賈長(zhǎng)華 王慧 陳曉輝

摘 要：目前，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠多為生物處理法和化學(xué)處理法，電耗是運(yùn)營(yíng)成本的主要構(gòu)成部分，而為生物處理供氧的鼓風(fēng)機(jī)的電耗又占了相當(dāng)大的比重。因此，降低鼓風(fēng)機(jī)的電耗是實(shí)現(xiàn)污水廠節(jié)能降耗的重要途徑，在采用鼓風(fēng)曝氣的污水處理廠中，選擇高效、節(jié)能的鼓風(fēng)機(jī)對(duì)污水處理廠的運(yùn)營(yíng)管理和節(jié)能降耗具有重要意義。

關(guān)鍵詞：鼓風(fēng)機(jī);節(jié)能降耗;電耗

中圖分類號(hào)：TQ520.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）10-0042-02

0 概況

污水處理廠為生物處理供氧的鼓風(fēng)機(jī)主要有羅茨鼓風(fēng)機(jī)（一般為三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)）、多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)、單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)及近年來(lái)出現(xiàn)的空懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)和磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)的的風(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)出口導(dǎo)葉組合調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)等方式。出口節(jié)流調(diào)節(jié)是人為的加大管網(wǎng)阻力的調(diào)節(jié)方法，會(huì)使整個(gè)裝置效率大大下降。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)性能曲線達(dá)到調(diào)節(jié)目的。進(jìn)出口導(dǎo)葉組合調(diào)節(jié)是根據(jù)入口溫度、壓縮機(jī)內(nèi)的差分壓力、要求的流量變化通過(guò)程序調(diào)節(jié)導(dǎo)流系統(tǒng)和擴(kuò)散系統(tǒng)。變頻調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻技術(shù)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩淖冿L(fēng)量的調(diào)節(jié)方式。羅茨鼓風(fēng)機(jī)一般采用出口節(jié)流調(diào)節(jié)，還可采用變頻控制，調(diào)節(jié)的范圍較廣。多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)一般采用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)效果不大理想，它也可采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)，功耗基本上與流量同步減小，流量調(diào)節(jié)范圍在70%～100%之間，調(diào)節(jié)范圍較窄。單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)無(wú)法采用變頻調(diào)速，流量是采用進(jìn)風(fēng)導(dǎo)葉和出風(fēng)導(dǎo)葉的組合調(diào)節(jié)，在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)下，空氣流量能連續(xù)向下調(diào)節(jié)至45%?？諝鈶腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)采用直流電機(jī)及調(diào)速控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)流量。磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)采用高速永磁同步電機(jī)，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，磁懸浮軸承產(chǎn)生電磁力，支撐轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，與周圍沒(méi)有機(jī)械摩擦，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，保證風(fēng)機(jī)流量在設(shè)計(jì)工作范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào);風(fēng)機(jī)整體采用風(fēng)冷方式進(jìn)行散熱，其中電控部分采用離心風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)進(jìn)行散熱，電機(jī)部分采用轉(zhuǎn)子自帶的軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱。磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)具有高效、節(jié)能、低振動(dòng)、低噪音、免潤(rùn)滑、易維護(hù)的特點(diǎn)，適宜在大中型污水處理廠中采用。

1 磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）節(jié)能高效：高速電機(jī)和葉輪直接耦合驅(qū)動(dòng)，無(wú)接觸損失和機(jī)械損失，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速無(wú)極變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，比傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)節(jié)能30%以上。

（2）低噪音：采用自平衡技術(shù)，磁懸浮軸承振動(dòng)量比傳統(tǒng)軸承小一個(gè)量級(jí)，采用主動(dòng)減震設(shè)計(jì)，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，機(jī)體振動(dòng)小，風(fēng)機(jī)噪音在80dB以下。

（3）冷卻效率高：冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)冷方式，能夠有效保護(hù)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的隨時(shí)啟停。

（4）免維護(hù)：一體化撬裝結(jié)構(gòu)，日常運(yùn)行，免機(jī)械維護(hù)，僅需更換過(guò)濾器。

（5）可實(shí)現(xiàn)智能控制：可實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速等智能調(diào)控和手動(dòng)等模式控制，出現(xiàn)故障還支持遠(yuǎn)程維修、調(diào)試。

2 污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能改造可行性分析

2.1 原鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況概述

商丘某污水處理廠二期設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理污水10萬(wàn)t/d，目前滿負(fù)荷運(yùn)行，采用A/A/O+深度處理工藝，生物反應(yīng)池好氧系統(tǒng)原采用單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)曝氣。共有四臺(tái)315kW鼓風(fēng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

315kW單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)為2010年投入運(yùn)行，利用可調(diào)進(jìn)、出口導(dǎo)葉來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。2010年運(yùn)行時(shí)實(shí)際開(kāi)啟兩臺(tái)，每臺(tái)輸出電流約為450A，總風(fēng)量約為16000m3/h。運(yùn)行幾年后，風(fēng)機(jī)效率降低，為滿足生產(chǎn)需要，需開(kāi)啟三臺(tái)，每臺(tái)輸出電流約為300A，總風(fēng)量約為15500m3/h，風(fēng)機(jī)效率較低，能耗較高，且風(fēng)機(jī)運(yùn)行壓力升高后需重新開(kāi)啟，重新開(kāi)啟時(shí)還需先開(kāi)啟放氣閥降低壓力，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常后再逐漸關(guān)閉，耗時(shí)較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常運(yùn)行，另風(fēng)機(jī)房噪聲較大，達(dá)120dB以上。因此，為滿足正常生產(chǎn)運(yùn)行需要，節(jié)能降耗，有必要對(duì)鼓風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.2 風(fēng)機(jī)改造方案

2015年為滿足生產(chǎn)運(yùn)行需要，節(jié)能降耗，對(duì)原單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造。改造時(shí)為降低土建成本，將磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)安裝在原鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，拆除原3#、4#單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)，其位置安裝4臺(tái)磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)。經(jīng)對(duì)磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)選型，其規(guī)格型號(hào)如表2所示。

2.3 風(fēng)機(jī)改造工程投資

風(fēng)機(jī)改造工程投資詳見(jiàn)表3。

改造后開(kāi)啟三臺(tái)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)運(yùn)行頻率85%，可滿足生產(chǎn)需要，每臺(tái)風(fēng)機(jī)輸出電流約為170A，三臺(tái)總風(fēng)量約為16000m3/h。

2.4 年運(yùn)行電耗測(cè)算

2.4.1改造前單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗測(cè)算

單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)初始運(yùn)行時(shí)實(shí)際開(kāi)啟兩臺(tái)，每臺(tái)輸出電流約為400A，總風(fēng)量約為16000m3/h。運(yùn)行幾年后，風(fēng)機(jī)效率降低，為滿足生產(chǎn)需要，需開(kāi)啟三臺(tái)，每臺(tái)輸出電流約為300A，總風(fēng)量約為15500m3/h，根據(jù)功率=電壓×電流×1.732×功率因數(shù)×效率（功率因數(shù)按0.85，效率按0.9），可計(jì)算出初始運(yùn)行兩臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)每臺(tái)風(fēng)機(jī)耗電量約為201kW·h/h，每日兩臺(tái)風(fēng)機(jī)耗電量為201×2×24=9648kW·h。

改造前運(yùn)行三臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)每臺(tái)風(fēng)機(jī)耗電量約為151kW·h/h，每日三臺(tái)風(fēng)機(jī)耗電量為151×3×24=10872kW·h。

商丘市一般大工業(yè)用電采用峰谷分時(shí)電價(jià)，加權(quán)平均電價(jià)為0.6292元/kW·h，則初始運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)一年耗電量為9648×365/10000≈352kW·h，電費(fèi)約為0.6292×352≈221萬(wàn)元。三臺(tái)單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)一年耗電量為10872×365/10000≈397kW·h，電費(fèi)約為0.6292×352≈250萬(wàn)元。

2.4.2改造后磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗測(cè)算

改造后開(kāi)啟三臺(tái)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)輸出電流約為180A，每臺(tái)風(fēng)機(jī)耗電量約為91kW·h/h，每日三臺(tái)風(fēng)機(jī)耗電量為91×3×24=6552kW·h，三臺(tái)風(fēng)機(jī)年耗電量為6552×365/10000≈239kW·h三臺(tái)磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)一年電費(fèi)約為0.6292×239≈150萬(wàn)元。

2.5 靜態(tài)效益回收期

（1）年節(jié)約電量和電費(fèi)。風(fēng)機(jī)2015年改造以來(lái)，運(yùn)行平穩(wěn)，開(kāi)啟數(shù)量、頻率、輸出電流基本保持穩(wěn)定。對(duì)比改造前，風(fēng)機(jī)年節(jié)約電量113kW·h～158kW·h;年節(jié)約電費(fèi)71萬(wàn)元～100萬(wàn)元（按單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)初始運(yùn)行時(shí)和改造前運(yùn)行狀態(tài)分別計(jì)算）。

（2）靜態(tài)效益回收期。投資額305萬(wàn)÷年節(jié)約電費(fèi)100萬(wàn)≈3年，即3年基本收回投資成本，即使按單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)初始運(yùn)行時(shí)計(jì)算：305÷71≈5年，5年也可收回投資成本。

3 風(fēng)機(jī)改造經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）節(jié)電：磁懸浮風(fēng)機(jī)由配置無(wú)接觸的磁力軸承的高速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，先進(jìn)的無(wú)齒輪箱高速變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)合采用無(wú)潤(rùn)滑非接觸磁力軸承，相對(duì)于機(jī)械齒輪箱式單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)，減少了效率損失，節(jié)約了相應(yīng)的一系列附屬設(shè)備（油泵、油冷卻器等）的隱性能耗。內(nèi)置變頻器取代了變速箱，風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)完全依靠變頻器完成，從而取消了機(jī)械導(dǎo)葉，解決了因?qū)~調(diào)節(jié)風(fēng)量引起的能耗損失。另外無(wú)油操作無(wú)需加熱、冷卻、循環(huán)和過(guò)濾，大大減少了能耗和運(yùn)行維護(hù)工作。按上述改造后年節(jié)約耗電量和電費(fèi)，可計(jì)算出改造后實(shí)現(xiàn)節(jié)電效率達(dá)32%～40%。

（2）降低噪音：原單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)噪音在運(yùn)行時(shí)噪音達(dá)120dB以上，磁懸浮風(fēng)機(jī)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(jìn)行保溫與隔音，可將噪音降到80dB以下。

（3）降低土建費(fèi)用：磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)體型小，占地面積小采用整體箱式結(jié)構(gòu)，機(jī)體震動(dòng)小，無(wú)需設(shè)計(jì)安裝基礎(chǔ)，改造時(shí)拆除了兩臺(tái)原單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)，在其位置上安裝了四臺(tái)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，節(jié)省了工程基礎(chǔ)設(shè)施投資。

（4）維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低：磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)不需要使用潤(rùn)滑油，只需更換過(guò)濾棉，維護(hù)成本低，簡(jiǎn)單方便。

（5）安全與環(huán)保：磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)無(wú)需潤(rùn)滑油，避免了地面、設(shè)備污染，改善了鼓風(fēng)機(jī)房的工作環(huán)境，安全、環(huán)保。

（6）操作方便、可調(diào)節(jié)范圍大：磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)采用標(biāo)配變頻器，可通過(guò)變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量，在節(jié)能的情況下滿足污水處理工藝需要。

4 結(jié)論

磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)具有高效率、低能耗、低噪音、機(jī)型小巧、安裝方便、維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。商丘某污水處理廠在當(dāng)前水質(zhì)下運(yùn)行時(shí)，采用磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)比單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能約30%，年節(jié)約電費(fèi)約80萬(wàn)元，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。因此，從低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能降耗出發(fā)，具備條件的污水處理廠可推廣應(yīng)用。

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