天津市政工程設(shè)計(jì)研究院

宋汝華

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

一　風(fēng)機(jī)選型

　　污水處理廠(chǎng)常用的鼓風(fēng)機(jī)有羅茨鼓風(fēng)機(jī)和離心鼓風(fēng)機(jī)，它們有其各自的適用性。
　　1、羅茨鼓風(fēng)機(jī)
　　是容積式氣體壓縮機(jī)，其特點(diǎn)是：強(qiáng)制流量，在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)，管網(wǎng)阻力變化時(shí)其流量變化很?。辉诹髁恳蠓€(wěn)定而阻力變化幅度較大的工作場(chǎng)合，可予自動(dòng)調(diào)節(jié)，故工作適應(yīng)性較強(qiáng)。與離心風(fēng)機(jī)相比價(jià)格低，而它的噪音大，存在潤(rùn)滑油向氣缸滲漏的缺點(diǎn)，同時(shí)其風(fēng)量調(diào)節(jié)只能采用變頻調(diào)速和出風(fēng)管放氣，變頻調(diào)速設(shè)備本身的價(jià)格比鼓風(fēng)機(jī)價(jià)格還要高，出風(fēng)管放氣則造成能量浪費(fèi)，因此只適用于小型污水處理廠(chǎng)。
　　2、離心鼓風(fēng)機(jī)
　　是速度型，較容積式風(fēng)機(jī)具有供氣連續(xù)、運(yùn)行平衡，效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲低、外型尺寸及重量小、易損件少等優(yōu)點(diǎn)。離心鼓風(fēng)機(jī)又分為多級(jí)低速和單級(jí)高速，單級(jí)高速以提高轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到所需風(fēng)壓，較多級(jí)風(fēng)機(jī)流道短，減少了多級(jí)間的流道損失，特別是可采用節(jié)能效果好的進(jìn)風(fēng)導(dǎo)葉片調(diào)節(jié)風(fēng)量方式，適宜在大中型污水處理廠(chǎng)中采用。
　　天津市三個(gè)污水處理廠(chǎng)的鼓風(fēng)機(jī)選型及主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表

二　風(fēng)量調(diào)節(jié)

　　曝氣池的需氣量是不斷變化的，氣溫也會(huì)引起氣量的改變，為了節(jié)省能量，需要不斷改變鼓風(fēng)機(jī)的供氣量以適應(yīng)新的工況，這就是風(fēng)量調(diào)節(jié)。鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)有出口節(jié)流調(diào)節(jié)、進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)、進(jìn)口導(dǎo)葉片調(diào)節(jié)(過(guò)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(diǎn)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(huì)使整個(gè)裝置的效率大大下降。
　　2、進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)
　　通過(guò)改變進(jìn)氣閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)改變風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)達(dá)到調(diào)節(jié)目的。此法比出口節(jié)流的經(jīng)濟(jì)性好，而且節(jié)流后喘振流量向小流量方向移動(dòng)，使風(fēng)機(jī)可能在更大的流量范圍工作，是一種簡(jiǎn)便常用的調(diào)節(jié)方法。
　　3、進(jìn)口導(dǎo)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(fēng)機(jī)喘振、提高風(fēng)機(jī)效率、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等方面有明顯優(yōu)越性。但此裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是對(duì)多級(jí)風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，如每一級(jí)前都采用導(dǎo)葉片，則整個(gè)裝置太復(fù)雜，如只對(duì)第一級(jí)采用導(dǎo)葉片，效果就不明顯，所以此法有一定的局限性，只有在單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)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(huì)使設(shè)備復(fù)雜化，而且造價(jià)高，適用于蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)拖動(dòng)的鼓風(fēng)機(jī)，也可用于小型風(fēng)機(jī)。
　　目前常用的風(fēng)量調(diào)節(jié)方法是進(jìn)口節(jié)流、進(jìn)口導(dǎo)葉片調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)。東郊污水廠(chǎng)和紀(jì)莊子污水廠(chǎng)均采用進(jìn)口導(dǎo)葉片調(diào)節(jié)，無(wú)縫鋼管廠(chǎng)污水處理工程則采用變速調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，可以節(jié)省大量電能,降低運(yùn)行費(fèi)用。

三　空氣過(guò)濾

　　為節(jié)省能耗、提高氧的利用率，目前污水處理廠(chǎng)曝氣池大多采用微孔曝氣器。這種曝氣頭的布?xì)饪讖綖?60μm左右，所以進(jìn)氣必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾，以免堵塞微孔，一般要求通過(guò)的灰塵粒徑小于2μm，除塵效率95%以上。
　　目前污水處理廠(chǎng)空氣過(guò)濾設(shè)備的主要型式有靜電除塵器和過(guò)濾式除塵器。
　　1、靜電除塵器
　　利用電場(chǎng)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(chǎng)，在電場(chǎng)作用下，空氣中的自由離子向兩極移動(dòng)，當(dāng)電壓升高到一定數(shù)值后，會(huì)出現(xiàn)空氣電離，塵粒向集塵極移動(dòng)并沉積下來(lái)。靜電除塵器對(duì)粒徑1～2μm的塵粒除塵效率可達(dá)98～99%，與其它高效過(guò)濾器相比，靜電除塵器的阻力比較低，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備龐大，一次性投資大。
　　2、過(guò)濾式除塵器
　　通過(guò)濾料(纖維、織物)使塵、氣分離。灰塵在過(guò)濾器中的分離是依靠篩濾、慣性碰撞、接觸阻留、擴(kuò)散、靜電等機(jī)理的綜合作用，它具有除塵效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
　　按空氣過(guò)濾的效率又可分為
　　初效過(guò)濾器　　　對(duì)于＞5μm灰塵　　除塵效率70～96%
　　中效過(guò)濾器　　　對(duì)于＞lμm灰塵　　除塵效率90～96%
　　高效過(guò)濾器　　　對(duì)于＞1μm灰塵　　除塵效率99%
　　在靜電除塵器或袋式過(guò)濾器等高效過(guò)濾器前應(yīng)設(shè)置低阻力的初效過(guò)濾器以去除粗大塵粒，有利于更好地發(fā)揮高效過(guò)濾器的作用。例如在紀(jì)莊子污水處理廠(chǎng)鼓風(fēng)機(jī)房改造工程中，空氣過(guò)濾就采用了初效過(guò)濾和高效過(guò)濾兩級(jí)。
　　初效過(guò)濾
　　為減少清洗過(guò)濾器的工作量，提高運(yùn)行管理水平，采用自動(dòng)卷統(tǒng)式空氣過(guò)濾器。此過(guò)濾器是以化纖卷材為過(guò)濾介質(zhì)，以過(guò)濾器前后的壓差為傳感信號(hào)，當(dāng)濾材積塵到一定程度，過(guò)濾器的自控系統(tǒng)自動(dòng)卷繞更新。過(guò)濾效率為：
　　對(duì)于＞1μm灰塵　　除塵效率＞7O%
　　對(duì)于＞5μm灰塵　　除塵效率＞80%
　　對(duì)于＞8μm灰塵　　除塵效率＞96%
　　高效過(guò)濾
　　選用袋式過(guò)濾器。濾袋采用超細(xì)纖維氈及維尼龍粘膠纖維織布構(gòu)成，具有很高的過(guò)濾效率。

四　喘振及防止方法

　　在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)流量不斷減少達(dá)到Qmin值時(shí)，進(jìn)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(dòng)，這就是旋轉(zhuǎn)脫離，當(dāng)旋轉(zhuǎn)脫離擴(kuò)散到整個(gè)通道，會(huì)使風(fēng)機(jī)出口壓力突然大大下降，由于風(fēng)機(jī)總是和管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作，這時(shí)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(fēng)機(jī)出口處的壓力，因而管網(wǎng)中的氣體就倒流向風(fēng)機(jī)，一直到管網(wǎng)中的壓力下降至低于鼓風(fēng)機(jī)出口壓力為止，這時(shí)倒流停止，鼓風(fēng)機(jī)又開(kāi)始向管網(wǎng)供氣，將倒流的氣體壓出去，這又使機(jī)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(fēng)機(jī)內(nèi)。如此周而復(fù)始，在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的低頻高振幅的壓力脈動(dòng)及氣流振蕩現(xiàn)象，并發(fā)出很大的聲響，機(jī)器產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，以至無(wú)法工作，這就是喘振。
　　從理論上還不能正確地計(jì)算出端振工況點(diǎn)，只能在性能測(cè)試時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)近似判斷是否進(jìn)入喘振工況。
　　1、聽(tīng)測(cè)風(fēng)機(jī)出氣管道的氣流噪音，接近喘振工況時(shí)，出氣管道中氣流發(fā)出的噪音時(shí)高時(shí)低，產(chǎn)生周期性變化，當(dāng)進(jìn)入喘振工況時(shí)，噪音立即大大劇增，甚至有爆音出現(xiàn)。
　　2、觀測(cè)風(fēng)機(jī)出口壓力和進(jìn)口流量的變化，正常工作時(shí)其出口壓力和進(jìn)口流量變化是不大的，當(dāng)進(jìn)入喘振區(qū)時(shí)，二者的變化都很大。
　　3、觀測(cè)機(jī)體的振動(dòng)情況，進(jìn)入喘振區(qū)時(shí)，機(jī)體和軸承都會(huì)發(fā)生強(qiáng)裂的振動(dòng)。
　　喘振防止方法：采用出風(fēng)管放氣，在出風(fēng)管上設(shè)一旁通管，一旦風(fēng)量降低至Qmin旁通管上的閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)放氣，此時(shí)進(jìn)口的容積流量增加，工作點(diǎn)可由喘報(bào)區(qū)移至穩(wěn)定工作區(qū)，從而消除了進(jìn)氣流量小沖角過(guò)大引起失速和發(fā)生喘振的可能性。在采用進(jìn)口導(dǎo)葉片調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，隨著工況變化，導(dǎo)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(fēng)機(jī)喘振。

五　噪聲控制

　　鼓風(fēng)機(jī)噪聲是非常嚴(yán)重的，噪聲的輻射主要通過(guò)風(fēng)機(jī)本體，進(jìn)、出風(fēng)管和連接風(fēng)道。據(jù)有關(guān)資料介紹，國(guó)外有的鼓風(fēng)機(jī)房為減小噪音將鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在地下，而地上式鼓風(fēng)機(jī)房室內(nèi)設(shè)有吸音板，門(mén)、窗全部是密封的，其造價(jià)很可觀。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，針對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)組產(chǎn)生的各種噪聲源，采取切實(shí)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(fēng)機(jī)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(guò)的裝置，可以大大減弱進(jìn)、出風(fēng)口輻射出來(lái)的噪聲。東郊污水廠(chǎng)在進(jìn)風(fēng)廊道內(nèi)兩側(cè)整個(gè)截面設(shè)有若干2米多長(zhǎng)的吸音板塊，空氣從板塊間通過(guò)，降低了噪聲。而紀(jì)莊子水廠(chǎng)則在進(jìn)出風(fēng)管道上加設(shè)消音器。
　　2、隔聲和吸聲：風(fēng)機(jī)進(jìn)、出風(fēng)管加設(shè)消聲器后，其風(fēng)機(jī)殼體的輻射噪聲仍對(duì)周?chē)h(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(jī)組產(chǎn)生的噪聲。
　　3、隔振：振動(dòng)是噪聲的主要起源，風(fēng)機(jī)機(jī)組的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生低頻噪聲。因此，減輕機(jī)器的振動(dòng)是控制噪聲的治本辦法。為此.風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)進(jìn)、出口處設(shè)置柔性波紋管減振接頭，降低風(fēng)機(jī)振動(dòng)傳遞到風(fēng)道上產(chǎn)生的輻射噪聲。對(duì)于小型鼓風(fēng)機(jī)可在機(jī)組的基礎(chǔ)下加設(shè)減振器。
　　4、包覆：室外出風(fēng)管道目前大多數(shù)設(shè)在地面上，經(jīng)過(guò)幾個(gè)污水處理廠(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行噪聲也很大，可將出風(fēng)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(guò)綜合控制會(huì)使整個(gè)鼓風(fēng)系統(tǒng)的噪聲減弱，達(dá)到規(guī)范的要求。

六　風(fēng)機(jī)冷卻

　　為改善鼓風(fēng)機(jī)房運(yùn)行管理環(huán)境，在選擇鼓風(fēng)機(jī)時(shí)需考慮鼓風(fēng)機(jī)的冷卻型式。目前常采用的冷卻方式有水冷(如紀(jì)莊子污水廠(chǎng))和風(fēng)冷(如東郊污水廠(chǎng))，通過(guò)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)水冷雖然增加了冷卻水系統(tǒng)，但運(yùn)行環(huán)境良好。而風(fēng)冷的鼓風(fēng)機(jī)，熱量直接排至室內(nèi)，夏季室溫可高達(dá)4O℃以上。東郊污水廠(chǎng)只好在每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)上加設(shè)通風(fēng)機(jī)及排風(fēng)管道，影響了機(jī)房的環(huán)境。因此，在鼓風(fēng)機(jī)選型時(shí)最好選擇水冷型式。

七　設(shè)計(jì)舉例

　　東郊污水處理廠(chǎng)：規(guī)模400000m³/d，鼓風(fēng)機(jī)房總風(fēng)量110000m³/d，單機(jī)風(fēng)量39000m³/d，4臺(tái)風(fēng)機(jī)3用1備。工藝流程：空氣從百葉窗進(jìn)入,經(jīng)空氣過(guò)濾器、消聲器進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)，升壓后供曝氣池。
　　設(shè)計(jì)特點(diǎn):
　　1、百葉窗、過(guò)濾器、消聲器均設(shè)置在進(jìn)風(fēng)廊道內(nèi)，廠(chǎng)房與空氣廊道設(shè)計(jì)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(xiàn)短，有利于消聲和減小阻力。

　　2、為保證檢修鼓風(fēng)機(jī)及更換濾袋時(shí)不間斷供氣，在進(jìn)風(fēng)廊道中間部位設(shè)有一密封門(mén)，將風(fēng)道分成兩部分，正常運(yùn)行時(shí)，中間密封門(mén)打開(kāi)，檢修時(shí)密封門(mén)關(guān)閉單側(cè)工作。
　　3、為保證風(fēng)道結(jié)構(gòu)安全和風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線(xiàn)正常，在風(fēng)道兩測(cè)設(shè)減壓門(mén)，以保證風(fēng)道內(nèi)壓降小于150mm水柱，因風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓過(guò)大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況將偏離設(shè)計(jì)值，高于此值時(shí)，減壓門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，空氣進(jìn)入降低壓差。
　　4、溶解氧與進(jìn)風(fēng)導(dǎo)葉片的自動(dòng)控制
　　在曝氣池設(shè)置溶解氧探頭，測(cè)得的溶解氧值輸入PLC，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后，調(diào)整進(jìn)風(fēng)導(dǎo)葉片的位置，達(dá)到節(jié)省能耗的目的。其工作程序是：計(jì)算機(jī)首先確定DO值→逐一調(diào)整曝氣池的進(jìn)風(fēng)閥。使各池的氣量協(xié)調(diào)→算出曝氣池的總氣量與鼓風(fēng)機(jī)供氣量的差值→調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉片。鼓風(fēng)機(jī)供氣量的調(diào)節(jié)范圍是30%～10O%，如幾臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉片均調(diào)至3O%后，供氣量仍大于需氣量，則關(guān)閉一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。
　　5、設(shè)計(jì)所選擇的鼓風(fēng)機(jī)帶有兩套油泵，一由主軸帶動(dòng),一為輔助油泵。風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，先開(kāi)輔助油泵，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)正常后，輔助油泵停機(jī)由主油泵洪油，只要主軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(fēng)機(jī)安全運(yùn)行。

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