污水處理廠鼓風機改造探討

賈長華 王慧 陳曉輝

摘 要：目前，我國城鎮(zhèn)污水處理廠多為生物處理法和化學處理法，電耗是運營成本的主要構(gòu)成部分，而為生物處理供氧的鼓風機的電耗又占了相當大的比重。因此，降低鼓風機的電耗是實現(xiàn)污水廠節(jié)能降耗的重要途徑，在采用鼓風曝氣的污水處理廠中，選擇高效、節(jié)能的鼓風機對污水處理廠的運營管理和節(jié)能降耗具有重要意義。

關鍵詞：鼓風機;節(jié)能降耗;電耗

中圖分類號：TQ520.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0042-02

0 概況

污水處理廠為生物處理供氧的鼓風機主要有羅茨鼓風機（一般為三葉羅茨鼓風機）、多級離心鼓風機、單級離心鼓風機及近年來出現(xiàn)的空懸浮離心鼓風機和磁懸浮離心鼓風機。鼓風機的的風量調(diào)節(jié)有出口節(jié)流調(diào)節(jié)、進氣節(jié)流調(diào)節(jié)、進出口導葉組合調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)等方式。出口節(jié)流調(diào)節(jié)是人為的加大管網(wǎng)阻力的調(diào)節(jié)方法，會使整個裝置效率大大下降。進氣節(jié)流調(diào)節(jié)通過改變進氣閥門的開度來改變風機性能曲線達到調(diào)節(jié)目的。進出口導葉組合調(diào)節(jié)是根據(jù)入口溫度、壓縮機內(nèi)的差分壓力、要求的流量變化通過程序調(diào)節(jié)導流系統(tǒng)和擴散系統(tǒng)。變頻調(diào)節(jié)是通過變頻技術改變風機轉(zhuǎn)速從而改變風量的調(diào)節(jié)方式。羅茨鼓風機一般采用出口節(jié)流調(diào)節(jié)，還可采用變頻控制，調(diào)節(jié)的范圍較廣。多級離心鼓風機一般采用進氣節(jié)流調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)效果不大理想，它也可采用先進的變頻調(diào)速技術，功耗基本上與流量同步減小，流量調(diào)節(jié)范圍在70%～100%之間，調(diào)節(jié)范圍較窄。單級離心鼓風機無法采用變頻調(diào)速，流量是采用進風導葉和出風導葉的組合調(diào)節(jié)，在恒速運轉(zhuǎn)下，空氣流量能連續(xù)向下調(diào)節(jié)至45%。空氣懸浮離心鼓風機采用直流電機及調(diào)速控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)流量。磁懸浮離心鼓風機采用高速永磁同步電機，風機運轉(zhuǎn)時，磁懸浮軸承產(chǎn)生電磁力，支撐轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，與周圍沒有機械摩擦，通過變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風量，保證風機流量在設計工作范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào);風機整體采用風冷方式進行散熱，其中電控部分采用離心風機鼓風進行散熱，電機部分采用轉(zhuǎn)子自帶的軸流風機進行散熱。磁懸浮離心鼓風機具有高效、節(jié)能、低振動、低噪音、免潤滑、易維護的特點，適宜在大中型污水處理廠中采用。

1 磁懸浮鼓風機主要技術特點

（1）節(jié)能高效：高速電機和葉輪直接耦合驅(qū)動，無接觸損失和機械損失，實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速無極變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，比傳統(tǒng)風機節(jié)能30%以上。

（2）低噪音：采用自平衡技術，磁懸浮軸承振動量比傳統(tǒng)軸承小一個量級，采用主動減震設計，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，機體振動小，風機噪音在80dB以下。

（3）冷卻效率高：冷卻系統(tǒng)采用風冷方式，能夠有效保護電機，可實現(xiàn)風機的隨時啟停。

（4）免維護：一體化撬裝結(jié)構(gòu)，日常運行，免機械維護，僅需更換過濾器。

（5）可實現(xiàn)智能控制：可實時監(jiān)控風機運行狀態(tài)，實現(xiàn)風量、風壓、轉(zhuǎn)速等智能調(diào)控和手動等模式控制，出現(xiàn)故障還支持遠程維修、調(diào)試。

2 污水處理廠鼓風機節(jié)能改造可行性分析

2.1 原鼓風機運行情況概述

商丘某污水處理廠二期設計規(guī)模為日處理污水10萬t/d，目前滿負荷運行，采用A/A/O+深度處理工藝，生物反應池好氧系統(tǒng)原采用單級高速離心鼓風機送風曝氣。共有四臺315kW鼓風機，其技術參數(shù)如表1所示。

315kW單級高速離心鼓風機為2010年投入運行，利用可調(diào)進、出口導葉來調(diào)節(jié)風量。2010年運行時實際開啟兩臺，每臺輸出電流約為450A，總風量約為16000m3/h。運行幾年后，風機效率降低，為滿足生產(chǎn)需要，需開啟三臺，每臺輸出電流約為300A，總風量約為15500m3/h，風機效率較低，能耗較高，且風機運行壓力升高后需重新開啟，重新開啟時還需先開啟放氣閥降低壓力，風機運行正常后再逐漸關閉，耗時較長，嚴重影響生產(chǎn)正常運行，另風機房噪聲較大，達120dB以上。因此，為滿足正常生產(chǎn)運行需要，節(jié)能降耗，有必要對鼓風系統(tǒng)進行改造。

2.2 風機改造方案

2015年為滿足生產(chǎn)運行需要，節(jié)能降耗，對原單級高速離心鼓風機進行了改造。改造時為降低土建成本，將磁懸浮離心鼓風機安裝在原鼓風機房內(nèi)，拆除原3#、4#單級高速離心鼓風機，其位置安裝4臺磁懸浮離心鼓風機。經(jīng)對磁懸浮離心鼓風機選型，其規(guī)格型號如表2所示。

2.3 風機改造工程投資

風機改造工程投資詳見表3。

改造后開啟三臺風機，每臺運行頻率85%，可滿足生產(chǎn)需要，每臺風機輸出電流約為170A，三臺總風量約為16000m3/h。

2.4 年運行電耗測算

2.4.1改造前單級高速離心鼓風機運行電耗測算

單級高速離心鼓風機初始運行時實際開啟兩臺，每臺輸出電流約為400A，總風量約為16000m3/h。運行幾年后，風機效率降低，為滿足生產(chǎn)需要，需開啟三臺，每臺輸出電流約為300A，總風量約為15500m3/h，根據(jù)功率=電壓×電流×1.732×功率因數(shù)×效率（功率因數(shù)按0.85，效率按0.9），可計算出初始運行兩臺風機時每臺風機耗電量約為201kW·h/h，每日兩臺風機耗電量為201×2×24=9648kW·h。

改造前運行三臺風機時每臺風機耗電量約為151kW·h/h，每日三臺風機耗電量為151×3×24=10872kW·h。

商丘市一般大工業(yè)用電采用峰谷分時電價，加權(quán)平均電價為0.6292元/kW·h，則初始運行時兩臺單級高速離心鼓風機一年耗電量為9648×365/10000≈352kW·h，電費約為0.6292×352≈221萬元。三臺單級高速離心鼓風機一年耗電量為10872×365/10000≈397kW·h，電費約為0.6292×352≈250萬元。

2.4.2改造后磁懸浮離心鼓風機運行電耗測算

改造后開啟三臺風機，每臺風機輸出電流約為180A，每臺風機耗電量約為91kW·h/h，每日三臺風機耗電量為91×3×24=6552kW·h，三臺風機年耗電量為6552×365/10000≈239kW·h三臺磁懸浮離心鼓風機一年電費約為0.6292×239≈150萬元。

2.5 靜態(tài)效益回收期

（1）年節(jié)約電量和電費。風機2015年改造以來，運行平穩(wěn)，開啟數(shù)量、頻率、輸出電流基本保持穩(wěn)定。對比改造前，風機年節(jié)約電量113kW·h～158kW·h;年節(jié)約電費71萬元～100萬元（按單級高速離心鼓風機初始運行時和改造前運行狀態(tài)分別計算）。

（2）靜態(tài)效益回收期。投資額305萬÷年節(jié)約電費100萬≈3年，即3年基本收回投資成本，即使按單級高速離心鼓風機初始運行時計算：305÷71≈5年，5年也可收回投資成本。

3 風機改造經(jīng)濟效益分析

（1）節(jié)電：磁懸浮風機由配置無接觸的磁力軸承的高速電機直接驅(qū)動，先進的無齒輪箱高速變頻電機驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)合采用無潤滑非接觸磁力軸承，相對于機械齒輪箱式單級高速離心風機，減少了效率損失，節(jié)約了相應的一系列附屬設備（油泵、油冷卻器等）的隱性能耗。內(nèi)置變頻器取代了變速箱，風機風量的調(diào)節(jié)完全依靠變頻器完成，從而取消了機械導葉，解決了因?qū)~調(diào)節(jié)風量引起的能耗損失。另外無油操作無需加熱、冷卻、循環(huán)和過濾，大大減少了能耗和運行維護工作。按上述改造后年節(jié)約耗電量和電費，可計算出改造后實現(xiàn)節(jié)電效率達32%～40%。

（2）降低噪音：原單級高速離心鼓風機噪音在運行時噪音達120dB以上，磁懸浮風機采用2層PVC隔音氈+2層阻燃橡塑隔音棉+1層0.5mm厚鍍鋅鐵皮的方式進行保溫與隔音，可將噪音降到80dB以下。

（3）降低土建費用：磁懸浮鼓風機體型小，占地面積小采用整體箱式結(jié)構(gòu)，機體震動小，無需設計安裝基礎，改造時拆除了兩臺原單級高速離心鼓風機，在其位置上安裝了四臺磁懸浮鼓風機，節(jié)省了工程基礎設施投資。

（4）維護保養(yǎng)費用低：磁懸浮鼓風機不需要使用潤滑油，只需更換過濾棉，維護成本低，簡單方便。

（5）安全與環(huán)保：磁懸浮鼓風機無需潤滑油，避免了地面、設備污染，改善了鼓風機房的工作環(huán)境，安全、環(huán)保。

（6）操作方便、可調(diào)節(jié)范圍大：磁懸浮鼓風機采用標配變頻器，可通過變頻調(diào)節(jié)風量，在節(jié)能的情況下滿足污水處理工藝需要。

4 結(jié)論

磁懸浮鼓風機具有高效率、低能耗、低噪音、機型小巧、安裝方便、維護工作量少等優(yōu)點。商丘某污水處理廠在當前水質(zhì)下運行時，采用磁懸浮鼓風機比單級高速離心鼓風機節(jié)能約30%，年節(jié)約電費約80萬元，節(jié)能效果和經(jīng)濟效益非常明顯。因此，從低碳經(jīng)濟、節(jié)能降耗出發(fā)，具備條件的污水處理廠可推廣應用。

參考文獻

[1] 葉勝福，邊靖.污水處理廠的鼓風機選型[C].全國排水委員會2012年年會論文集，2012.

[2] 陳惠萍.磁懸浮離心鼓風機在污水廠的應用[J].山東工業(yè)技術，2018（15）：27-28.