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【摘要】:
水处理风机,即水处理鼓风机,是指在活性污泥法、生物接触氧化法等水处理工艺中,利用具有合适风量和压力的曝气鼓风机,向污水中不间断强制加入空气,使池内水体与空气接触充氧,并搅动液体,加速空气中的氧气向液体中的转移,防止池内悬浮体下沉,加强池内有机物与微生物及溶解氧的接触,对污水中有机物进行氧化分解,这种通过叶轮旋转,克服水压,将机械能转化为气体压力能和动能,让空气从曝气头喷薄而出的设备就是水处理鼓风机

水处理风机,即水处理鼓风机,是指在活性污泥法、生物接触氧化法等水处理工艺中,利用具有合适风量和压力的曝气鼓风机,向污水中不间断强制加入空气,使池内水体与空气接触充氧,并搅动液体,加速空气中的氧气向液体中的转移,防止池内悬浮体下沉,加强池内有机物与微生物及溶解氧的接触,对污水中有机物进行氧化分解,这种通过叶轮旋转,克服水压,将机械能转化为气体压力能和动能,让空气从曝气头喷薄而出的设备就是水处理鼓风机。

 

 

一、水处理风机的分类

 

水处理风机基本上有以下两大类:

1、容积式鼓风机:回转式风机,罗茨式风机

回转式风机

 

 

回转式风机设计转子在缸体内偏心旋转,油润滑,低转速,,风量范围:每分钟0.31立方米至每分钟5.41立方米,压力范围:9.8千帕至49千帕的变容压缩的低噪音鼓风机称之为回转式风机。具有体积小、风量大、噪声低、耗能省;附有空气室,散气平稳安装方便、抗负荷变化,风量稳定等特点。

罗茨式风机

 

罗茨风机属于回转式鼓风机的一种,利用两份叶形转子或三个叶形转子在气缸内做相对运动来输送气体。

罗茨风机结构简单运行平稳、可靠、机械功率高,便于维护和保养;当压力在一定范围内变化时,转速不变,则流量为一常数;运行时适应性强,在流量要求稳定而阻力变化幅度较大时,可以自动调节。其最大的特点是使用时当压力在允许范围内加以调节时流量之变动甚微,压力选择范围很宽,功率随着压力的增高而增加。具有强制输气的特点。输送时介质不含油。使用寿命长、整机振动小。但噪声大,存在润滑油向气缸渗漏的缺点。

2、离心式鼓风机:旋涡式风机,多级离心式风机,单级高速离心式风机,水环式风机、磁悬浮风机。

旋涡式风机

 

 

 

属于高压风机的一种,也叫环形风机,叶轮上有数十片叶片组成,它类似庞大的气轮机叶轮,当旋涡气泵的叶轮旋转时,叶轮叶片中间的空气受到离心力的作用,朝着叶轮的边缘运动,在那里空气进入泵体的环形空腔,然后又返回叶轮,重新从叶片的起点以同样的方式又进行循环运动,由于空气被均匀的加速,叶轮旋转时所产生的循环气流使空气以螺旋线的形式窜出,所以空漩涡风机的叶轮由数十片叶片组成,它类似庞大的气轮机的叶轮。

多级离心式风机

 

离心鼓风机又称透平鼓风机,气体在旋转的叶轮作用下,获得压力和留宿的增大,可以四线连续送风。

其工作原理为当电机转动从而带动风机叶轮旋转,气体在离心力的作用下甩出并改变流向,动能转换为静压能,从排气口排出气体,同时在叶轮间形成一定负压,使外界气体在大气压的作用下补入,达到连续鼓风的目的。

离心鼓风机根据叶轮数量分为多级离心鼓风机和单级离心鼓风机。多级低速离心鼓风机正常是指转子在2只或2只以上的叶轮串联在同一根主轴上,至多可有8级风叶,转子转速为3000~3600r/min的离心式鼓风机。

与罗茨鼓风机相比,低速多级离心鼓风机具有噪声较低、风机运行平稳可靠、效率较高等有点,但仍存在体积大、质量重、流量调节性能差、效率偏低、耗能大等弊端。

单级高速离心式风机

 

单机高速离心鼓风机是从20世纪90年代开始,随着“三元流动理论”在离心式压缩机和鼓风机设计上的应用而发展起来。单级离心鼓风机采用齿轮增速箱增速,在齿轮增速箱内用机油润滑和冷却。

单级高速离心鼓风机采用了三元流动理论进行设计,使其更加符合流体流动规律,其叶轮效率较采用二元叶轮的多级低速离心鼓风机有很大的提高,而且是一级结构,流到短、损失较小,使其效率较多级低速离心鼓风机提高10%~15%,可高达82%。

在结构上采用了轴向进气导叶调节装置,在压力恒定时,流量调节为额定流量的65%~105%,使其在低负荷条件下也可以达到较高的运行效率;采用自动化监控系统,自动化程度高;采用组装式整体结构,与同流量和压力的多级离心式鼓风机相比,节约耗能,重量一般减少70%,占地面积约小50%;同时三元流动叶轮比普通二元流动叶轮直径要小30%~40%,故其转子转动惯量较小,机组的启动和停车时间短,无需高位油箱和蓄能器。

由于单级高速离心鼓风机具有重量轻、体积小、节约能源、性能调节范围广泛、效率高和自动化水平高等优点,早已在国外得到广泛应用,是目前污水处理行业的主流产品。

水环式风机

 

从水环式风机工作原理看,风机风叶偏心地安装在机体内,起动时向风内注入≥0.1Mpa压力的水,当风叶旋转时,水受离心力的作用,在机体内壁形成一旋转水环,水环上部表面与轮毂相切沿箭头方向旋转,在前半转过程中,水环内表面逐渐与轮毂脱离,风叶叶片间与水形形成封闭空间。随着风叶旋转逐渐扩大,空间气体压力降低,气体被吸入空间。在后半转过程中,水环内表面逐渐与轮毂靠近,叶片间的距离逐渐缩小,空间气体压力升高,高于排气口压力时,叶片间的气体被排出。因此,风叶每转动一周,叶片间的空间吸排气一次,许多空间不停地工作鼓风机就连续不断地抽吸或压送气体。

由于在工作过程中做功产生热量,会使工作水环发热,同时一部分水和气体一起排出,因此,在工作过程中,应给鼓风机不停地供水,以冷却和补充机内消耗的水,满足鼓风机工作要求。整机用水做工作液、冷却液无油污染。

气悬浮风机

 

空气悬浮离心鼓风机是一种全新概念的离心鼓风机,借鉴航空、航天器的涡轮发动机,应用先进的空气悬浮技术,采用了“高速直联电机”和“空气悬浮轴承”这两个高端核心技术,改善了传统单级高速涡轮鼓风机的转速齿轮、联轴器、冷却系统和油润滑系统等,大大提高了产品的技术性能及运行可靠性。避免了噪音、振动以及废弃润滑油等对环境造成的二次污染,大大减少了设备维护工作量,节约了设备维护成本。

空气悬浮单级离心鼓风机采用SVS钛合金材料,叶轮抗变形能力强,选择最佳效率角度设计,效率高达88%;采用BLDCM永磁无刷超高速电机,是随着永磁材料技术、半导体技术和控制技术的发展而出现的一种最新型电机,更加高效节能;采用变频调节方式,使悬浮离心鼓风机的可调范围更宽;采用空气自冷却技术,可确保鼓风机在炎热的夏季仍保持可靠的工作性能;由于采用高速直联电机、空气悬浮轴承及三维模拟涡轮叶轮,大大减少了因为机械传动和机械摩擦而产生的能源消耗,故效率极高;空气悬浮轴承较磁悬浮轴承寿命更长,更换价格也相对低廉;启停不依赖于电源,运行较磁悬浮离心鼓风机更加稳定可靠;与罗茨风机相比可节能25%~35%,与传统多级离心鼓风机相比可节能15%~20%,与传统单级高速离心鼓风机相比可节能10%~15%。风量范围为35~160m3/min,最大出口风压达1bar。

磁悬浮风机

 

磁悬浮离心风机是通过电磁或空气的作用,使转动轴形成悬浮状态,摩擦阻力小,效率高,也可以通过进口导叶调整风量。悬浮离心风机由于摩擦力小,风机效率会更高。磁悬浮风机叶轮也为单级高速类型,性能曲线与单级高速离心风机类似。高速电机直接驱动三元流叶轮,省却了齿轮箱,彻底消除机械传动损失,实现高转速,大大提高效率。

工作范围:调节幅度大,智能化直流调速系统改变轴的转速改变风量,可实时监控风机运行状态,根据工况需求调整转速,实现风量、风压的智能调节,可实现恒风量、恒压力、恒转速等多种模式调节。

磁悬浮鼓风机,是目前综合性能效率最高的污水曝气风机。

 

二、几种风机性能比较

 

不同的曝气风机有着不同的适用范围,罗茨风机、多级离心风机和单级高速离心风机各自的流量范围也有较大的差异,罗茨风机在小流量范围,多级离心中流量范围,单级高速离心风机在高流量范围。罗茨风机:1~100m3/min;多级离心风机:20~400m3/min;单级高速离心风机:40~1000m3/min。

三种风机的流量与功率的比较见下图。

 

从上图中可知,在风机的效率方面单级高速离心风机最高,多级离心风机其次,罗茨风机最低。同样的供风量,罗茨风机能耗最高,单级高速离心风机能耗最低。

从设备采购成本看,罗茨风机成本最低,多级离心风机居中,单级高速离心风机最高。综合考虑能耗、设备采购及运行维护费用等因素,三种风机的流量与单位综合成本比较见下图。

 

其中,罗茨风机由于能耗较高,单位流量综合成本高于多级离心和单级高速离心风机。在100m3/min以上的流量时,由于单级高速离心风机具有更高的运行效率,综合成本优于多级离心风机。

在小流量范围内罗茨鼓风机具有价格优势,在中流量范围内,多级离心风机性价比较好,高流量时,单级高速离心风机综合成本最低。在实际选型中还要考虑流量调节的需求、安装条件以及运行维护方便性等因素。

磁(空气)悬浮风机相对于其他三种鼓风机,效率更高,更节能,而且噪音很低,但是成本最高,维护复杂,目前应用于现场环境标准要求高,舍得花成本的企业。一般的污水处理厂承担不起,随着磁(空气)悬浮风机的国产化,以后成本会越来越亲和。

 

三、水处理风机选型注意事项

 

1水处理风机的适用性

污水处理系统在新启用时系统压力基本上在设计范围内,随着使用时间的延长,由于曝气孔的堵塞,阀门管道等的锈蚀等因素从而使整个系统阻力增加。这一点上容积式鼓风机显然优于离心式风机,因为容积式鼓风机的流量是硬特性,当外界系统阻力增加时,其出口压力也随着增加,从而在流量几乎不变的情况下将气体排出(在风机强度及电机功率满足的情况下);由于离心式风机压力是硬特性,风量随阻力的增加而减少,当阻力增加到一定压力时将无法曝气。

2水处理风机需要节能

整个污水处理工程中水处理风机所消耗的能量占了整个系统所消耗能量的一半以上,因而风机的选型显得特别重要。

3水处理风机需要噪音低

污水处理是为了保护环境,不能为了污水处理而给环境带来二次污染,因此在水处理风机时,对水处理风机的噪声必须认真考虑。

4按实际情况计算参数

在污水厂鼓风机选型时,风机厂家产品样本上给出的均是标准进气状态下的性能参数,然而风机在实际使用中并非标准状态,当鼓风机的环境工况如温度、大气压力以及海拔高度等不同时,风机的性能也将发生变化,设计选型时就不能直接使用产品样本上的性能参数,而需要根据实际使用状态将风机的性能要求,换算成标准进气状态下的风机参数来选型。

5出口压力影响因素的分析

容积式鼓风机排气压力的高低并不取决于风机本身,而是气体由鼓风机排出后装置的情况,即所谓“背压”决定的,曝气鼓风机具有强制输气的特点。

鼓风机铭牌上标出的排气压力是风机的额定排气压力。实际上,鼓风机可以在低于额定排气压力的任意压力下工作,而且只要强度和排气温度允许,也可以超过额定排气压力工作。

对于污水处理厂而言,排气系统所产生的绝对压力(背压)为管路系统的压力损失值、曝气池水深和环境大气压力之和。若由于某种原因,如曝气头或管路堵塞,使管路系统的压力损失增加,背压也会升高,于是鼓风机的压力也就相应升高;又若曝气头破裂或管路泄漏等原因,管路系统的压力损失则会减少,背压便不断降低,鼓风机的压力也随之降低。

综上所述,确定曝气鼓风机压力时,只需要鼓风机在标准状态下所能达到的绝对压力等于使用状态下的大气压力、曝气池水深和管路损失之和。

6风机空气流量因素

在计算污水处理的需氧量时,其结果为标准状态下所需氧的质量流量qm(kg/min),再将其换算成标准状态下所需空气的容积流量qv1(m3/min),如果鼓风机的使用状态不是标准状态,例如在高原地区使用,则空气密度、含湿量会发生变化,鼓风机所供应的空气容积流量与标准状态是相同的,而所供空气的质量流量将减少,有可能导致供氧量不足。

因此,必须计算出能供应相同质量流量的容积流量,即换算流量qv2。在高原地区使用时,环境大气压力也会发生变化,压力比相应升高,那么,罗茨鼓风机的泄漏流量qvb则会增大,这将导致鼓风机所供应的空气容积流量减少,也可能造成供氧量不足。

因此,设计时必须考虑使用条件发生变化时各种因素的影响,以保证风机所供应的实际空气流量能够满足使用要求,并需计算出换算流量qv2和泄漏流量qvb2。

7注意冬季和夏季的区别

鼓风机选型应关注鼓风机供气流量的变化规律对于同一台鼓风机,在冬季和夏季,其容积流量是不会发生变化的,但因空气密度的不同质量流量会发生变化,也就是说供氧量会有所不同。

鼓风机在标准状态与使用状态下的容积流量是不变的,但因为空气密度(ρ)、含湿量(ds)等发生了变化,导致鼓风机输送至曝气池的供氧量(FOR)在冬季温度降低时增加、夏季温度升高时降低。例如,某一污水处理厂,选用上述计算例题中的罗茨鼓风机,根据环境温度变化,计算出鼓风机的实际供氧量(FOR),其一年的变化规律在实际运行过程中,由于进水量、水质、水温等参数的变化,系统需氧量(SOR)也会发生变化在夏季,水温较高,曝气池需氧量(SOR)增大,但鼓风机的供氧量(FOR)在减少,这是设计时考虑需氧量的最不利工况点,此时,供氧量、需氧量基本相当;在冬季,水温降低,曝气池需氧量(SOR)减少,但鼓风机的供氧量(FOR)增大,此时,供氧量较需氧量大出许多。这是由于冬季气温降低,空气密度增加,那么风机所供给的干空气的质量流量较标准状态大幅度增加,从而引起供氧量增加,从运行的实际测量情况来看,每年冬季曝气池的溶解氧较夏季会高出1~3mg/L。

因此,在生产运行过程中,需要针对这种变化对设备进行及时的调整,使鼓风机的充氧能力与实际运行中的需氧量相适应。对于罗茨鼓风机来说,使用变频器,通过改变风机转速来调整供风量是很经济实用的。结论:同一台鼓风机在不同的使用条件下,其性能的变化非常大,所以必须通过严谨的计算进行选型,否则有可能导致生化系统的供氧不足;另外,在冬季和夏季由于空气密度发生了变化,鼓风机所供应氧气的质量流量变化很大,冬季供氧量大大超过了需氧量,所以,应采取变频调速等措施使生化系统的溶解氧浓度保持稳定。

 

四、如何有效降低风机产生的噪音

 

污水处理厂中的鼓风机房是噪音产生的重灾区,如果不能有效的隔离降低鼓风机产生的噪音,会使厂区很多区域遭受噪音污染,如果鼓风机房离职工休息室、控制室太近,也会影响正常员工的工作与休息。本文介绍一下如何有效的降低鼓风机噪音的影响。

1采用吸声材料装饰

污水处理厂的鼓风机房内墙及顶棚最好采用吸声材料装饰,吸掉一部分直接传在墙壁上的声能,同时防止反射音的来回混响音,吸声材料的选择见前面的叙述。还可在不妨碍天车等机械装置运行情况下,悬挂一些噪声吸声体,进一步吸收直达音和反射音,常用的吸声体有平板形、球形、圆锥形、圆柱形等。其表面粘有吸声材料,悬挂位置尽可能靠近声源,并注意不影响采光、照明、检修和巡视等。此法简单、宜行,价格便宜。

2加消声器

在风机的进气口或进出气口同时加消声器。消声器是一种阻止声音传播而允许气流通过的装置,可以大大减弱进出口辐射出来的噪声。因此,装设消声器是控制治理风机噪声的主要措施之一。

3单台隔离

风机在进出口风管加设了消声器后,其鼓风机壳体的辐射噪声仍对周围环境有较大干扰,在条件允许的情况下,可对每台风机采取隔声措施,设置隔声罩(造价高),把周边噪声降到75dB以下。

4防止振动噪声

一种是喘振引起的噪声。

电风机的进、出空气量不平衡,和空气自身的温度、湿度增高,导致空气的粘滞系数增大,所引起的喘振。喘振是风机运行中不太容易防止的事故。其诱发原因是气温过高,空气湿度过大,或负荷过大等都能引发喘振。

其现象是风机出口压力突然大幅下降,而管网中压力并不马上减低,或是风机负荷加大,管网中阻力加大,都能导致管网中的气体压力大于风机出口处的压力,管网中的气体瞬间倒流向风机,直到管网中压力下降于低于鼓风机出口压力才停止。接着鼓风机又开始向管网供气,将倒流的气体压回去,这又使风机内空气流量减少,压力再次突然下降,管网中的气体重新倒流至风机内,如此周而复始,在整个系统中产生周期性的低频高振幅的压力脉动及气流振荡现象,并发出低沉、响声很大的噪声,风机产生剧烈振动,以至无法工作被迫停机。

防止喘振的方法有手动和自动两种,都是在风机的出风口设置一旁通管。在启动风机时就要先打开,当启动完成时逐渐关闭。当出现喘振的先兆时,自动放气阀会根据事先设定的程序,自动打开放气,造成风机进口流量增加,罗茨鼓风机工况点可由喘振区移至稳定区工作。从而逐渐增大出口压力,使压缩空气逐渐送入管网。在保证出口压力大于管网压力的情况下,该放气阀门逐渐关闭或停留在一个合适的位置上。手动操作阀门需按照自动阀门的程序由熟知详情的工人操作。

第二种是风机自身振动产生的低频噪声。

减轻风机自身振动是控制治理低频噪声的治本办法,一般从制造风机的外壳材料入手,宜选用铸铁,以增加自重和外壳厚度减小自振;在风机的进、出风管接头处设置柔性波纹管减振接头,降低风机振动传递到空气管道上产生的辐射噪声;中小型风机一般都在基座上加设减振器,效果明显。

 
 
来源:北极星水网