如果確定汙水處理風機選型?一篇文章搞定!

             

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在城市汙水處理廠,鼓風曝氣所占的能耗占到總能耗的一半左右,選擇合適的曝氣風機在節約運行成本中占著至關重要的作用。

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曝氣用鼓風機分類

好氧池曝氣常用的風機有四類:羅茨鼓風機、多級離心風機、單級高速離心風機和磁(空氣)懸浮風機。


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鼓風機介紹

1、羅茨鼓風機

羅茨鼓風機目前多為三葉型,每轉動一圈由兩組三葉型葉輪完成3次吸、排氣。結構簡單,性能穩定。羅茨鼓風機屬於容積式風機,其特點是在最高設計壓力範圍內,管網阻力變化時,流量變化很小。羅茨風機的性能曲線如下:

從性能曲線可知,羅茨風機風量受壓力變化影響小。當曝氣池液位變化時,鼓風量基本不變。

風量調節:羅茨風機風量受轉速控製,風量調整可通過變頻調速進行,變頻後風壓可以維持。

2、多級離心風機

離心鼓風機是電機帶動風機葉輪旋轉,使葉片之間的氣體在離心力的作用下甩出,外界氣體通過葉輪中間形成的負壓吸入,達到連續鼓風的目的。在常規轉速下單級離心升壓有限,采用多級串接的方式可達到升壓要求,稱為多級離心風機。多級離心風機典型的性能曲線如下:

從性能曲線可知,多級離心風機隨風壓變化流量變化較大。當曝氣池液位變化時,鼓風量會有變化。

風量調節:多級離心風機風量調節可通過變頻進行,變頻後風壓會相應降低,變頻範圍受到一定限製。

3、單級高速離心風機

單級高速離心風機指提高風機轉速,通過單級離心即可達到工藝的升壓要求。單級高速離心風機風量大、效率高,對製造水平要求較高。單級高速離心風機的性能曲線如下:

從性能曲線可知,單級高速離心風機隨風壓變化流量變化非常大。當曝氣池液位發生變化時,鼓風量變化會較大。

風量調節:單級高速離心風機可通過進口導葉調整,風量調整時不影響風壓,同時可以降低風機軸功率,達到節能效果。由於變頻調節時,風壓下降幅度會較大,可能會無法滿足工藝要求,單級高速離心風機一般不用變頻調節風量。

4、磁(空氣)懸浮風機

磁(空氣)懸浮離心風機是通過磁或空氣的作用,使轉動軸形成懸浮狀態,摩擦阻力小,效率高,也可以通過進口導葉調整風量。懸浮離心風機由於摩擦力小,風機效率會更高。

磁(空氣)懸浮風機葉輪也為單級高速類型,性能曲線與單級高速離心風機類似。

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性能比較

不同的曝氣風機有著不同的適用範圍,羅茨風機、多級離心風機和單級高速離心風機各自的流量範圍也有較大的差異,羅茨風機在小流量範圍,多級離心中流量範圍,單級高速離心風機在高流量範圍。羅茨風機:1~100m3/min;多級離心風機:20~400m3/min;單級高速離心風機:40~1000m3/min。

三種風機的流量與功率的比較見下圖。

從上圖中可知,在風機的效率方麵單級高速離心風機最高,多級離心風機其次,羅茨風機最低。同樣的供風量,羅茨風機能耗最高,單級高速離心風機能耗最低。

從設備采購成本看,羅茨風機成本最低,多級離心風機居中,單級高速離心風機最高。綜合考慮能耗、設備采購及運行維護費用等因素,三種風機的流量與單位綜合成本比較見下圖。

其中,羅茨風機由於能耗較高,單位流量綜合成本高於多級離心和單級高速離心風機。在100m3/min以上的流量時,由於單級高速離心風機具有更高的運行效率,綜合成本優於多級離心風機。

在小流量範圍內羅茨鼓風機具有價格優勢,在中流量範圍內,多級離心風機性價比較好,高流量時,單級高速離心風機綜合成本最低。在實際選型中還要考慮流量調節的需求、安裝條件以及運行維護方便性等因素。

磁(空氣)懸浮風機相對於其他三種鼓風機,效率更高,更節能,而且噪音很低,但是成本最高,維護複雜,目前應用於現場環境標準要求高,舍得花成本的企業。一般的汙水處理廠承擔不起,隨著磁(空氣)懸浮風機的國產化,以後成本會越來越親和!

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曝氣鼓風機選型中需要注意的幾個問題

1、按實際情況計算參數

在汙水廠鼓風機選型時,風機廠家產品樣本上給出的均是標準進氣狀態下的性能參數,然而風機在實際使用中並非標準狀態,當鼓風機的環境工況如溫度、大氣壓力以及海拔高度等不同時,風機的性能也將發生變化,設計選型時就不能直接使用產品樣本上的性能參數,而需要根據實際使用狀態將風機的性能要求,換算成標準進氣狀態下的風機參數來選型。

2、出口壓力影響因素的分析

容積式鼓風機排氣壓力的高低並不取決於風機本身,而是氣體由鼓風機排出後裝置的情況,即所謂“背壓”決定的, 曝氣鼓風機具有強製輸氣的特點。

鼓風機銘牌上標出的排氣壓力是風機的額定排氣壓力。實際上,鼓風機可以在低於額定排氣壓力的任意壓力下工作,而且隻要強度和排氣溫度允許,也可以超過額定排氣壓力工作。

對於汙水處理廠而言,排氣係統所產生的絕對壓力(背壓)為管路係統的壓力損失值、曝氣池水深和環境大氣壓力之和。若由於某種原因,如曝氣頭或管路堵塞,使管路係統的壓力損失增加,背壓也會升高,於是鼓風機的壓力也就相應升高;又若曝氣頭破裂或管路泄漏等原因,管路係統的壓力損失則會減少,背壓便不斷降低,鼓風機的壓力也隨之降低。

綜上所述,確定曝氣鼓風機壓力時,隻需要鼓風機在標準狀態下所能達到的絕對壓力等於使用狀態下的大氣壓力、曝氣池水深和管路損失之和。

3、鼓風機空氣流量因素

在計算汙水處理的需氧量時,其結果為標準狀態下所需氧的質量流量qm(kg/min) ,再將其換算成標準狀態下所需空氣的容積流量qv1(m3/min) ,如果鼓風機的使用狀態不是標準狀態,例如在高原地區使用,則空氣密度、含濕量會發生變化,鼓風機所供應的空氣容積流量與標準狀態是相同的,而所供空氣的質量流量將減少,有可能導致供氧量不足。

因此,必須計算出能供應相同質量流量的容積流量,即換算流量qv2。在高原地區使用時,環境大氣壓力也會發生變化,壓力比相應升高,那麽,羅茨鼓風機的泄漏流量qvb則會增大,這將導致鼓風機所供應的空氣容積流量減少,也可能造成供氧量不足。

因此,設計時必須考慮使用條件發生變化時各種因素的影響,以保證風機所供應的實際空氣流量能夠滿足使用要求,並需計算出換算流量qv2和泄漏流量qvb2。

4、注意冬季和夏季的區別

鼓風機選型應關注鼓風機供氣流量的變化規律對於同一台鼓風機,在冬季和夏季,其容積流量是不會發生變化的,但因空氣密度的不同質量流量會發生變化,也就是說供氧量會有所不同。

鼓風機在標準狀態與使用狀態下的容積流量是不變的,但因為空氣密度(ρ)、含濕量(ds) 等發生了變化,導致鼓風機輸送至曝氣池的供氧量( FOR) 在冬季溫度降低時增加、夏季溫度升高時降低。例如,某一汙水處理廠,選用上述計算例題中的羅茨鼓風機,根據環境溫度變化,計算出鼓風機的實際供氧量(FOR),其一年的變化規律在實際運行過程中,由於進水量、水質、水溫等參數的變化,係統需氧量(SOR)也會發生變化在夏季,水溫較高,曝氣池需氧量(SOR)增大,但鼓風機的供氧量(FOR)在減少,這是設計時考慮需氧量的最不利工況點,此時,供氧量、需氧量基本相當;在冬季,水溫降低,曝氣池需氧量(SOR)減少,但鼓風機的供氧量(FOR)增大,此時,供氧量較需氧量大出許多。這是由於冬季氣溫降低,空氣密度增加,那麽風機所供給的幹空氣的質量流量較標準狀態大幅度增加,從而引起供氧量增加,從運行的實際測量情況來看,每年冬季曝氣池的溶解氧較夏季會高出1~3mg/L。

因此,在生產運行過程中,需要針對這種變化對設備進行及時的調整,使鼓風機的充氧能力與實際運行中的需氧量相適應。對於羅茨鼓風機來說,使用變頻器,通過改變風機轉速來調整供風量是很經濟實用的。結論同一台鼓風機在不同的使用條件下,其性能的變化非常大,所以必須通過嚴謹的計算進行選型,否則有可能導致生化係統的供氧不足;另外,在冬季和夏季由於空氣密度發生了變化,鼓風機所供應氧氣的質量流量變化很大,冬季供氧量大大超過了需氧量,所以,應采取變頻調速等措施使生化係統的溶解氧濃度保持穩定。