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浅析污水处理风机的选型与能耗的关系

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品牌: 浅析污水处理风机的选型与能耗的关系
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最后更新: 2019-09-11 11:50
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 浅析污水处理风机的选型与能耗的关系
 摘要:在我国的污水处理厂生化系统运行技术中,其中使用量最大、使用最普及也最成熟的技术是活性污泥法。在该法中,风机的选型显得特别重要。保康县污水处理厂位于城关镇王湾村,县污水处理厂通过近四年的运行,在运行成本核算中,风机产生过的能耗是决定降低运行费用的重中之重。经过对比我们发现风机的选型是直接决定运行效率及能耗的关键。 
  关键词:污水处理;风机选型;能耗 
  1 风机选型中必须考虑的因素 
  风机选型中首先必须考虑适用性、能耗、噪声及价格因素。 
  1.1 选用的风机必须首先适用于污水处理系统。 
  在污水处理系统中通常使用的风机基本上不外以下两大类: 
  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;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 
  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。 
  1.2 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: 
  表2 三叶罗茨鼓风机与多级离心风机能耗比较 
  型号 转速 
  r/min 升压 
  kPa 流量 
  m3/min 轴功率 
  kW 比功率 
  kW/ m3 min-1 节能效果 
  % 噪声 
  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 
  我国的罗茨鼓风机设计制造水平近20年来有了长足的进步,特别是中小型罗茨鼓风机由二叶型发展成三叶型,各项指标特别是噪音和能耗大幅度下降。由上表可看出3L型三叶罗茨鼓风机的能耗和噪音现在已比多级离心鼓风机要低。 
  1.3 3L型三叶罗茨鼓风机与单级高速离心风机能耗比较 
  单级高速离心风机是丹麦HV-TURB0公司产品,因为从1990年开始到现在,在中国环保市场污水处理项目已引进了近900台左右该公司产品,仅2005年就引进71台,2006年1-7月就引进34台,由于该公司样本提供的参数不全面,为了寻找可与3L型风机对比的例子,由该样本提供的图3和表3中寻找: 
  图3 
  表3 
  型号 转速 
  r/min 升压 
  kPa 流量 
  m3/min 轴功率 
  kW 比功率 
  kW/ m3 min-1 节能效果 
  % 噪声 
  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 
  由以上对比数据可知单级高速离心风机的能耗确实要比罗茨鼓风机低,但并不象丹麦HV TURBO公司样本所宣传的那样节能达30%—40%。 
  1.4 3L型三叶罗茨鼓风机与传统二叶型罗茨鼓风机及国外三叶型罗茨鼓风机的能耗比较,具体参数如下表: 
  表4 
  型号 转速 
  r/min 升压 
  kPa 流量 
  m3/min 轴功率 
  kW 比功率 
  kw/m3 min-1 节能效率 
  噪声 
  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 
  从表4中可看出,3L型罗茨鼓风机的能耗较传统二叶型要低1%—21%左右,3L73WD三叶型罗茨鼓风机的能耗要较世界王牌德国AERZEN公司GM型三叶罗茨鼓风机低1%以上。 
  1.5 噪音的对比 
  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,因此在为污水处理系统选用风机时,对风机的噪声必须认真考虑,从上表2中可看出3L型三叶罗茨鼓风机的噪音比多级离心式要低,并不象以前某些人所鼓吹的那样。从表4可以看到3L型三叶罗茨鼓风机与同类型的两叶罗茨鼓风机相比噪音要低3.8—10dB(A),比德国AERZEN公司的三叶罗茨鼓风机噪音也要低6—14dB(A)左右。 
  1.6 价格的对比 
  表5 
  类 型 风机型号 流量 
  m3/min 风压 
  kPa 轴功率 
  kW 价格 
  万元 
  多级离心 
  鼓风机 C125 125 63.75 150 24.3 
  GC120 120 68.6 220 22.3 
  3L型罗茨 
  鼓风机 3L73WC 122.8 68.6 179.5 12 
  单级高速 
  离心鼓风机 GM20L 110 49 100 65 
  BCD125 125 68.6 185 64 
  3L型罗茨 
  鼓风机 3L73WC 122.8 68.6 179.5 12 
  丹麦进口高速离心鼓风机 KA5-GK 75 50.96 80 100 
  3L型罗茨 
  鼓风机 3L63WC 74.3 50.1 80.7 7.41 
  从表5可看出,3L系列的风机价格是多级离心鼓风机的1/2不到;是国产单级高速离心鼓风机的1/5不到;是进口单级高速离心鼓风机的1/12不到,因而在价格上3L系列罗茨鼓风机有绝对的优势。 
  2 结论 
  从以上分析对比可看出,在污水处理中选用3L系列罗茨鼓风机较选用多级离心鼓风机更合理,因其噪音及能耗都较低而价格仅后者1/2不到,且不用担心风机会产生喘振现象。而单级高速离心风机确实能耗及噪音较低,但即使选用国产风机其价格是3L系列罗茨鼓风机的5倍以上,若选进口风机,其价格则为3L型三叶罗茨鼓风机的12倍。由于昂贵的价格,因而妨碍了它在污水处理曝气系统中的推广应用。因此在污水处理系统中选用风机时要权衡综合考虑,根据不同的污水处理工艺和曝气池的水深来选择风机,风机的风压选择根据池体的有效水深进行选型配置即可,低水位的情况下没必要选择高压力的鼓风机。如:4米深的曝气池,在设计中就有约0.5米的超高,实际运行的有效水位高度实际在3.5米左右。因此,在鼓风机的选择上可以按照不超过4米的升压来进行配置,则可以选择39.2Kpa的升压的风机即可。没有必要选择50-60kpa的高压风机。在风机选型的过程中,升压值这一关键参数对鼓风机的功率有这直接的影响,其升压在每增加一米水深的情况下,风机的能耗差别如下图所示: 
  型 号 升压 流量 功率 
  3L150型 1631转/min 49.0kpa 29m?/min 37KW 增加一米水压能耗增加18KW 
  3L250型 1025转/min 58.8kpa 29 m?/min 55kw 
  以3L250型为例:其功率在75KW时可以达到49.8m?/min的风量,而我们企业水处理选用的风机功率75KW配套的风量在39.45m?/min。相比之下,多出了10.35 m?/min的供风量,可见其效率较高。 
  以我污水处理厂为例,两种风机的空气循环量对比如下: 
  型 号 升压 流量 功率 空气循环量 池体容积 
  FSR200型 58.8kpa 39.45m?/min 75KW 0.4734 5000m? 
  3L250型 58.8kpa 49.8 m?/min 75kw 0.5976 5000m? 
  通过空气循环量的对比可以看出,FSR200型风机运行时的空气循环量刚好满足标准值:0.3-0.5要求的空气循环量范围,而3L250型风机的空气循环量则可以超出该范围。因此,在实际运行的过程中,采用配套的变频器和溶氧PLC控制来组合使用,3L250型风机可以更加高效的缩短充氧时间和节约能耗。据统计,采用3L250型风机可以节约能耗25%左右,比FSR200型风机节约能耗15%。 
  参考文献 
  [1]吴民强.泵与风机节能技术问答〔M〕北京:中国电力出版社,1998 
  [2]续魁昌.风机手册〔M〕机械工业出版社,1999
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