多型離心風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行及喘振控制

汪宏強(qiáng) 陳大勇

（1.桐鄉(xiāng)市匯合水質(zhì)凈化有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；2.桐鄉(xiāng)市城市污水處理有限責(zé)任公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

某污水處理廠現(xiàn)有多級(jí)離心風(fēng)機(jī)3臺(tái)，功率315KW，額定出口風(fēng)壓0.72bar，額定風(fēng)量10000m3/h，二期擴(kuò)建工程后，在利用原有多級(jí)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上新增2臺(tái)單級(jí)離心風(fēng)機(jī)，額定出口風(fēng)壓0.78bar，風(fēng)量7200m3/h，日常1臺(tái)多級(jí)和1臺(tái)單機(jī)風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行。由于原有工藝為CASS工藝，二期擴(kuò)建工程中污水處理工藝調(diào)整為A2/O+MBBR工藝，其曝氣過程由原來的間歇式曝氣改為連續(xù)性曝氣，由變水位運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)楹闼贿\(yùn)行，曝氣系統(tǒng)揚(yáng)程增加，而多級(jí)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓低和單級(jí)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓高的特點(diǎn)，使生化池曝氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)氣量困難。經(jīng)常出現(xiàn)多級(jí)風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象，嚴(yán)重影響污水廠的正常生產(chǎn)運(yùn)行，而如何在合理使用現(xiàn)有設(shè)備的前提下，避免多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的喘振，成為污水廠管理的重要內(nèi)容。

1 離心風(fēng)機(jī)概況

1）國內(nèi)離心風(fēng)機(jī)按污水處理廠推廣使用的時(shí)間可分為羅茨風(fēng)機(jī)、多級(jí)離心風(fēng)機(jī)、單級(jí)離心風(fēng)機(jī)、磁懸浮風(fēng)機(jī)和空氣懸浮風(fēng)機(jī)。羅茨風(fēng)機(jī)是運(yùn)用容積式原理，由一對齒輪相互嚙合，將氣體由進(jìn)氣口推送到出氣口，具有結(jié)構(gòu)簡單，不產(chǎn)生喘振的優(yōu)點(diǎn)，但由于羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量小噪聲大，主要運(yùn)用在早期的小型污水處理廠，現(xiàn)階段污水處理廠都廣泛應(yīng)用后4種離心風(fēng)機(jī)。

2）離心風(fēng)機(jī)的工作原理是使氣體通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得加速，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，其主要部件有進(jìn)氣口、導(dǎo)流片、葉輪、螺旋形蝸殼、出氣口以及擴(kuò)散器等。氣體在葉輪中的流動(dòng)方式以及特點(diǎn)均是由葉輪的形狀、大小以及轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的，且風(fēng)機(jī)的流量、壓力以及它們之間存在的關(guān)系都和葉輪有關(guān)。其中單級(jí)離心風(fēng)機(jī)具有高轉(zhuǎn)速高揚(yáng)程的特點(diǎn)，多級(jí)、磁懸浮、空氣懸浮風(fēng)機(jī)則有大流量的優(yōu)點(diǎn)但揚(yáng)程較低。目前，離心風(fēng)機(jī)以其高效率和低噪音的優(yōu)勢，在各類污水處理廠、自來水廠都得到了廣泛應(yīng)用。

2 多型風(fēng)機(jī)運(yùn)行分析

1）污水廠一期工程在2009年建設(shè)時(shí)安裝3臺(tái)HIBON多級(jí)離心風(fēng)機(jī)，額定出口風(fēng)壓為0.72bar，額定風(fēng)量10000m3/h，采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量。當(dāng)時(shí)采用CASS工藝，設(shè)計(jì)處理量30000m3/d，3組生物池間歇出水，一組曝氣，一組沉淀，一組出水，變水位運(yùn)行，工作水位在3.5米--6.7米間變化。風(fēng)機(jī)出口壓力在0.45bar--0.7bar，因處理工藝需風(fēng)量在5500m3/h--7000m3/h左右，而多級(jí)離心風(fēng)機(jī)在變頻器頻率下降后，壓力隨流量同時(shí)下降，在7000 m3/h時(shí)出口壓力已接近管道壓力，開始出現(xiàn)喘振，因此特地安裝一套排空系統(tǒng)，放空一部分氣體以提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)時(shí)的主要問題是管網(wǎng)負(fù)荷小，多級(jí)離心風(fēng)機(jī)流量過大，風(fēng)量存在浪費(fèi)現(xiàn)象。

2）污水廠二期2013年建成投產(chǎn)，新增2臺(tái)Howden單級(jí)風(fēng)機(jī)，風(fēng)量7200m3/h，額定出口風(fēng)壓0.78bar。采用導(dǎo)葉調(diào)風(fēng)量。污水處理工藝調(diào)整為A2/O+MBBR工藝，設(shè)計(jì)處理量60000m3/d，曝氣方式發(fā)生改變，由原來的3級(jí)生物池間歇式曝氣改為連續(xù)性曝氣，由變水位運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)楹闼贿\(yùn)行，運(yùn)行水位在6.8米。由于處理水量增加，為保持合量的氣水比，需要風(fēng)量為60000/24*6=15000m3/h。如運(yùn)行2臺(tái)單級(jí)風(fēng)機(jī)，曝氣量不夠，將嚴(yán)重影響出水水質(zhì)穩(wěn)定。因此實(shí)際開啟1臺(tái)單級(jí)離心風(fēng)機(jī)+1臺(tái)多級(jí)離心風(fēng)機(jī)。在單級(jí)離心風(fēng)機(jī)（電流258A），風(fēng)量約5000m3/h時(shí)，空氣總管壓力在0.72bar，多級(jí)風(fēng)機(jī)風(fēng)量約8000m3/h，風(fēng)量雖還有余量，但風(fēng)機(jī)壓力已達(dá)極限。

3）每年進(jìn)入夏季后，隨著溫度上升，水中溶解氧開始下降，為保持正常的活性微生物需氧量，需要加大風(fēng)機(jī)出風(fēng)量；但隨氣溫升高，風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量卻成下降趨勢，喘振點(diǎn)曲線上移。為保護(hù)多級(jí)離心風(fēng)機(jī)不進(jìn)入喘振區(qū)間，必須關(guān)小單級(jí)風(fēng)機(jī)出風(fēng)量，降低管道壓力，從而出現(xiàn)氣溫越高越需要增加風(fēng)量時(shí)，風(fēng)機(jī)效率越低，而操作員為保證多級(jí)離心風(fēng)機(jī)風(fēng)量在喘振點(diǎn)之上，就必須關(guān)小單級(jí)離心風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉來減小風(fēng)量降低管網(wǎng)壓力，引起風(fēng)量越調(diào)越低的惡性循環(huán)。

圖一 氣溫與溶解氧（DO）對應(yīng)表

3 喘振危害及預(yù)防

1）喘振發(fā)生的因素是出口壓力變大，通過葉輪的氣體流量變小。在實(shí)際生產(chǎn)中，喘振現(xiàn)象對于離心式風(fēng)機(jī)來說，屬于經(jīng)常性易發(fā)生的現(xiàn)象。在風(fēng)機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的時(shí)候，風(fēng)機(jī)的流量不穩(wěn)定，一會(huì)兒大一會(huì)兒?。?］。而伴隨空氣流量的劇烈波動(dòng)，使葉輪應(yīng)力迅速變化后產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，噪音加大，繼而引起整個(gè)機(jī)組的振動(dòng)，每出現(xiàn)一次喘振都會(huì)對設(shè)備的葉輪、機(jī)械密封、軸承造成損傷，情況嚴(yán)重時(shí)，一次強(qiáng)烈的喘振就會(huì)造成風(fēng)機(jī)出現(xiàn)軸承損壞、葉輪、導(dǎo)風(fēng)口擋板破損的事故。

圖二 喘振后導(dǎo)風(fēng)口擋板破裂

2）規(guī)避喘振點(diǎn)首先要找出喘振控制點(diǎn)，喘振控制點(diǎn)的確定需要依據(jù)風(fēng)機(jī)的性能曲線，結(jié)合現(xiàn)場操作人員的對風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的觀察，以及對前期出現(xiàn)喘振時(shí)壓力、流量曲線的分析。以本廠為例，按操作經(jīng)驗(yàn)在2臺(tái)風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行時(shí)空氣流量低于6700M3/h即出現(xiàn)喘振，因此日常操作中以7000M3/h作為報(bào)警下限，但在某次7600M3/h就發(fā)生喘振，在排查中發(fā)現(xiàn)當(dāng)日因進(jìn)水濃度極高，為保證充足的溶解氧，值班人員緊急開啟了2臺(tái)單級(jí)風(fēng)機(jī)和1臺(tái)多級(jí)風(fēng)機(jī)，管網(wǎng)壓力從0.76bar上升到0.83bar，使得喘振的控制點(diǎn) 快速上移，造成了本次喘振事故。

3）降低配氣管網(wǎng)的壓力，由于污水廠的A2O工藝曝氣水深相對固定，根據(jù)管網(wǎng)特性，對于離心式風(fēng)機(jī)來說，其工作特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：風(fēng)機(jī)性能曲線與管網(wǎng)特性曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，并且工作點(diǎn)隨著其中任何一條曲線的變化而發(fā)生改變。增大管網(wǎng)阻力，其特性曲線將變陡，進(jìn)而在一定程度上使得工作點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)。以現(xiàn)有3臺(tái)多級(jí)離心風(fēng)機(jī)為例，采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量，特點(diǎn)是變速同時(shí)變風(fēng)量，變壓力，轉(zhuǎn)速變化→流量變化→壓力變化更大。

出口動(dòng)壓和轉(zhuǎn)速平方成正比關(guān)系，離心式風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，隨著轉(zhuǎn)速的下降，葉輪對氣體做功逐步降低，出口壓力和流量曲線了逐步下移，容易發(fā)生喘振/風(fēng)量調(diào)不下來。從風(fēng)機(jī)的特性曲線上可以看出，在出口壓力下降的時(shí)候，流量就會(huì)加大，此時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工況點(diǎn)也逐漸遠(yuǎn)離喘振點(diǎn)，所以降低出口壓力，可以有效地降低喘振發(fā)生的概率。為提高單級(jí)離心風(fēng)機(jī)風(fēng)量的同時(shí)規(guī)避多級(jí)離心風(fēng)機(jī)喘振點(diǎn)，在空氣總管上安裝了排空閥和消音器，當(dāng)風(fēng)量調(diào)整接近臨界點(diǎn)時(shí)放空部分空氣，用損失部分效率來解決壓力與流量之間的矛盾。

4）調(diào)整污水廠工藝，在污水廠初始設(shè)計(jì)中，考慮氣水比為6∶1，15000m3/h，MLSS4000mg/L，在實(shí)際運(yùn)行中，以多年的工藝數(shù)據(jù)為依據(jù)，發(fā)現(xiàn)在冬季溫度低時(shí)，活性污泥對有機(jī)物、TN、TP的去除率下降，微生物最適宜生長繁殖的溫度范圍為16～30℃，當(dāng)溫度低10℃時(shí)，廢水的凈化效果將明顯降低，一般來說，溫度每降低10℃，COD的去除率會(huì)降低10%。冬季MLSS保持在4000mg/L，可以有效地發(fā)揮其凈化功能。夏季微生物生長繁殖快，MLSS控制在3000mg/L時(shí)即可以保證出水批標(biāo)正常。隨著微生物數(shù)量的減少，對氧氣的消耗也逐漸降低，因此夏季以低污泥濃度運(yùn)行可以有效減少對供氣量的要求。

4 結(jié)語

污水廠曝氣系統(tǒng)的正常對污水處理達(dá)標(biāo)排放起著決定性的作用，通過對喘振現(xiàn)象的分析和操作流程、工藝的調(diào)整，從而使現(xiàn)有兩種類型離心風(fēng)機(jī)能夠穩(wěn)定的并網(wǎng)運(yùn)行。從生產(chǎn)運(yùn)行的角度出發(fā)，設(shè)備型號(hào)和性能一致，生物池水深越淺越利于整個(gè)流程的操作和管控。但老污水廠提標(biāo)改造后易產(chǎn)生設(shè)備型號(hào)、參數(shù)不同；新建污水廠單位面積處理量不斷提升，也導(dǎo)致生物池深度加大，曝氣水頭提高。在成本、土地、安裝空間等條件制約下，污水廠技術(shù)人員需要在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，做到理論和實(shí)踐，工藝和設(shè)備管理、運(yùn)行相融合，在提高系統(tǒng)可靠性和可操作性上下功夫，從而保障污水廠的正常運(yùn)行。