污水處理曝氣風(fēng)機(jī)選擇及能耗分析

羅茨風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造方法實(shí)例能耗對(duì)比：

我國(guó)是一個(gè)水資源貧國(guó)，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(guó)2/3的大中城市面臨缺水。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化的普及，產(chǎn)生了大量的污水，在沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)大中小城市甚至農(nóng)村幾乎見不到一條清潔的河流，因此污水處理是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要大事。為了對(duì)污水進(jìn)行處理，國(guó)內(nèi)外對(duì)處理方法進(jìn)行了大量研究，并形成了五花八門的污水處理技術(shù)，但其中使用量最大、使用最普及也最成熟的技術(shù)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(fēng)機(jī)。由于在整個(gè)污水處理工程中風(fēng)機(jī)所消耗的能量占了整個(gè)系統(tǒng)所消耗能量的一半以上，因而風(fēng)機(jī)的選型顯得特別重要。

污水處理行業(yè)對(duì)風(fēng)機(jī)的要求

因?yàn)樵谖鬯幚硐到y(tǒng)中，對(duì)風(fēng)機(jī)有其自身要求：風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可由化學(xué)耗氧量算得，而風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓決定于水深（曝氣頭端面到水面的距離）。在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(chǔ)上增加9.8kPa。新系統(tǒng)剛投入運(yùn)行時(shí)，壓力一般都在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，可隨著使用時(shí)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(tǒng)阻力大幅增加，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要特別考慮這一點(diǎn)。除此之外還必須綜合考慮風(fēng)機(jī)能耗、噪聲及價(jià)格等因素。下面我們就以上幾個(gè)方面進(jìn)行一些探討。

1、在污水處理系統(tǒng)中通常使用的風(fēng)機(jī)基本上不外以下兩大類：

容積式鼓風(fēng)機(jī)和旋渦式鼓風(fēng)機(jī)，其中容積式鼓風(fēng)機(jī)，主要有回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)，旋渦式鼓風(fēng)機(jī)主要有多級(jí)離心式風(fēng)機(jī)、單級(jí)高速離心式風(fēng)機(jī)，市面上的單級(jí)高速離心式風(fēng)機(jī)又分為空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)、磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)。

旋片式風(fēng)機(jī)僅在每天處理幾百立方的小型污水處理系統(tǒng)中有所應(yīng)用，而旋渦式風(fēng)機(jī)在早期小型污水處理系統(tǒng)中有應(yīng)用，現(xiàn)已被淘汰。下面僅就羅茨式、多級(jí)離心式及單級(jí)高速離心式風(fēng)機(jī)的選型進(jìn)行討論。

（1 ）由容積式風(fēng)機(jī)與離心式風(fēng)機(jī)的流量特性來看，顯然羅茨風(fēng)機(jī)更適用于污水處理系統(tǒng)，其原因是羅茨鼓風(fēng)機(jī)流量是硬特性，即當(dāng)水處理系統(tǒng)阻力增加時(shí)，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(tǒng)的曝氣量幾乎不變（在風(fēng)機(jī)強(qiáng)度及電動(dòng)機(jī)功率滿足的情況下）；而離心式鼓風(fēng)機(jī)則不同，其風(fēng)量隨阻力的增加而大幅減少。當(dāng)阻力增加到一定壓力時(shí)，風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量為零，整個(gè)系統(tǒng)將無法曝氣。

如蘇州一家公司的污水處理廠，選用多級(jí)離心風(fēng)機(jī)曝氣，開始使用時(shí)很正常，隨著使用時(shí)間的延續(xù)，曝氣池水翻滾的強(qiáng)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(jí)離心風(fēng)機(jī)換為三葉型羅茨風(fēng)機(jī)，一直延用至今。因此在污水處理系統(tǒng)中選用離心式鼓風(fēng)機(jī)要特別注意，選用風(fēng)機(jī)的壓力一定要留有充分余地。

（2）水處理系統(tǒng)在選用離心式風(fēng)機(jī)時(shí)，特別要注意防止風(fēng)機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。因?yàn)樵陲L(fēng)機(jī)運(yùn)行中由于系統(tǒng)阻力的增加，造成風(fēng)量的減小，當(dāng)流量減小到某一最小值時(shí)就會(huì)在風(fēng)機(jī)流道中出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，流動(dòng)嚴(yán)重惡化，使鼓風(fēng)機(jī)出口壓力突然大大下降，由于風(fēng)機(jī)總是和水處理管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作的，這時(shí)管網(wǎng)中的壓力并不馬上降低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力反大于風(fēng)機(jī)出口處的壓力，從而氣體發(fā)生倒流，一直至管網(wǎng)中的壓力下降至風(fēng)機(jī)的出口壓力為止，這時(shí)倒流停止，風(fēng)機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過風(fēng)機(jī)的流量又增大，風(fēng)機(jī)又恢復(fù)正常工作，當(dāng)網(wǎng)管中的壓力又恢復(fù)原來壓力時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量又減少，風(fēng)機(jī)的出口壓又突然減小，系統(tǒng)中又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始就在系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的氣流震蕩現(xiàn)象，這就是風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象[1]，往往造成風(fēng)機(jī)的重大事故。是不是發(fā)生喘振還和系統(tǒng)管網(wǎng)有關(guān)，管網(wǎng)的容量越大，則喘振的振幅越大， 頻率越低，管網(wǎng)的容量越小，則喘振的振幅越小，頻率越高。當(dāng)幾臺(tái)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)使用時(shí)，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)單臺(tái)機(jī)出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象，因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)當(dāng)設(shè)計(jì)施工完畢后其系統(tǒng)的阻力將隨著系統(tǒng)內(nèi)所流通的風(fēng)量增加而增加，當(dāng)系統(tǒng)阻力增加至某臺(tái)風(fēng)機(jī)的喘振點(diǎn)時(shí)，此機(jī)就會(huì)產(chǎn)生風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象，因此除對(duì)風(fēng)機(jī)的壓力保留一定的余地外，還必須對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)作一定的設(shè)計(jì)計(jì)算。

2、選用的風(fēng)機(jī)必須能耗低

由于風(fēng)機(jī)的能耗占了水處理系統(tǒng)總能耗的一半以上，因此選用的風(fēng)機(jī)應(yīng)盡量低能耗。下面就污水處理中常用的離心風(fēng)機(jī)及羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗進(jìn)行對(duì)比：

（1）現(xiàn)在有許多設(shè)計(jì)院及高等院校在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)常采用多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)，認(rèn)為多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)能耗及噪聲都比羅茨鼓風(fēng)機(jī)低，甚至有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門曾想在污水處理系統(tǒng)中淘汰羅茨鼓風(fēng)機(jī)。其實(shí)我國(guó)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)在近20年來已有了長(zhǎng)足進(jìn)步，特別JGR系列羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造成功并批量投產(chǎn)，其各項(xiàng)指標(biāo)特別是噪聲及能耗指標(biāo)有了大幅度下降，絲毫不遜于多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)，JGR系列羅茨鼓風(fēng)機(jī)與多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)的性能對(duì)比如下表：

（2）JGR系列羅茨鼓風(fēng)機(jī)與單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)能耗比較： 在我國(guó)污水處理系統(tǒng)中使用的單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)極大多數(shù)都是引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品，主要是丹麥HV-TUBO公司及英國(guó)豪頓公司的產(chǎn)品，該二公司風(fēng)機(jī)都采用進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)葉及擴(kuò)壓器導(dǎo)葉控制，流量調(diào)節(jié)范圍寬，同時(shí)高效值范圍大。我國(guó)在污水處理系統(tǒng)中僅從丹麥HV— BUTO公司引進(jìn)的風(fēng)機(jī)從1990年開始到現(xiàn)在有近千臺(tái)。國(guó)內(nèi)沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠在1995年引進(jìn)了日本國(guó)川崎重工株式會(huì)社單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)技術(shù)。2000年后又有重慶通用機(jī)械公司、杭州制氧氣廠、南通金通靈公司等單位自主研發(fā)了單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)，但國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)及引進(jìn)技術(shù)風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)都僅采用進(jìn)口導(dǎo)葉控制，因而高效工況區(qū)都不如丹麥HV—BUTO公司及英國(guó)豪頓公司寬。

由上表對(duì)比可看出單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)的能耗確比JGR系列三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)低，但并不象丹麥HV-TURBO公司樣本所宣傳的那樣節(jié)能達(dá)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(jī)功率而非軸功率造成。而JGR系列三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)正向高速方向發(fā)展，隨著速度的提高能耗會(huì)進(jìn)一步降低，從而能耗將會(huì)更進(jìn)一步接近單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)。

（3）JGR三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)與L型二葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)及國(guó)外三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的性能對(duì)比：L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)是80年代中期，當(dāng)時(shí)的機(jī)械工業(yè)部組織全國(guó)幾家重點(diǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家聯(lián)合設(shè)計(jì)的節(jié)能產(chǎn)品，列入國(guó)家第八批節(jié)能產(chǎn)品目錄，JGR型三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)是山東錦工有限公司自主研發(fā)的產(chǎn)品，兩種產(chǎn)品的性能對(duì)比如下表。

從上表對(duì)比中可看出，JGR型三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗較L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗低1.2%～21%。值得一提的是L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)樣本中所提供的軸功率隱瞞了風(fēng)機(jī)的起始功率。如加上空載起始功率，則JGR型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果將顯得更大。

JGR型三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)與世界王牌產(chǎn)品德國(guó)AERZEN公司三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)性能對(duì)比如下表：

從上表中可看出JGR300A三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗要較世界王牌德國(guó)AERZEN公司GM型三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)低1%以上。

3、水處理系統(tǒng)所選用的風(fēng)機(jī)還必須噪聲低

污水處理是為了保護(hù)環(huán)境，不能為了污水處理而給環(huán)境帶來二次污染，因此在為污水處理系統(tǒng)選用風(fēng)機(jī)時(shí)，對(duì)風(fēng)機(jī)的噪聲必須認(rèn)真考慮，從上兩表中可看出JGR型三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的噪聲比多級(jí)離心式要低。同時(shí)從表中可以看到JGR型三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)與同類型的兩葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)相比噪聲要低3.8~10dB(A),比德國(guó)AERZEN公司的三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲也要低6~14dB(A)左右。

4、價(jià)格的對(duì)比

各類風(fēng)機(jī)價(jià)格對(duì)比如上表所示。從上表可看出JGR系列三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的價(jià)格是多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)的1/2不到；是國(guó)產(chǎn)單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)的1/5不到；是進(jìn)口單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)的1/12不到，因而在價(jià)格上JGR系列羅茨鼓風(fēng)機(jī)有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

從以上分析對(duì)比可看出，在污水處理中選用JGR系列?羅茨鼓風(fēng)機(jī)較選用多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)更合理，其噪聲及能??耗都較低而價(jià)格僅后者1/2不到，且不用擔(dān)心風(fēng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。而單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)確實(shí)能耗及噪聲較低，?但即使選用國(guó)產(chǎn)單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)其價(jià)格仍是JGR系列羅茨風(fēng)機(jī)的5倍以上。若選用進(jìn)口風(fēng)機(jī)，其價(jià)格則為JGR型三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的12倍左右。由于昂貴的價(jià)格，因而?妨礙了它在污水處理曝氣系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用。因此在污?水處理系統(tǒng)中選用風(fēng)機(jī)時(shí)要權(quán)衡綜合考慮。

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