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來(lái)源：環(huán)保工程師

目前，國(guó)內(nèi)的二級(jí)生物處理污水廠大多數(shù)采用鼓風(fēng)曝氣工藝，而鼓風(fēng)機(jī)是此工藝中最為關(guān)鍵的設(shè)備，鼓風(fēng)機(jī)的能耗有時(shí)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(fēng)機(jī)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。風(fēng)機(jī)選擇正確與否與投資大小和運(yùn)行管理費(fèi)用密切相關(guān)，涉及到投資是否合理、長(zhǎng)期效益高低問(wèn)題。

風(fēng)機(jī)的種類(lèi)主要有羅茨風(fēng)機(jī)、多級(jí)離心風(fēng)機(jī)和單級(jí)離心風(fēng)機(jī)，近年又出現(xiàn)了磁懸浮和氣懸浮風(fēng)機(jī)。下面只針對(duì)目前污水廠應(yīng)用得較多的羅茨風(fēng)機(jī)、多級(jí)離心風(fēng)機(jī)和單級(jí)離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行比較說(shuō)明。

一、各種風(fēng)機(jī)的原理和基本特點(diǎn)

1、羅茨風(fēng)機(jī)

1. 1  羅茨風(fēng)機(jī)的工作原理

由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn),被抽氣體從進(jìn)氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間v0 內(nèi),再經(jīng)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(nèi)氣體沒(méi)有壓縮和膨脹。但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過(guò)排氣口邊緣,v0 空間與排氣側(cè)相通時(shí),由于排氣側(cè)氣體壓強(qiáng)較高,則有一部分氣體返沖到空間v0 中去,使氣體壓強(qiáng)突然增高。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),氣體排出泵外。

1. 2  羅茨風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)

①價(jià)格低，最簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)機(jī)械，易于控制和維護(hù)；

②壓力隨背壓變化；小流量高速風(fēng)機(jī)效率較高；

③效率一般低于多級(jí)、單級(jí)離心風(fēng)機(jī)；

④流量大于120m³/ min 時(shí)占地面積大。

2、多級(jí)離心風(fēng)機(jī)

2. 1  多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的工作原理

離心鼓風(fēng)機(jī)依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對(duì)氣體的作用把電機(jī)的機(jī)械能傳遞給液體。由于離心鼓風(fēng)機(jī)的作用,氣體從葉輪進(jìn)口流向出口的過(guò)程中, 其速度能(動(dòng)能)和壓力能都得到增加,被葉輪排出的氣體經(jīng)過(guò)壓出室,大部分速度能轉(zhuǎn)換成壓力能,然后沿排出管路輸送出去,這時(shí),葉輪進(jìn)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(jìn)口,于是旋轉(zhuǎn)著的葉輪就連續(xù)不斷地吸入和排出氣體。

2. 2  多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)

①低轉(zhuǎn)速機(jī)械,可靠性高,使用壽命長(zhǎng);

②購(gòu)買(mǎi)成本較低;備件為標(biāo)準(zhǔn)件,費(fèi)用低;不需要復(fù)雜的潤(rùn)滑系統(tǒng);

③易于采用全風(fēng)冷式設(shè)計(jì),無(wú)冷卻水相關(guān)故障和維保費(fèi)用;

④操作維護(hù)簡(jiǎn)單,不需要特別訓(xùn)練的操作維修人員(這對(duì)于遠(yuǎn)離大都市的工廠很重要) ;

⑤滿(mǎn)載效率高于羅茨風(fēng)機(jī),略低于單級(jí)離心風(fēng)機(jī);

⑥電機(jī)功率小于400kw的機(jī)型可選用變頻調(diào)速和直連驅(qū)動(dòng)方式,可大大提高部分負(fù)載的工作效率。在大部分工況下,變頻調(diào)速的多級(jí)離心機(jī)效率會(huì)高于單級(jí)離心機(jī),由于部分負(fù)載是污水處理廠最典型的工況,因此多級(jí)離心風(fēng)機(jī)對(duì)于中小型污水處理廠來(lái)說(shuō)具有更好的性能價(jià)格比和良好的長(zhǎng)短期效益;

⑦噪音低于羅茨風(fēng)機(jī)和單級(jí)離心風(fēng)機(jī);

⑧單機(jī)流量在100～400m³/ min 時(shí)具有最好的性能價(jià)格比。

3、單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)

3. 1  單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的工作原理

基本原理與多級(jí)離心風(fēng)機(jī)一樣?？諝鈴墓娘L(fēng)機(jī)吸入管進(jìn)入進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)器。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)借助聯(lián)軸器與增速齒輪聯(lián)接,增速齒輪驅(qū)動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的三元半開(kāi)式葉輪對(duì)氣體進(jìn)行作功,氣體再經(jīng)擴(kuò)壓器、蝸室、排氣消聲器、擴(kuò)壓管排出。

3. 2  單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)

①高轉(zhuǎn)速(一般超過(guò)20000r/ min) ,噪音高;

②滿(mǎn)載效率高,無(wú)法采用變頻調(diào)速,部分負(fù)載能耗高;

③大流量相對(duì)占地面積小;

④控制系統(tǒng)非常復(fù)雜;潤(rùn)滑系統(tǒng)非常復(fù)雜;維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜,大修必須請(qǐng)制造原廠支援;

⑤需要特別訓(xùn)練的操作人員;

⑥設(shè)備投資大;單機(jī)流量大于300m³/ min 的性能價(jià)格比高。

二、3種風(fēng)機(jī)綜合對(duì)比

目前國(guó)內(nèi)的市政污水廠的風(fēng)機(jī)以進(jìn)口產(chǎn)品居多,下面比較是建立在進(jìn)口風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)上的：

圖1 三種風(fēng)機(jī)流量-功率曲線圖

三種風(fēng)機(jī)的能耗對(duì)比見(jiàn):三種風(fēng)機(jī)流量—功率曲線圖(見(jiàn)圖1) 。在流量較小時(shí),三種風(fēng)機(jī)效率差異不是很顯著；對(duì)于大流量風(fēng)機(jī),由于羅茨式轉(zhuǎn)速無(wú)法提高,效率較低;另兩種離心風(fēng)機(jī)差距較小。

圖2 三種風(fēng)機(jī)流量-單位流量成本曲線圖

三種風(fēng)機(jī)的投資成本對(duì)比見(jiàn)：三種風(fēng)機(jī)流量—單位流量成本曲線圖(見(jiàn)圖2)。從上面曲線圖可以看出：

①小流量范圍：三種風(fēng)機(jī)的能耗相差很小,但是羅茨鼓風(fēng)機(jī)的成本最低,性?xún)r(jià)比最好。

②中流量范圍：雖然多級(jí)離心風(fēng)機(jī)成本比羅茨鼓風(fēng)機(jī)稍高,但是其能耗低、效率高,性?xún)r(jià)比最好。

③大流量范圍：?jiǎn)渭?jí)離心成本最低,能耗也最低,性?xún)r(jià)比最好。

圖3 離心風(fēng)機(jī)的流量調(diào)節(jié)-部分負(fù)載能耗

離心風(fēng)機(jī)的流量調(diào)節(jié)- 部分負(fù)載功耗(見(jiàn)圖3) 。從上面曲線圖可以看出：

①部分負(fù)載:在進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型時(shí),流量和壓力會(huì)有一定的設(shè)計(jì)余量,特別是流量,一般會(huì)有20 %～30 %的余量;同時(shí)由于污水量和水質(zhì)的波動(dòng),每時(shí)每刻所需的風(fēng)量也在變化。所以嚴(yán)格地說(shuō),風(fēng)機(jī)總是在部分負(fù)載而總是滿(mǎn)載,因而必須對(duì)風(fēng)機(jī)的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

②單級(jí)離心風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié):必須采用進(jìn)口導(dǎo)葉和出口導(dǎo)葉調(diào)節(jié),但當(dāng)流量減小時(shí),功耗并不是同比例減小(如圖3 示) ,因此部分負(fù)載的效率低,能耗大。

③多級(jí)離心風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié):一般采用入口蝶閥手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié),但節(jié)能效果與單級(jí)一樣不理想。HIBON 公司對(duì)于中小功率( ≤400kw) 多級(jí)離心風(fēng)機(jī)采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù),功耗基本上與流量同步減小,部分負(fù)載的效率高。

三、風(fēng)機(jī)選型

由上面的比較可見(jiàn),三種風(fēng)機(jī)各有優(yōu)勢(shì)(這正是它們同時(shí)存在的理由) 。風(fēng)機(jī)選型沒(méi)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(duì)于小型污水處理廠,選擇簡(jiǎn)單可靠的羅茨風(fēng)機(jī)是最好的,雖然效率差一些,但因價(jià)格低,總體價(jià)格經(jīng)濟(jì)效益可能是最好的；

②對(duì)于中型污水處理廠,選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的多級(jí)離心機(jī)是最好的,特別是變頻調(diào)速多級(jí)離心機(jī),具有極高的性能價(jià)格比,長(zhǎng)期綜合經(jīng)濟(jì)效益佳；

③對(duì)于大型污水處理廠,單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)是最佳選擇。

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