目前,國內的二級生物處理污水廠大多數采用鼓風曝氣工藝,而鼓風機是此工藝中最為關鍵的設備,鼓風機的能耗有時占污水廠的總能耗的60%左右,因此污水處理廠選用何種形式的風機是一個非常重要的問題。風機選擇正確與否與投資大小和運行管理費用密切相關,涉及到投資是否合理、長期效益高低問題。
風機的種類主要有羅茨風機,多級離心風機 和單級離心風機,近年又出現(xiàn)了磁懸浮和氣懸浮風機。下面只針對目前污水廠應用得較多的羅茨風機、多級離心風機和單級離心風機進行比較說明。
各種風機的原理和基本特點
1、羅茨風機
1. 1 羅茨風機的工作原理
由于轉子的不斷旋轉,被抽氣體從進氣口吸入到轉子與泵殼之間的空間v0 內,再經排氣口排出。由于吸氣后v0 空間是全封閉狀態(tài),所以在泵腔內氣體沒有壓縮和膨脹。但當轉子頂部轉過排氣口邊緣,v0 空間與排氣側相通時,由于排氣側氣體壓強較高,則有一部分氣體返沖到空間v0 中去,使氣體壓強突然增高。當轉子繼續(xù)轉動時,氣體排出泵外。
1. 2 羅茨風機的特點
①價格低，最簡單的回轉機械，易于控制和維護;
②壓力隨背壓變化;小流量高速風機效率較高;
③效率一般低于多級、單級離心風機;
④流量大于120m3/ min 時占地面積大。
2、多級離心風機
2. 1 多級離心風機的工作原理
離心鼓風機依靠旋轉葉輪對氣體的作用把電機的機械能傳遞給液體。由于離心鼓風機的作用,氣體從葉輪進口流向出口的過程中, 其速度能(動能)和壓力能都得到增加,被葉輪排出的氣體 經過壓出室,大部分速度能轉換成壓力能,然后沿排出管路輸送出去,這時,葉輪進口處因氣體的排出而形成真空或低壓,氣體在大氣壓的作用下被壓入葉輪的進口,于是旋轉著的葉輪就連續(xù)不斷地吸入和排出氣體。
2. 2 多級離心風機的特點
①低轉速機械,可靠性高,使用壽命長;
②購買成本較低;備件為標準件,費用低;不需要復雜的潤滑系統(tǒng);
③易于采用全風冷式設計,無冷卻水相關故障和維保費用;
④操作維護簡單,不需要特別訓練的操作維修人員(這對于遠離大都市的工廠很重要) ;
⑤滿載效率高于羅茨風機,略低于單級離心風機;
⑥電機功率小于400kW的機型可選用變頻調速和直連驅動方式,可大大提高部分負載的工作效率。在大部分工況下,變頻調速的多級離心機效率會高于單級離心機,由于部分負載是污水處理廠最典型的工況,因此多級離心風機對于中小型污水處理廠來說具有更好的性能價格比和良好的長短期效益;
⑦噪音低于羅茨風機和單級離心風機;
⑧單機流量在100～400m3/ min 時具有最好的性能價格比。
3、單級高速離心風機
3. 1 單級離心風機的工作原理
基本原理與多級離心風機一樣?？諝鈴墓娘L機吸入管進入進口導葉調節(jié)器。主驅動電機借助聯(lián)軸器與增速齒輪聯(lián)接,增速齒輪驅動高速轉動的三元半開式葉輪對氣體進行作功,氣體再經擴壓器、蝸室、排氣消聲器、擴壓管排出。
3. 2 單級離心風機的特點
①高轉速(一般超過20000r/ min) ,噪音高;
②滿載效率高,無法采用變頻調速,部分負載能耗高;
③大流量相對占地面積小;
④控制系統(tǒng)非常復雜;潤滑系統(tǒng) 非常復雜;維護保養(yǎng)復雜,大修必須請制造原廠支援;
⑤需要特別訓練的操作人員;
⑥設備投資大;單機流量大于300m3/ min 的性能價格比高。
三種風機綜合對比
目前國內的市政污水廠的風機以進口產品居多,下面比較是建立在進口風機的各項參數上的：
三種風機的能耗對比見:三種風機流量—功率曲線圖(見圖1) 。在流量較小時,三種風機效率差異不是很顯著;對于大流量風機,由于羅茨式轉速無法提高,效率較低;另兩種離心風機差距較小。
三種風機的投資成本對比見：三種風機流量—單位流量成本曲線圖(見圖2)。從上面曲線圖可以看出：
①小流量范圍：三種風機的能耗相差很小,但是羅茨鼓風機的成本最低,性價比最好。
②中流量范圍：雖然多級離心風機成本比羅茨鼓風機稍高,但是其能耗低、效率高,性價比最好。
③大流量范圍：單級離心成本最低,能耗也最低,性價比最好。
離心風機的流量調節(jié)- 部分負載功耗(見圖3) 。從上面曲線圖可以看出：
①部分負載:在進行風機選型時,流量和壓力會有一定的設計余量,特別是流量,一般會有20 %～30 %的余量;同時由于污水量和水質的波動,每時每刻所需的風量也在變化。所以嚴格地說,風機總是在部分負載而總是滿載,因而必須對風機的流量進行調節(jié)。好文推送：21種污水處理中常見污染物的來源及處理工藝
②單級離心風機流量調節(jié):必須采用進口導葉和出口導葉調節(jié),但當流量減小時,功耗并不是同比例減小(如圖3 示) ,因此部分負載的效率低,能耗大。
③多級離心風機流量調節(jié):一般采用入口蝶閥手動或自動調節(jié),但節(jié)能效果與單級一樣不理想。HIBON 公司對于中小功率( ≤400KW) 多級離心風機采用先進的變頻調速技術,功耗基本上與流量同步減小,部分負載的效率高。
結論
由上面的比較可見,三種風機各有優(yōu)勢(這正是它們同時存在的理由) 。風機選型沒有最好的,只有最適合的。不同規(guī)模的污水處理廠,不同的工藝,不同的投資目的,不同的使用條件得出的最佳選擇可能不同。
①對于小型污水處理廠,選擇簡單可靠的羅茨風機 是最好的,雖然效率差一些,但因價格低,總體價格經濟效益可能是最好的;
②對于中型污水處理廠,選擇經濟實用的多級離心機是最好的,特別是變頻調速多級離心機,具有極高的性能價格比,長期綜合經濟效益佳;
③對于大型污水處理廠,單級高速離心風機是最佳選擇。
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