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        淺析污水處理風機的選型與能耗的關系日期:2015-09-22     人氣:48

          摘要:在我國的污水處理廠生化系統運行技術中,其中使用量最大、使用最普及也最成熟的技術是活性污泥法。在該法中,風機的選型顯得特別重要。保康縣污水處理廠位于城關鎮王灣村,縣污水處理廠通過近四年的運行,在運行成本核算中,風機產生過的能耗是決定降低運行費用的重中之重。經過對比我們發現風機的選型是直接決定運行效率及能耗的關鍵。
          關鍵詞:污水處理;風機選型;能耗
          1 風機選型中必須考慮的因素
          風機選型中首先必須考慮適用性、能耗、噪聲及價格因素。
          1.1 選用的風機必須首先適用于污水處理系統。
          在污水處理系統中通常使用的風機基本上不外以下兩大類:
          旋渦式風機在早期小型污水處理系統中有應用,現已被淘汰。所以下面僅就羅茨式、多級離心式及單級高速離心式風機的選型進行討論。
          由于一般的污水處理系統在新啟用時系統壓力基本上在設計范圍內,隨著使用時間的延長,由于曝氣孔的堵塞,閥門管道等的銹蝕,曝氣頭損壞,大量污泥進入管道并沉積,從而使整個系統阻力增加。此現象在系統設計風機選型時必須加以考慮。在這一點上羅茨鼓風機顯然優于離心式風機,因為羅茨鼓風機的流量是硬特性,當外界系統阻力增加時,其出口壓力也隨著增加,從而在流量幾乎不變的情況下將氣體排出;而離心式風機則不同,由于離心式風機壓力是硬特性,風量隨阻力的增加而減少, 從離心式鼓風機性能曲線圖(見圖1)中可看出,當阻力增加到一定壓力時將無法曝氣。
          圖1 離心鼓風機性能曲線
          對于羅茨鼓風機,在使用中必須在系統中安裝止回閥,以防止突然斷電時管路中高壓氣體突然倒流入風機中,造成葉輪突然反轉,從而損壞葉輪。
          1.2 選用的風機必須能耗低
          由于風機的能耗占了水處理系統總能耗的一半以上,因此選用的風機應盡量低能耗。下面就污水處理中常用的離心風機及羅茨鼓風機的能耗進行對比:
          表2 三葉羅茨鼓風機與多級離心風機能耗比較
          型號 轉速
          r/min 升壓
          kPa 流量
          m3/min 軸功率
          kW 比功率
          kW/ m3 min-1 節能效果
          % 噪聲
          dB(A)
          C125-1.5 2950 49 125 140 1.12 93
          3L73WC 1050 49 124.3 132.3 1.0644 5% 90
          GC120-61-686 2980 68.6 120 220 1.8333 96
          3L73WC 1050 68.6 122.8 179.5 1.4617 20% 91.7
          我國的羅茨鼓風機設計制造水平近20年來有了長足的進步,特別是中小型羅茨鼓風機由二葉型發展成三葉型,各項指標特別是噪音和能耗大幅度下降。由上表可看出3L型三葉羅茨鼓風機的能耗和噪音現在已比多級離心鼓風機要低。
          1.3 3L型三葉羅茨鼓風機與單級高速離心風機能耗比較
          單級高速離心風機是丹麥HV-TURB0公司產品,因為從1990年開始到現在,在中國環保市場污水處理項目已引進了近900臺左右該公司產品,僅2005年就引進71臺,2006年1-7月就引進34臺,由于該公司樣本提供的參數不全面,為了尋找可與3L型風機對比的例子,由該樣本提供的圖3和表3中尋找:
          圖3
          表3
          型號 轉速
          r/min 升壓
          kPa 流量
          m3/min 軸功率
          kW 比功率
          kW/ m3 min-1 節能效果
          % 噪聲
          dB(A)
          GM20L 68.6 75 100 1.3333 11%
          BCD80 68.6 80 132 1.65 -9%
          3L63WC 68.6 72.1 108 1.4979
          KA5-GK 50.96 75 80 1.0667 5%
          3L63WC 50.96 73.7 82.7 1.1221
          由以上對比數據可知單級高速離心風機的能耗確實要比羅茨鼓風機低,但并不象丹麥HV TURBO公司樣本所宣傳的那樣節能達30%—40%。
          1.4 3L型三葉羅茨鼓風機與傳統二葉型羅茨鼓風機及國外三葉型羅茨鼓風機的能耗比較,具體參數如下表:
          表4
          型號 轉速
          r/min 升壓
          kPa 流量
          m3/min 軸功率
          kW 比功率
          kw/m3 min-1 節能效率
          噪聲
          dB(A)
          L32LD 1450 49 5.99 9.2 1.5358 >80
          3L32WD 1450 49 7.65 9.28 1.2131 21% 76.2
          L74WD 980 49 112 121 1.0804 ≥100
          3L73WD 980 49 115 122.7 1.0670 1.2% 90
          L73WD 980 49 92.7 101 1.0895 ≥98
          3L73WD 980 49 115 122.7 1.0670 2% 90
          GM200L 1040 49 114 123 1.0789 96
          3L73WD 980 49 115 122.7 1.0670 1.1% 90
          GM130L 2120 49 113 122 1.0796 104
        3L73WD 980 49 115 122.7 1.0670 1.2% 90
          從表4中可看出,3L型羅茨鼓風機的能耗較傳統二葉型要低1%—21%左右,3L73WD三葉型羅茨鼓風機的能耗要較世界王牌德國AERZEN公司GM型三葉羅茨鼓風機低1%以上。
          1.5 噪音的對比
          污水處理是為了保護環境,不能為了污水處理而給環境帶來二次污染,因此在為污水處理系統選用風機時,對風機的噪聲必須認真考慮,從上表2中可看出3L型三葉羅茨鼓風機的噪音比多級離心式要低,并不象以前某些人所鼓吹的那樣。從表4可以看到3L型三葉羅茨鼓風機與同類型的兩葉羅茨鼓風機相比噪音要低3.8—10dB(A),比德國AERZEN公司的三葉羅茨鼓風機噪音也要低6—14dB(A)左右。
          1.6 價格的對比
          表5
          類 型 風機型號 流量
          m3/min 風壓
          kPa 軸功率
          kW 價格
          萬元
          多級離心
          鼓風機 C125 125 63.75 150 24.3
          GC120 120 68.6 220 22.3
          3L型羅茨
          鼓風機 3L73WC 122.8 68.6 179.5 12
          單級高速
          離心鼓風機 GM20L 110 49 100 65
          BCD125 125 68.6 185 64
          3L型羅茨
          鼓風機 3L73WC 122.8 68.6 179.5 12
          丹麥進口高速離心鼓風機 KA5-GK 75 50.96 80 100
          3L型羅茨
          鼓風機 3L63WC 74.3 50.1 80.7 7.41
          從表5可看出,3L系列的風機價格是多級離心鼓風機的1/2不到;是國產單級高速離心鼓風機的1/5不到;是進口單級高速離心鼓風機的1/12不到,因而在價格上3L系列羅茨鼓風機有絕對的優勢。
          2 結論
          從以上分析對比可看出,在污水處理中選用3L系列羅茨鼓風機較選用多級離心鼓風機更合理,因其噪音及能耗都較低而價格僅后者1/2不到,且不用擔心風機會產生喘振現象。而單級高速離心風機確實能耗及噪音較低,但即使選用國產風機其價格是3L系列羅茨鼓風機的5倍以上,若選進口風機,其價格則為3L型三葉羅茨鼓風機的12倍。由于昂貴的價格,因而妨礙了它在污水處理曝氣系統中的推廣應用。因此在污水處理系統中選用風機時要權衡綜合考慮,根據不同的污水處理工藝和曝氣池的水深來選擇風機,風機的風壓選擇根據池體的有效水深進行選型配置即可,低水位的情況下沒必要選擇高壓力的鼓風機。如:4米深的曝氣池,在設計中就有約0.5米的超高,實際運行的有效水位高度實際在3.5米左右。因此,在鼓風機的選擇上可以按照不超過4米的升壓來進行配置,則可以選擇39.2Kpa的升壓的風機即可。沒有必要選擇50-60kpa的高壓風機。在風機選型的過程中,升壓值這一關鍵參數對鼓風機的功率有這直接的影響,其升壓在每增加一米水深的情況下,風機的能耗差別如下圖所示:
          型 號 升壓 流量 功率
          3L150型 1631轉/min 49.0kpa 29m?/min 37KW 增加一米水壓能耗增加18KW
          3L250型 1025轉/min 58.8kpa 29 m?/min 55kw
          以3L250型為例:其功率在75KW時可以達到49.8m?/min的風量,而我們企業水處理選用的風機功率75KW配套的風量在39.45m?/min。相比之下,多出了10.35 m?/min的供風量,可見其效率較高。
          以我污水處理廠為例,兩種風機的空氣循環量對比如下:
          型 號 升壓 流量 功率 空氣循環量 池體容積
          FSR200型 58.8kpa 39.45m?/min 75KW 0.4734 5000m?
          3L250型 58.8kpa 49.8 m?/min 75kw 0.5976 5000m?
          通過空氣循環量的對比可以看出,FSR200型風機運行時的空氣循環量剛好滿足標準值:0.3-0.5要求的空氣循環量范圍,而3L250型風機的空氣循環量則可以超出該范圍。因此,在實際運行的過程中,采用配套的變頻器和溶氧PLC控制來組合使用,3L250型風機可以更加高效的縮短充氧時間和節約能耗。據統計,采用3L250型風機可以節約能耗25%左右,比FSR200型風機節約能耗15%。
          參考文獻
          [1]吳民強.泵與風機節能技術問答〔M〕北京:中國電力出版社,1998
          [2]續魁昌.風機手冊〔M〕機械工業出版社,1999

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