空氣懸浮風機在污水廠的應用及控制

馬建林

摘 要：主要介紹一種新型曝氣風機的原理、系統(tǒng)組成和在污水處理廠的應用及基本控制方式，使用和維護進行說明。

關(guān)鍵詞：空氣懸浮風機；污水處理廠；PLC；變頻器；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.038

0 前言

近些年來隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市污水對整個水體造成的污染越來越嚴重，雖然很多城市都建有污水處理廠，但這些污水處理廠大都建設較早，絕大多數(shù)都是二級排放標準，對COD、氨氮、總P等污染物減排有限。為了改變這一狀況，國家和地方都要求對這些老舊污水廠進行提標改造建設，新要求明確規(guī)定城市污水廠必需達到一級A排放標準。在這樣的趨勢下，一些新工藝、新設備被采用。而城市污水處理廠在運行中，電費占運行費用的50%或更高，其中曝氣設備是大功率設備，所用電量占所有電量的50—60%，所以節(jié)約電能就可降低污水處理成本。因而在提標建設過程中各污水廠采用低能耗、高效率曝氣設備至為重要?？諝鈶腋★L機就在這樣的背景下被一些污水處理廠選用。

1 空氣懸浮式的風機原理和組成

（1）空氣懸浮風機在本質(zhì)上也是離心鼓風機，當電機轉(zhuǎn)動帶動風機葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動中把動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉(zhuǎn)換為速度能，通過排氣口排出氣體，而在葉輪中間形成了一定的負壓，由于入口呈負壓，使外界氣體在大氣壓的作用下立即補入，在葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)作用下不斷排出和補入氣體，從而達到連續(xù)鼓風的目的。但和普通離心風機比，它的特別之處在與它的電機是超高速永磁電機，每分鐘高達十幾萬轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子和葉輪直接連接，動力傳輸沒有損耗。葉輪由鈦合金制成，耐高溫高壓，5軸機械加工制造非常精密高效。軸承是空氣懸浮軸承，主要包括徑向軸承以及止推軸承等部件，啟動前回轉(zhuǎn)軸和軸承之間有物理性的接觸，啟動時回轉(zhuǎn)軸和軸承相對運動，以形成流體動力場，在徑向軸承內(nèi)此流體動力形成浮揚力，這導致軸與軸承不同心。軸回轉(zhuǎn)時在徑向軸承里形成流體壓力場，該流體壓力場使軸處于懸浮狀態(tài)而達到回轉(zhuǎn)自如的目的。這種軸承與傳統(tǒng)的滾珠軸承不同，沒有物理接觸點，構(gòu)造簡單，無需潤滑油供給等附加裝置，非接觸式無震動，噪音很低，壽命長起動次數(shù)40000次以上。采用自身循環(huán)冷卻方式，通過散熱器將吸入的空氣用水冷卻發(fā)動機和變頻器。整個個系統(tǒng)組成如圖1。

（2）功能模式?？諝鈶腋‰x心鼓風機采用模塊化設計，本身已集成了就地控制和變頻系統(tǒng)于一體，不需要單獨設立變頻柜及操作柜。 由風機自身的控制面板就可以實現(xiàn)定速運轉(zhuǎn)（RPM模式）、定流量運轉(zhuǎn)（FLOW模式）、DO連接運轉(zhuǎn)（DO-Link）、定負荷模式（POWER 模式）、定壓運轉(zhuǎn)（press 模式）、比例運轉(zhuǎn)（PROPORTIONAL）的六種控制模式。程序在出廠時已經(jīng)內(nèi)嵌在PLC里，每種功能下電機電壓、轉(zhuǎn)數(shù)、功率輸出程序也已經(jīng)在變頻器里寫好，一般情況下只允許用戶直接調(diào)度使用，不能隨意更改。風機6種性能曲線如圖2。

2 空氣懸浮風機使用要點

（1）啟動前注意的事項。風機運行前必須確認在出風管上的閥門打開。在閥門關(guān)閉狀態(tài)下啟動鼓風機因喘震可能會給鼓風機造成嚴重損傷。 確認曝氣池水位，曝氣池里沒有水等的不符合條件下，禁止啟動鼓風機。

（2）在控制器初始畫面中把選擇起停模式為現(xiàn)場（Local）或遠程（Remote）。為避免SCADA與PLC系統(tǒng)通訊干擾就，廠家不建議由上位機直接起動風機。但是風機自帶的PLC可以把電流、風量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)上傳至中控室監(jiān)視。

（3）預測負荷壓力和需要的空氣流量，在性能曲線圖上選擇啟動時的運轉(zhuǎn)點。

（4）必須選擇具有比預測負荷壓力高達10%以上的壓力范圍的啟動運轉(zhuǎn)點。（選定SV值）。

3 工程實例

（1）工程概況。寧夏某市第一污水廠原建于2002年，設計能力為日處理城市生活污水6萬噸，由3組卡魯賽爾氧化溝組成，排放標準為城鎮(zhèn)污水處理廠《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》 （GB18918- 2002）二級。近年來根據(jù)國家和地方要求提標建設為一級A標準。新工藝采用MBBR工藝，曝氣方式由原來的倒傘型表曝機（表爆機是曝氣推流二合一功能）改為底部膜管曝氣。

（2）曝氣風機。曝氣風機采用韓國某廠產(chǎn)250型空氣懸浮風機數(shù)量： 4臺（3用 1 備） 單機流量155m3/min，風壓0.6bar， 單機功率190kW。圖3為風機運行時界面。

在實際應用中，因為空浮風機送風效率非常高，一臺風機完全可以滿足2組MBBR生化池好氧區(qū)的需要。替代了改造前4臺132KW表曝機。當然每組MBBR池還有新增10臺7.5KW推流器完成推流功能和1臺5KW硝化液回流泵。

由上表可看出改造前氧化溝設備總功率為548kW，實際工作電流為700A，改造后總功率為350kW，實際工作電流為640A，無論設備

功率及電流都明顯減小，電流下降了約9%，實實在在節(jié)約了電能，經(jīng)濟效益明顯。其實在很多時候?qū)⒐β试O置在85%即可滿足曝氣需要，大大降低運行電耗。

（3）日常維護。1）空氣懸浮風機對進入的空氣質(zhì)量要求比較高，風機房要求全封閉，窗戶上要安裝卷簾棉防灰塵。風機吸入口的過濾網(wǎng)也要定期帶到戶外，利用壓縮空氣去除附在濾網(wǎng)上的灰塵。2）每天查看冷卻液水位，變低時要及時補充。特別注意冷卻水管接頭長期使用老化會滲出冷卻液，損壞其它電氣設備。

4 結(jié)束語

空氣懸浮風機有三大核心技術(shù)：高效永磁懸浮軸承，永磁高速同步電機及變頻系統(tǒng)，精密制作的高精度葉輪，與傳統(tǒng)羅茨風機或離心鼓風機相比能耗低、易操作、噪音低，調(diào)速范圍寬，無需加油或使用潤滑劑，無環(huán)境污染，在污水處理領域中前景廣泛。

參考文獻：

[1]鄭志國.淺談多極離心鼓風機與單極空氣懸浮風機在污水處理廠的應用效果[J].黑龍江科技信息，2016（27）：32-33.

[2]謝榮煥，梁文逵，劉愛輝等.空氣懸浮風機在污水廠節(jié)能降耗中的應用[J].中國給水排水，2014（15）：108-110.

[3]張彬彬，郭志濤，楊志林等.TURBOMMAX空氣懸浮鼓風機及其在高原污水處理廠的應用[J].石油化工設備，2015，44（04）：81-84.