天津市政工程設(shè)計研究院

宋汝華

　　天津市東郊污水處理廠、紀莊子污水處理廠都是國內(nèi)大型的污水處理廠，目前已運行多年，效果良好。污水處理廠的核心部位是曝氣系統(tǒng)，而鼓風機房是保證曝氣系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵，如果鼓風機房停機，則整個生化系統(tǒng)癱瘓。本文結(jié)合紀莊子污水廠鼓風機房改造、東郊污水廠和天津無縫鋼管廠污水處理工程鼓風機房設(shè)計，從設(shè)備選型、節(jié)省電耗、保證運轉(zhuǎn)可靠性和改善工作環(huán)境等幾個方面，談一些體會，與同行們探討。

一　風機選型

　　污水處理廠常用的鼓風機有羅茨鼓風機和離心鼓風機，它們有其各自的適用性。
　　1、羅茨鼓風機
　　是容積式氣體壓縮機，其特點是：強制流量，在設(shè)計壓力范圍內(nèi)，管網(wǎng)阻力變化時其流量變化很??；在流量要求穩(wěn)定而阻力變化幅度較大的工作場合，可予自動調(diào)節(jié)，故工作適應(yīng)性較強。與離心風機相比價格低，而它的噪音大，存在潤滑油向氣缸滲漏的缺點，同時其風量調(diào)節(jié)只能采用變頻調(diào)速和出風管放氣，變頻調(diào)速設(shè)備本身的價格比鼓風機價格還要高，出風管放氣則造成能量浪費，因此只適用于小型污水處理廠。
　　2、離心鼓風機
　　是速度型，較容積式風機具有供氣連續(xù)、運行平衡，效率高、結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低、外型尺寸及重量小、易損件少等優(yōu)點。離心鼓風機又分為多級低速和單級高速，單級高速以提高轉(zhuǎn)速來達到所需風壓，較多級風機流道短，減少了多級間的流道損失，特別是可采用節(jié)能效果好的進風導葉片調(diào)節(jié)風量方式，適宜在大中型污水處理廠中采用。
　　天津市三個污水處理廠的鼓風機選型及主要技術(shù)參數(shù)見下表

二　風量調(diào)節(jié)

　　曝氣池的需氣量是不斷變化的，氣溫也會引起氣量的改變，為了節(jié)省能量，需要不斷改變鼓風機的供氣量以適應(yīng)新的工況，這就是風量調(diào)節(jié)。鼓風機的風量調(diào)節(jié)有出口節(jié)流調(diào)節(jié)、進氣節(jié)流調(diào)節(jié)、進口導葉片調(diào)節(jié)(過氣預(yù)旋調(diào)節(jié))和變速調(diào)節(jié)等方式，它們的主要特點是：
　　1、出口節(jié)流調(diào)節(jié)
　　這是人為加大管網(wǎng)阻力的調(diào)節(jié)方法，會使整個裝置的效率大大下降。
　　2、進氣節(jié)流調(diào)節(jié)
　　通過改變進氣閥門的開度來改變風機性能曲線達到調(diào)節(jié)目的。此法比出口節(jié)流的經(jīng)濟性好，而且節(jié)流后喘振流量向小流量方向移動，使風機可能在更大的流量范圍工作，是一種簡便常用的調(diào)節(jié)方法。
　　3、進口導葉片調(diào)節(jié)
　　這是使氣流產(chǎn)生預(yù)旋的調(diào)節(jié)方法，其效率較高，調(diào)節(jié)范圍大，在避免鼓風機喘振、提高風機效率、實現(xiàn)自動控制等方面有明顯優(yōu)越性。但此裝置結(jié)構(gòu)復雜，特別是對多級風機來說，如每一級前都采用導葉片，則整個裝置太復雜，如只對第一級采用導葉片，效果就不明顯，所以此法有一定的局限性，只有在單級高速離心風機中使用效果最佳。
　　4、變速調(diào)節(jié)
　　是最節(jié)能的調(diào)節(jié)方法，但此法會使設(shè)備復雜化，而且造價高，適用于蒸汽輪機、燃氣輪機拖動的鼓風機，也可用于小型風機。
　　目前常用的風量調(diào)節(jié)方法是進口節(jié)流、進口導葉片調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)。東郊污水廠和紀莊子污水廠均采用進口導葉片調(diào)節(jié)，無縫鋼管廠污水處理工程則采用變速調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)鼓風機風量，可以節(jié)省大量電能,降低運行費用。

三　空氣過濾

　　為節(jié)省能耗、提高氧的利用率，目前污水處理廠曝氣池大多采用微孔曝氣器。這種曝氣頭的布氣孔徑為160μm左右，所以進氣必須經(jīng)過過濾，以免堵塞微孔，一般要求通過的灰塵粒徑小于2μm，除塵效率95%以上。
　　目前污水處理廠空氣過濾設(shè)備的主要型式有靜電除塵器和過濾式除塵器。
　　1、靜電除塵器
　　利用電場產(chǎn)生的靜電力使塵粒從氣流中分離。靜電除塵器內(nèi)設(shè)置高壓電場，在電場作用下，空氣中的自由離子向兩極移動，當電壓升高到一定數(shù)值后，會出現(xiàn)空氣電離，塵粒向集塵極移動并沉積下來。靜電除塵器對粒徑1～2μm的塵粒除塵效率可達98～99%，與其它高效過濾器相比，靜電除塵器的阻力比較低，但其結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)備龐大，一次性投資大。
　　2、過濾式除塵器
　　通過濾料(纖維、織物)使塵、氣分離?；覊m在過濾器中的分離是依靠篩濾、慣性碰撞、接觸阻留、擴散、靜電等機理的綜合作用，它具有除塵效率高、結(jié)構(gòu)簡單、投資省、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。
　　按空氣過濾的效率又可分為
　　初效過濾器　　　對于＞5μm灰塵　　除塵效率70～96%
　　中效過濾器　　　對于＞lμm灰塵　　除塵效率90～96%
　　高效過濾器　　　對于＞1μm灰塵　　除塵效率99%
　　在靜電除塵器或袋式過濾器等高效過濾器前應(yīng)設(shè)置低阻力的初效過濾器以去除粗大塵粒，有利于更好地發(fā)揮高效過濾器的作用。例如在紀莊子污水處理廠鼓風機房改造工程中，空氣過濾就采用了初效過濾和高效過濾兩級。
　　初效過濾
　　為減少清洗過濾器的工作量，提高運行管理水平，采用自動卷統(tǒng)式空氣過濾器。此過濾器是以化纖卷材為過濾介質(zhì)，以過濾器前后的壓差為傳感信號，當濾材積塵到一定程度，過濾器的自控系統(tǒng)自動卷繞更新。過濾效率為：
　　對于＞1μm灰塵　　除塵效率＞7O%
　　對于＞5μm灰塵　　除塵效率＞80%
　　對于＞8μm灰塵　　除塵效率＞96%
　　高效過濾
　　選用袋式過濾器。濾袋采用超細纖維氈及維尼龍粘膠纖維織布構(gòu)成，具有很高的過濾效率。

四　喘振及防止方法

　　在風機運轉(zhuǎn)過程中，當流量不斷減少達到Qmin值時，進入葉柵的氣流發(fā)生分離，分離區(qū)沿著葉輪旋轉(zhuǎn)方向并以比葉輪旋轉(zhuǎn)角速度小的速度移動，這就是旋轉(zhuǎn)脫離，當旋轉(zhuǎn)脫離擴散到整個通道，會使風機出口壓力突然大大下降，由于風機總是和管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作，這時管網(wǎng)中的壓力并不馬上減低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力就反大于風機出口處的壓力，因而管網(wǎng)中的氣體就倒流向風機，一直到管網(wǎng)中的壓力下降至低于鼓風機出口壓力為止，這時倒流停止，鼓風機又開始向管網(wǎng)供氣，將倒流的氣體壓出去，這又使機內(nèi)流量減少，壓力再次突然下降，管網(wǎng)中的氣體又重新倒流至風機內(nèi)。如此周而復始，在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的低頻高振幅的壓力脈動及氣流振蕩現(xiàn)象，并發(fā)出很大的聲響，機器產(chǎn)生劇烈振動，以至無法工作，這就是喘振。
　　從理論上還不能正確地計算出端振工況點，只能在性能測試時，根據(jù)經(jīng)驗來近似判斷是否進入喘振工況。
　　1、聽測風機出氣管道的氣流噪音，接近喘振工況時，出氣管道中氣流發(fā)出的噪音時高時低，產(chǎn)生周期性變化，當進入喘振工況時，噪音立即大大劇增，甚至有爆音出現(xiàn)。
　　2、觀測風機出口壓力和進口流量的變化，正常工作時其出口壓力和進口流量變化是不大的，當進入喘振區(qū)時，二者的變化都很大。
　　3、觀測機體的振動情況，進入喘振區(qū)時，機體和軸承都會發(fā)生強裂的振動。
　　喘振防止方法：采用出風管放氣，在出風管上設(shè)一旁通管，一旦風量降低至Qmin旁通管上的閥門自動打開放氣，此時進口的容積流量增加，工作點可由喘報區(qū)移至穩(wěn)定工作區(qū)，從而消除了進氣流量小沖角過大引起失速和發(fā)生喘振的可能性。在采用進口導葉片調(diào)節(jié)風量時，隨著工況變化，導葉旋轉(zhuǎn)改變通道面積適應(yīng)新工況的要求，從而避免氣流失速，可有效防止風機喘振。

五　噪聲控制

　　鼓風機噪聲是非常嚴重的，噪聲的輻射主要通過風機本體，進、出風管和連接風道。據(jù)有關(guān)資料介紹，國外有的鼓風機房為減小噪音將鼓風機設(shè)在地下，而地上式鼓風機房室內(nèi)設(shè)有吸音板，門、窗全部是密封的，其造價很可觀。結(jié)合我國的實際情況，針對風機機組產(chǎn)生的各種噪聲源，采取切實可行的措施，噪聲也是可以控制的。通常采取的措施有：消聲、隔聲、隔振和包覆。
　　1、消聲：裝設(shè)消聲器是控制風機噪聲的主要途徑，消聲器是一種阻止聲音傳播而允許氣流通過的裝置，可以大大減弱進、出風口輻射出來的噪聲。東郊污水廠在進風廊道內(nèi)兩側(cè)整個截面設(shè)有若干2米多長的吸音板塊，空氣從板塊間通過，降低了噪聲。而紀莊子水廠則在進出風管道上加設(shè)消音器。
　　2、隔聲和吸聲：風機進、出風管加設(shè)消聲器后，其風機殼體的輻射噪聲仍對周圍環(huán)境有較大的干擾，在條件允許的情況下，可采取隔音措施，設(shè)置隔聲室，在室內(nèi)壁及天棚襯貼多孔性吸聲材料，以消除機組產(chǎn)生的噪聲。
　　3、隔振：振動是噪聲的主要起源，風機機組的振動會產(chǎn)生低頻噪聲。因此，減輕機器的振動是控制噪聲的治本辦法。為此.風機的外殼材料宜選用鑄鐵，以增加設(shè)備自重與外殼厚度，減小自振。在風機進、出口處設(shè)置柔性波紋管減振接頭，降低風機振動傳遞到風道上產(chǎn)生的輻射噪聲。對于小型鼓風機可在機組的基礎(chǔ)下加設(shè)減振器。
　　4、包覆：室外出風管道目前大多數(shù)設(shè)在地面上，經(jīng)過幾個污水處理廠的實際運行噪聲也很大，可將出風管道全部設(shè)在地面以下，利用土層吸音或用隔音材料包覆管道。
　　通過綜合控制會使整個鼓風系統(tǒng)的噪聲減弱，達到規(guī)范的要求。

六　風機冷卻

　　為改善鼓風機房運行管理環(huán)境，在選擇鼓風機時需考慮鼓風機的冷卻型式。目前常采用的冷卻方式有水冷(如紀莊子污水廠)和風冷(如東郊污水廠)，通過運行后發(fā)現(xiàn)水冷雖然增加了冷卻水系統(tǒng)，但運行環(huán)境良好。而風冷的鼓風機，熱量直接排至室內(nèi)，夏季室溫可高達4O℃以上。東郊污水廠只好在每臺鼓風機上加設(shè)通風機及排風管道，影響了機房的環(huán)境。因此，在鼓風機選型時最好選擇水冷型式。

七　設(shè)計舉例

　　東郊污水處理廠：規(guī)模400000m³/d，鼓風機房總風量110000m³/d，單機風量39000m³/d，4臺風機3用1備。工藝流程：空氣從百葉窗進入,經(jīng)空氣過濾器、消聲器進入鼓風機，升壓后供曝氣池。
　　設(shè)計特點:
　　1、百葉窗、過濾器、消聲器均設(shè)置在進風廊道內(nèi)，廠房與空氣廊道設(shè)計為一體(如圖)，這種布置形式結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小,工藝管線短，有利于消聲和減小阻力。

　　2、為保證檢修鼓風機及更換濾袋時不間斷供氣，在進風廊道中間部位設(shè)有一密封門，將風道分成兩部分，正常運行時，中間密封門打開，檢修時密封門關(guān)閉單側(cè)工作。
　　3、為保證風道結(jié)構(gòu)安全和風機運行曲線正常，在風道兩測設(shè)減壓門，以保證風道內(nèi)壓降小于150mm水柱，因風機進口負壓過大，風機運行工況將偏離設(shè)計值，高于此值時，減壓門自動打開，空氣進入降低壓差。
　　4、溶解氧與進風導葉片的自動控制
　　在曝氣池設(shè)置溶解氧探頭，測得的溶解氧值輸入PLC，經(jīng)過邏輯運算后，調(diào)整進風導葉片的位置，達到節(jié)省能耗的目的。其工作程序是：計算機首先確定DO值→逐一調(diào)整曝氣池的進風閥。使各池的氣量協(xié)調(diào)→算出曝氣池的總氣量與鼓風機供氣量的差值→調(diào)節(jié)鼓風機的導葉片。鼓風機供氣量的調(diào)節(jié)范圍是30%～10O%，如幾臺鼓風機的導葉片均調(diào)至3O%后，供氣量仍大于需氣量，則關(guān)閉一臺鼓風機。
　　5、設(shè)計所選擇的鼓風機帶有兩套油泵，一由主軸帶動,一為輔助油泵。風機起動時，先開輔助油泵，當主軸轉(zhuǎn)動正常后，輔助油泵停機由主油泵洪油，只要主軸轉(zhuǎn)動則供油不停。這種供油方式可避免由于突然停電而造成軸瓦燒壞，保證高速風機安全運行。

參考文獻
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