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水处理用风机的选型及能耗分析 曹彭年， 曹 旦 （南通市恒荣机泵有限公司）人均水资源拥有量只有，仅为世界平均水平的四分之一，目前全国三分之二的大中城市面临缺水。1)容积式鼓风机 旋片式 二叶型 罗茨式 （流量是硬特性） 三叶型 2)离心式鼓风机 旋涡式 多级离心式风机 （压力是硬特性） 单级高速离心式风机 旋片式风机仅在每天几百立方的小型污水处理系统中有所应用，而旋涡式风机在早期小型污水处理系统中有应用，现已被淘汰。所以下面仅就罗茨式、多级离心式及单级高速离心式风机的选型进行讨论。 由于一般的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，曝气头损坏，大量污泥进入管道并沉积，从而使整个系统阻力增加。此现象在系统设计风机选型时必须加以考虑。在这一点上罗茨鼓风机显然优于离心式风机，因为罗茨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）；而离心式风机则不同，由于离心式风机压力是硬特性，风量随阻力的增加而减少, 从离心式鼓风机性能曲线图（见图1）中可看出，当阻力增加到一定压力时将无法曝气。 图1 离心鼓风机性能曲线 如江阴一家公司的污水处理厂，选用多级离心风机曝气，开始使用时很正常，随着使用时间的延续，曝气池水翻滚的强度越来越小，最终不再曝气。建议其将污水池水位下降1m后，水池又正常曝气。后来将多级离心风机换为三叶型罗茨风机，一直延用至今。因此在污水处理系统中选用离心式鼓风机要特别注意，选用风机的压力一定要留有余地，特别要防止风机产生喘振现象。因为在风机运行中由于系统阻力的增加，造成风量的减小，当流量减小到某一最小值时就会在风机流道中出现严重的旋转脱离，流动严重恶化，使压缩机出口压突然大大下降，由于风机总是和水处理管网系统联合工作的，这时管网中的压力并不马上降低，于是管网的气体压力反大于风机出口处的压力，从而气体发生倒流，一直至管网中的压力下降至风机的出口压力为止，这时倒流停止，风机又开始向管网供气，经过风机的流量又增大，风机又恢复正常工作，当网管中的压力又恢复原来压力时，风机的流量又减少，系统中的气流又减小，系统中又产生倒流，如此周而复始就在系统中产生周期性的气流震荡现象，这就是风机的喘振现象（1），往往造成风机的重大事故。是不是发生喘振还和系统管网有关，管网的容量越大，则喘振的振幅越大，频率越低，管网的容量越小，则喘振的振幅越小，频率越高。当几台风机并网使用时，有时还会出现单台机出现喘振的现象，因为一个系统当设计施工完毕后其系统的阻力将随着系统内所流通的风量增加而增加，当系统阻力增加至某台风机的喘振点时，此机就会产生风机的喘振现象，因此除对风机的压力保留一定的余地外，还必须对管网系统作一定的设计计算[2]。 对于罗茨鼓风机，在使用中必须在系统中安装止回阀，以防止突然断电时管路中高压气体突然倒流入风机中，造成叶轮突然反转，从而损坏叶轮。 2.2 选用的风机必须能耗低 由于风机的能耗占了水处理系统总能耗的一半以上，因此选用的风机应尽量低能耗。下面就污水处理中常用的离心风机及罗茨鼓风机的能耗进行对比： 2.2.1 水深与风机能耗的关系 由于土地的使用越来越紧张，于是有人为了节省土地的使用面积而增加曝气池的水深，殊不知风机的能耗是与水深成等差级上升，对于一定容积的水池的面积是随水深成反比下降。因而要适当控制水深，兼顾能耗与水池占地面积的矛盾。现以日处理1万m3，水气比1：10，使用3L63WC，70 m3/min罗茨风机曝气处理的水处理系统为例来说明。 表1 池深与电机轴功率的关系 水池深m 1 2 3 4 5 6 7 8 电机轴功率kw 20.5 33.2 45.9 58.7 71.5 84.4 98.3 110.2 水池占地面积m2 417 209 139 104.2 83.4 69.5 59.6 52.1 图2 水池深度与功耗和池占地关系 从占地角度来说，由以上图表可知：对于同样日处理量的工程，水深超过5—6m后，占地面积的下降趋势迅速趋缓，已经不再具有多少实质性的意义，而风机能耗却毫不减少的随水深按比例上升。因此从这个角度来讲，水处理工程选择5—6m左右水深比较合理。 2.2.2 3L型三叶罗茨鼓风机与多级离心风机能耗比较 表2 三叶罗茨鼓风机