污水處理廠鼓風機改造探討

賈長華 王慧 陳曉輝

摘 要：目前，我國城鎮污水處理廠多為生物處理法和化學處理法，電耗是運營成本的主要構成部分，而為生物處理供氧的鼓風機的電耗又占了相當大的比重。因此，降低鼓風機的電耗是實現污水廠節能降耗的重要途徑，在采用鼓風曝氣的污水處理廠中，選擇高效、節能的鼓風機對污水處理廠的運營管理和節能降耗具有重要意義。

關鍵詞：鼓風機;節能降耗;電耗

中圖分類號：TQ520.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0042-02

0 概況

污水處理廠為生物處理供氧的鼓風機主要有羅茨鼓風機（一般為三葉羅茨鼓風機）、多級離心鼓風機、單級離心鼓風機及近年來出現的空懸浮離心鼓風機和磁懸浮離心鼓風機。鼓風機的的風量調節有出口節流調節、進氣節流調節、進出口導葉組合調節和變頻調節等方式。出口節流調節是人為的加大管網阻力的調節方法，會使整個裝置效率大大下降。進氣節流調節通過改變進氣閥門的開度來改變風機性能曲線達到調節目的。進出口導葉組合調節是根據入口溫度、壓縮機內的差分壓力、要求的流量變化通過程序調節導流系統和擴散系統。變頻調節是通過變頻技術改變風機轉速從而改變風量的調節方式。羅茨鼓風機一般采用出口節流調節，還可采用變頻控制，調節的范圍較廣。多級離心鼓風機一般采用進氣節流調節，但調節效果不大理想，它也可采用先進的變頻調速技術，功耗基本上與流量同步減小，流量調節范圍在70%～100%之間，調節范圍較窄。單級離心鼓風機無法采用變頻調速，流量是采用進風導葉和出風導葉的組合調節，在恒速運轉下，空氣流量能連續向下調節至45%?？諝鈶腋‰x心鼓風機采用直流電機及調速控制系統，調節葉輪轉速，從而調節流量。磁懸浮離心鼓風機采用高速永磁同步電機，風機運轉時，磁懸浮軸承產生電磁力，支撐轉子穩定懸浮，與周圍沒有機械摩擦，通過變頻器調節電機轉速來調節風量，保證風機流量在設計工作范圍內連續可調;風機整體采用風冷方式進行散熱，其中電控部分采用離心風機鼓風進行散熱，電機部分采用轉子自帶的軸流風機進行散熱。磁懸浮離心鼓風機具有高效、節能、低振動、低噪音、免潤滑、易維護的特點，適宜在大中型污水處理廠中采用。

1 磁懸浮鼓風機主要技術特點

（1）節能高效：高速電機和葉輪直接耦合驅動，無接觸損失和機械損失，實現了高轉速無極變轉速調節，比傳統風機節能30%以上。

（2）低噪音：采用自平衡技術，磁懸浮軸承振動量比傳統軸承小一個量級，采用主動減震設計，運轉穩定，機體振動小，風機噪音在80dB以下。

（3）冷卻效率高：冷卻系統采用風冷方式，能夠有效保護電機，可實現風機的隨時啟停。

（4）免維護：一體化撬裝結構，日常運行，免機械維護，僅需更換過濾器。

（5）可實現智能控制：可實時監控風機運行狀態，實現風量、風壓、轉速等智能調控和手動等模式控制，出現故障還支持遠程維修、調試。

2 污水處理廠鼓風機節能改造可行性分析

2.1 原鼓風機運行情況概述

商丘某污水處理廠二期設計規模為日處理污水10萬t/d，目前滿負荷運行，采用A/A/O+深度處理工藝，生物反應池好氧系統原采用單級高速離心鼓風機送風曝氣。共有四臺315kW鼓風機，其技術參數如表1所示。

315kW單級高速離心鼓風機為2010年投入運行，利用可調進、出口導葉來調節風量。2010年運行時實際開啟兩臺，每臺輸出電流約為450A，總風量約為16000m3/h。運行幾年后，風機效率降低，為滿足生產需要，需開啟三臺，每臺輸出電流約為300A，總風量約為15500m3/h，風機效率較低，能耗較高，且風機運行壓力升高后需重新開啟，重新開啟時還需先開啟放氣閥降低壓力，風機運行正常后再逐漸關閉，耗時較長，嚴重影響生產正常運行，另風機房噪聲較大，達120dB以上。因此，為滿足正常生產運行需要，節能降耗，有必要對鼓風系統進行改造。

2.2 風機改造方案

2015年為滿足生產運行需要，節能降耗，對原單級高速離心鼓風機進行了改造。改造時為降低土建成本，將磁懸浮離心鼓風機安裝在原鼓風機房內，拆除原3#、4#單級高速離心鼓風機，其位置安裝4臺磁懸浮離心鼓風機。經對磁懸浮離心鼓風機選型，其規格型號如表2所示。

2.3 風機改造工程投資

風機改造工程投資詳見表3。

改造后開啟三臺風機，每臺運行頻率85%，可滿足生產需要，每臺風機輸出電流約為170A，三臺總風量約為16000m3/h。

2.4 年運行電耗測算

2.4.1改造前單級高速離心鼓風機運行電耗測算

單級高速離心鼓風機初始運行時實際開啟兩臺，每臺輸出電流約為400A，總風量約為16000m3/h。運行幾年后，風機效率降低，為滿足生產需要，需開啟三臺，每臺輸出電流約為300A，總風量約為15500m3/h，根據功率=電壓×電流×1.732×功率因數×效率（功率因數按0.85，效率按0.9），可計算出初始運行兩臺風機時每臺風機耗電量約為201kW·h/h，每日兩臺風機耗電量為201×2×24=9648kW·h。

改造前運行三臺風機時每臺風機耗電量約為151kW·h/h，每日三臺風機耗電量為151×3×24=10872kW·h。

商丘市一般大工業用電采用峰谷分時電價，加權平均電價為0.6292元/kW·h，則初始運行時兩臺單級高速離心鼓風機一年耗電量為9648×365/10000≈352kW·h，電費約為0.6292×352≈221萬元。三臺單級高速離心鼓風機一年耗電量為10872×365/10000≈397kW·h，電費約為0.6292×352≈250萬元。

2.4.2改造后磁懸浮離心鼓風機運行電耗測算

改造后開啟三臺風機，每臺風機輸出電流約為180A，每臺風機耗電量約為91kW·h/h，每日三臺風機耗電量為91×3×24=6552kW·h，三臺風機年耗電量為6552×365/10000≈239kW·h三臺磁懸浮離心鼓風機一年電費約為0.6292×239≈150萬元。

2.5 靜態效益回收期

（1）年節約電量和電費。風機2015年改造以來，運行平穩，開啟數量、頻率、輸出電流基本保持穩定。對比改造前，風機年節約電量113kW·h～158kW·h;年節約電費71萬元～100萬元（按單級高速離心鼓風機初始運行時和改造前運行狀態分別計算）。

（2）靜態效益回收期。投資額305萬÷年節約電費100萬≈3年，即3年基本收回投資成本，即使按單級高速離心鼓風機初始運行時計算：305÷71≈5年，5年也可收回投資成本。

3 風機改造經濟效益分析

（1）節電：磁懸浮風機由配置無接觸的磁力軸承的高速電機直接驅動，先進的無齒輪箱高速變頻電機驅動系統，結合采用無潤滑非接觸磁力軸承，相對于機械齒輪箱式單級高速離心風機，減少了效率損失，節約了相應的一系列附屬設備（油泵、油冷卻器等）的隱性能耗。內置變頻器取代了變速箱，風機風量的調節完全依靠變頻器完成，從而取消了機械導葉，解決了因導葉調節風量引起的能耗損失。另外無油操作無需加熱、冷卻、循環和過濾，大大減少了能耗和運行維護工作。按上述改造后年節約耗電量和電費，可計算出改造后實現節電效率達32%～40%。

（2）降低噪音：原單級高速離心鼓風機噪音在運行時噪音達120dB以上，磁懸浮風機采用2層PVC隔音氈+2層阻燃橡塑隔音棉+1層0.5mm厚鍍鋅鐵皮的方式進行保溫與隔音，可將噪音降到80dB以下。

（3）降低土建費用：磁懸浮鼓風機體型小，占地面積小采用整體箱式結構，機體震動小，無需設計安裝基礎，改造時拆除了兩臺原單級高速離心鼓風機，在其位置上安裝了四臺磁懸浮鼓風機，節省了工程基礎設施投資。

（4）維護保養費用低：磁懸浮鼓風機不需要使用潤滑油，只需更換過濾棉，維護成本低，簡單方便。

（5）安全與環保：磁懸浮鼓風機無需潤滑油，避免了地面、設備污染，改善了鼓風機房的工作環境，安全、環保。

（6）操作方便、可調節范圍大：磁懸浮鼓風機采用標配變頻器，可通過變頻調節風量，在節能的情況下滿足污水處理工藝需要。

4 結論

磁懸浮鼓風機具有高效率、低能耗、低噪音、機型小巧、安裝方便、維護工作量少等優點。商丘某污水處理廠在當前水質下運行時，采用磁懸浮鼓風機比單級高速離心鼓風機節能約30%，年節約電費約80萬元，節能效果和經濟效益非常明顯。因此，從低碳經濟、節能降耗出發，具備條件的污水處理廠可推廣應用。

參考文獻

[1] 葉勝福，邊靖.污水處理廠的鼓風機選型[C].全國排水委員會2012年年會論文集，2012.

[2] 陳惠萍.磁懸浮離心鼓風機在污水廠的應用[J].山東工業技術，2018（15）：27-28.