【水咨询】专题3·【水处理设备-风机】—— 曝气风机的选型

市政给排水设计指南 2018-04-14 14:00:49

专题3·【水处理设备-风机】—— 曝气风机的选型

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【原创】在城市污水处理厂,鼓风曝气所占的能耗占到总能耗的一半左右,选择合适的曝气风机在节约运行成本中占着至关重要的作用。

风机广泛应用于水处理工程中,给好氧池曝气系统供气、除臭系统引风、设备间通风等。在城市污水处理厂,鼓风曝气所占的能耗占到总能耗的一半左右,选择合适的曝气风机在节约运行成本中占着至关重要的作用。

1、风机的基本原理与分类

风机与泵一样,是将原动机的机械能转换成流体的压力能和动能,输送气体的称为风机。按风机的工作原理可以分为叶片式风机和容积式风机:

1)叶片式风机

a.离心风机:利用旋转叶轮带动气体一起旋转,借离心力的作用,使气体的压力能和动能得到增加。

b.轴流风机:利用叶轮上的翼型叶片在气体中旋转所产生的升力使气体的能量增加。

2)容积式风机

a.往复式风机:利用工作容积周期性的改变来输送气体,并提高其压力。

b.回转式风机(叶氏、罗茨、螺杆):利用一对或几个特殊形状的回转体,如齿轮、螺杆或其他形状的转子在壳体内作旋转运动来输送气体并提高其压力。

2、风机的主要性能参数

1)流量与全压:风机在单位时间内输送的流体量称为流量,一般用体积流量qv表示,也可以用质量流量qm表示。单位体积的气体通过风机后所获得的能量增加值,称为全压,用p表示,单位为Pa。

2)轴功率与效率

风机在运行时原动机传递到风机转轴上的功率称为轴功率,用P表示,单位为kw。单位时间内通过风机的流体所获得的功率称为有效功率,用Pe表示。

风机的效率为有效功率与轴功率之比,即η=Pe/P。

3)转速

风机轴每分钟的转数,称为转速,用n表示,单位为r/min。

3、曝气风机的类型

好氧池曝气常用的风机有四类:罗茨鼓风机、多级离心风机、单级高速离心风机和磁(空气)悬浮风机。

1)罗茨鼓风机

罗茨鼓风机目前多为三叶型,每转动一圈由两组三叶型叶轮完成3次吸、排气。结构简单,性能稳定。罗茨鼓风机属于容积式风机,其特点是在最高设计压力范围内,管网阻力变化时,流量变化很小。罗茨风机的性能曲线如下:

罗茨鼓风机性能曲线图

从性能曲线可知,罗茨风机风量受压力变化影响小。当曝气池液位变化时,鼓风量基本不变。

风量调节:罗茨风机风量受转速控制,风量调整可通过变频调速进行,变频后风压可以维持。

2)多级离心风机

离心鼓风机是电机带动风机叶轮旋转,使叶片之间的气体在离心力的作用下甩出,外界气体通过叶轮中间形成的负压吸入,达到连续鼓风的目的。在常规转速下单级离心升压有限,采用多级串接的方式可达到升压要求,称为多级离心风机。多级离心风机典型的性能曲线如下:

多级离心风机典型性能曲线图

从性能曲线可知,多级离心风机随风压变化流量变化较大。当曝气池液位变化时,鼓风量会有变化。

风量调节:多级离心风机风量调节可通过变频进行,变频后风压会相应降低,变频范围受到一定限制。

3)单级高速离心风机

单级高速离心风机指提高风机转速,通过单级离心即可达到工艺的升压要求。单级高速离心风机风量大、效率高,对制造水平要求较高。单级高速离心风机的性能曲线如下:

单级高速离心风机典型性能曲线图

从性能曲线可知,单级高速离心风机随风压变化流量变化非常大。当曝气池液位发生变化时,鼓风量变化会较大。

风量调节:单级高速离心风机可通过进口导叶调整,风量调整时不影响风压,同时可以降低风机轴功率,达到节能效果。由于变频调节时,风压下降幅度会较大,可能会无法满足工艺要求,单级高速离心风机一般不用变频调节风量。

4)磁(空气)悬浮风机

磁(空气)悬浮离心风机是通过磁或空气的作用,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(空气)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。

4、曝气风机的性能比较

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:1~100m

3

/min;多级离心风机:20~400m

3

/min;单级高速离心风机:40~1000m

3

/min。

三种风机的流量与功率的比较见下图。

流量与功率比较图

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。


流量与单位流量综合成本比较图

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100m

3

/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。

综合考虑,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。