統設計時必須考慮管道、閥門、彎頭及曝氣頭的壓力損耗,一般在水深的基礎上增加9.8kPa。
 
  新系統剛投入運行時,壓力一般都在設計范圍內,可隨著使用時間的推移,由于曝氣頭微孔的堵塞,管道閥門的銹蝕,特別是曝氣頭損壞,大量污泥流入管道并沉積,使管道流通面積減小,從而使系統阻力大幅增加,因此在系統設計時要特別考慮這一點。
 
  除此之外還必須綜合考慮風機能耗、噪聲及價格等因素。下面我們就以上幾個方面進行一些探討。
 
  1、在污水處理系統中通常使用的風機基本類型
 
  常用的形式有容積式鼓風機和旋渦式鼓風機,其中容積式鼓風機,主要有回轉風機、羅茨鼓風機;旋渦式鼓風機主要有多級離心式風機、單級高速離心式風機。市面上的單級高速離心式風機又分為空氣懸浮鼓風機、磁懸浮鼓風機。
 
  旋片式風機僅在每天處理幾百立方的小型污水處理系統中有所應用,而旋渦式風機在早期小型污水處理系統中有應用,現已被淘汰。下面僅就羅茨式、多級離心式及單級高速離心式風機的選型進行討論。
 
  (1)由容積式風機與離心式風機的流量特性來看,顯然羅茨風機更適用于污水處理系統,其原因是羅茨鼓風機流量是硬特性,即當水處理系統阻力增加時,其出口壓力也隨著增加,但其輸出氣體的流量卻變化很小,從而可以維持水處理系統的曝氣量幾乎不變(在風機強度及電動機功率滿足的情況下);而離心式鼓風機則不同,其風量隨阻力的增加而大幅減少。當阻力增加到一定壓力時,風機輸出風量為零,整個系統將無法曝氣。
 
  如蘇州一家公司的污水處理廠,選用多級離心風機曝氣,開始使用時很正常,隨著使用時間的延續,曝氣池水翻滾的強度越來越小,最終不再曝氣。建議其將污水池水位下降1m后,水池又正常曝氣。后來將多級離心風機換為三葉型羅茨風機,一直延用至今。因此在污水處理系統中選用離心式鼓風機要特別注意,選用風機的壓力一定要留有充分余地。
 
  (2)水處理系統在選用離心式風機時,特別要注意防止風機產生喘振現象。因為在風機運行中由于系統阻力的增加,造成風量的減小,當流量減小到某一最小值時就會在風機流道中出現嚴重的旋轉脫離,流動嚴重惡化,使鼓風機出口壓力突然大大下降,由于風機總是和水處理管網系統聯合工作的,這時管網中的壓力并不馬上降低,于是管網中的氣體壓力反大于風機出口處的壓力,從而氣體發生倒流,一直至管網中的壓力下降至風機的出口壓力為止,這時倒流停止,風機又開始向管網供氣,經過風機的流量又增大,風機又恢復正常工作,當網管中的壓力又恢復原來壓力時,風機的流量又減少,風機的出口壓又突然減小,系統中又產生倒流,如此周而復始就在系統中產生周期性的氣流震蕩現象,這就是風機的喘振現象,往往造成風機的重大事故。
 
  是不是發生喘振還和系統管網有關,管網的容量越大,則喘振的振幅越大,頻率越低,管網的容量越小,則喘振的振幅越小,頻率越高。當幾臺風機并網使用時,有時還會出現單臺機出現喘振的現象,因為一個系統當設計施工完畢后其系統的阻力將隨著系統內所流通的風量增加而增加,當系統阻力增加至某臺風機的喘振點時,此機就會產生風機的喘振現象,因此除對風機的壓力保留一定的余地外,還必須對管網系統作一定的設計計算。
 

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  2、選用的風機必須能耗低
 
  由于風機的能耗占了水處理系統總能耗的一半以上,因此選用的風機應盡量低能耗。下面就污水處理中常用的離心風機及羅茨鼓風機的能耗進行對比:
 
  (1)現在有許多設計院及高等院校在污水處理系統設計時常采用多級離心鼓風機,認為多級離心鼓風機能耗及噪聲都比羅茨鼓風機低,甚至有關領導部門曾想在污水處理系統中淘汰羅茨鼓風機。其實我國的羅茨鼓風機設計制造技術在近20年來已有了長足進步,特別羅茨鼓風機設計制造成功并批量投產,其各項指標特別是噪聲及能耗指標有了大幅度下降,絲毫不遜于多級離心式鼓風機。
 
  (2)國產羅茨鼓風機與單級高速離心鼓風機能耗比較,在我國污水處理系統中使用的單級高速離心鼓風機極大多數都是引進國外產品,主要是丹麥HV-TUBO公司及英國豪頓公司的產品,該二公司風機都采用進風口導葉及擴壓器導葉控制,流量調節范圍寬,同時高效值范圍大。我國在污水處理系統中僅從丹麥HV-BUTO公司引進的風機從1990年開始到現在有近千臺。國內沈陽鼓風機廠在1995年引進了日本國川崎重工株式會社單級高速離心風機技術。2000年后又有重慶通用機械公司、杭州制氧氣廠、南通金通靈公司等單位自主研發了單級高速離心風機,但國產風機及引進技術風機流量調節都僅采用進口導葉控制,因而高效工況區都不如丹麥HV-BUTO公司及英國豪頓公司寬。
 
  單級高速離心鼓風機的能耗確比國產三葉型羅茨鼓風機低,但并不象丹麥HV-TURBO公司樣本所宣傳的那樣節能達30%~40%,至于重通公司的能耗顯得高,可能是樣本上提供的是配套電機功率而非軸功率造成。而國產三葉型羅茨鼓風機正向高速方向發展,隨著速度的提高能耗會進一步降低,從而能耗將會更進一步接近單級高速離心風機。
 
  (3)國產三葉羅茨鼓風機與L型二葉型羅茨鼓風機及國外三葉型羅茨鼓風機的性能對比:L型二葉羅茨鼓風機是80年代中期,當時的機械工業部組織全國幾家重點羅茨鼓風機生產廠家聯合設計的節能產品,列入國家第八批節能產品目錄。國產三葉羅茨鼓風機的能耗較L型二葉羅茨鼓風機的能耗低1.2%~21%。值得一提的是L型二葉羅茨鼓風機樣本中所提供的軸功率隱瞞了風機的起始功率。如加上空載起始功率,則國產羅茨鼓風機的節能效果將顯得更大。
 
  3、水處理系統所選用的風機還必須噪聲低
 
  污水處理是為了保護環境,不能為了污水處理而給環境帶來二次污染,因此在為污水處理系統選用風機時,對風機的噪聲必須認真考慮,國產三葉羅茨鼓風機的噪聲比多級離心式要低。同時從表中可以看到國產三葉羅茨鼓風機與同類型的兩葉型羅茨鼓風機相比噪聲要低3.8~10dB(A),比德國AERZEN公司的三葉羅茨鼓風機噪聲也要低6~14dB(A)左右。
 
  4、價格的對比
 
  各類風機價格對比如上表所示。從上表可看出國產三葉型羅茨鼓風機的價格是多級離心鼓風機的1/2不到;是國產單級高速離心鼓風機的1/5不到;是進口單級高速離心鼓風機的1/12不到,因而在價格上國產羅茨鼓風機有絕對的優勢。
 
  從以上分析對比可看出,在污水處理中選用國產羅茨鼓風機較選用多級離心鼓風機更合理,其噪聲及能耗都較低而價格僅后者1/2不到,且不用擔心風機會產生喘振現象。而單級高速離心風機確實能耗及噪聲較低,但即使選用國產單級高速離心風機其價格仍是國產羅茨風機的5倍以上。若選用進口風機,其價格則為國產三葉羅茨鼓風機的12倍左右。由于昂貴的價格,因而妨礙了它在污水處理曝氣系統中的推廣應用。因此在污水處理系統中選用風機時要權衡綜合考慮。


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