污水处理厂鼓风机改造探讨

贾长华 王慧 陈晓辉

摘 要：目前，我国城镇污水处理厂多为生物处理法和化学处理法，电耗是运营成本的主要构成部分，而为生物处理供氧的鼓风机的电耗又占了相当大的比重。因此，降低鼓风机的电耗是实现污水厂节能降耗的重要途径，在采用鼓风曝气的污水处理厂中，选择高效、节能的鼓风机对污水处理厂的运营管理和节能降耗具有重要意义。

关键词：鼓风机;节能降耗;电耗

中图分类号：TQ520.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0042-02

0 概况

污水处理厂为生物处理供氧的鼓风机主要有罗茨鼓风机（一般为三叶罗茨鼓风机）、多级离心鼓风机、单级离心鼓风机及近年来出现的空悬浮离心鼓风机和磁悬浮离心鼓风机。鼓风机的的风量调节有出口节流调节、进气节流调节、进出口导叶组合调节和变频调节等方式。出口节流调节是人为的加大管网阻力的调节方法，会使整个装置效率大大下降。进气节流调节通过改变进气阀门的开度来改变风机性能曲线达到调节目的。进出口导叶组合调节是根据入口温度、压缩机内的差分压力、要求的流量变化通过程序调节导流系统和扩散系统。变频调节是通过变频技术改变风机转速从而改变风量的调节方式。罗茨鼓风机一般采用出口节流调节，还可采用变频控制，调节的范围较广。多级离心鼓风机一般采用进气节流调节，但调节效果不大理想，它也可采用先进的变频调速技术，功耗基本上与流量同步减小，流量调节范围在70%～100%之间，调节范围较窄。单级离心鼓风机无法采用变频调速，流量是采用进风导叶和出风导叶的组合调节，在恒速运转下，空气流量能连续向下调节至45%。空气悬浮离心鼓风机采用直流电机及调速控制系统，调节叶轮转速，从而调节流量。磁悬浮离心鼓风机采用高速永磁同步电机，风机运转时，磁悬浮轴承产生电磁力，支撑转子稳定悬浮，与周围没有机械摩擦，通过变频器调节电机转速来调节风量，保证风机流量在设计工作范围内连续可调;风机整体采用风冷方式进行散热，其中电控部分采用离心风机鼓风进行散热，电机部分采用转子自带的轴流风机进行散热。磁悬浮离心鼓风机具有高效、节能、低振动、低噪音、免润滑、易维护的特点，适宜在大中型污水处理厂中采用。

1 磁悬浮鼓风机主要技术特点

（1）节能高效：高速电机和叶轮直接耦合驱动，无接触损失和机械损失，实现了高转速无极变转速调节，比传统风机节能30%以上。

（2）低噪音：采用自平衡技术，磁悬浮轴承振动量比传统轴承小一个量级，采用主动减震设计，运转稳定，机体振动小，风机噪音在80dB以下。

（3）冷却效率高：冷却系统采用风冷方式，能够有效保护电机，可实现风机的随时启停。

（4）免维护：一体化撬装结构，日常运行，免机械维护，仅需更换过滤器。

（5）可实现智能控制：可实时监控风机运行状态，实现风量、风压、转速等智能调控和手动等模式控制，出现故障还支持远程维修、调试。

2 污水处理厂鼓风机节能改造可行性分析

2.1 原鼓风机运行情况概述

商丘某污水处理厂二期设计规模为日处理污水10万t/d，目前满负荷运行，采用A/A/O+深度处理工艺，生物反应池好氧系统原采用单级高速离心鼓风机送风曝气。共有四台315kW鼓风机，其技术参数如表1所示。

315kW单级高速离心鼓风机为2010年投入运行，利用可调进、出口导叶来调节风量。2010年运行时实际开启两台，每台输出电流约为450A，总风量约为16000m3/h。运行几年后，风机效率降低，为满足生产需要，需开启三台，每台输出电流约为300A，总风量约为15500m3/h，风机效率较低，能耗较高，且风机运行压力升高后需重新开启，重新开启时还需先开启放气阀降低压力，风机运行正常后再逐渐关闭，耗时较长，严重影响生产正常运行，另风机房噪声较大，达120dB以上。因此，为满足正常生产运行需要，节能降耗，有必要对鼓风系统进行改造。

2.2 风机改造方案

2015年为满足生产运行需要，节能降耗，对原单级高速离心鼓风机进行了改造。改造时为降低土建成本，将磁悬浮离心鼓风机安装在原鼓风机房内，拆除原3#、4#单级高速离心鼓风机，其位置安装4台磁悬浮离心鼓风机。经对磁悬浮离心鼓风机选型，其规格型号如表2所示。

2.3 风机改造工程投资

风机改造工程投资详见表3。

改造后开启三台风机，每台运行频率85%，可满足生产需要，每台风机输出电流约为170A，三台总风量约为16000m3/h。

2.4 年运行电耗测算

2.4.1改造前单级高速离心鼓风机运行电耗测算

单级高速离心鼓风机初始运行时实际开启两台，每台输出电流约为400A，总风量约为16000m3/h。运行几年后，风机效率降低，为满足生产需要，需开启三台，每台输出电流约为300A，总风量约为15500m3/h，根据功率=电压×电流×1.732×功率因数×效率（功率因数按0.85，效率按0.9），可计算出初始运行两台风机时每台风机耗电量约为201kW·h/h，每日两台风机耗电量为201×2×24=9648kW·h。

改造前运行三台风机时每台风机耗电量约为151kW·h/h，每日三台风机耗电量为151×3×24=10872kW·h。

商丘市一般大工业用电采用峰谷分时电价，加权平均电价为0.6292元/kW·h，则初始运行时两台单级高速离心鼓风机一年耗电量为9648×365/10000≈352kW·h，電费约为0.6292×352≈221万元。三台单级高速离心鼓风机一年耗电量为10872×365/10000≈397kW·h，电费约为0.6292×352≈250万元。

2.4.2改造后磁悬浮离心鼓风机运行电耗测算

改造后开启三台风机，每台风机输出电流约为180A，每台风机耗电量约为91kW·h/h，每日三台风机耗电量为91×3×24=6552kW·h，三台风机年耗电量为6552×365/10000≈239kW·h三台磁悬浮离心鼓风机一年电费约为0.6292×239≈150万元。

2.5 静态效益回收期

（1）年节约电量和电费。风机2015年改造以来，运行平稳，开启数量、频率、输出电流基本保持稳定。对比改造前，风机年节约电量113kW·h～158kW·h;年节约电费71万元～100万元（按单级高速离心鼓风机初始运行时和改造前运行状态分别计算）。

（2）静态效益回收期。投资额305万÷年节约电费100万≈3年，即3年基本收回投资成本，即使按单级高速离心鼓风机初始运行时计算：305÷71≈5年，5年也可收回投资成本。

3 风机改造经济效益分析

（1）节电：磁悬浮风机由配置无接触的磁力轴承的高速电机直接驱动，先进的无齿轮箱高速变频电机驱动系统，结合采用无润滑非接触磁力轴承，相对于机械齿轮箱式单级高速离心风机，减少了效率损失，节约了相应的一系列附属设备（油泵、油冷却器等）的隐性能耗。内置变频器取代了变速箱，风机风量的调节完全依靠变频器完成，从而取消了机械导叶，解决了因导叶调节风量引起的能耗损失。另外无油操作无需加热、冷却、循环和过滤，大大减少了能耗和运行维护工作。按上述改造后年节约耗电量和电费，可计算出改造后实现节电效率达32%～40%。

（2）降低噪音：原单级高速离心鼓风机噪音在运行时噪音达120dB以上，磁悬浮风机采用2层PVC隔音毡+2层阻燃橡塑隔音棉+1层0.5mm厚镀锌铁皮的方式进行保温与隔音，可将噪音降到80dB以下。

（3）降低土建费用：磁悬浮鼓风机体型小，占地面积小采用整体箱式结构，机体震动小，无需设计安装基础，改造时拆除了两台原单级高速离心鼓风机，在其位置上安装了四台磁悬浮鼓风机，节省了工程基础设施投资。

（4）维护保养费用低：磁悬浮鼓风机不需要使用润滑油，只需更换过滤棉，维护成本低，简单方便。

（5）安全与环保：磁悬浮鼓风机无需润滑油，避免了地面、设备污染，改善了鼓风机房的工作环境，安全、环保。

（6）操作方便、可调节范围大：磁悬浮鼓风机采用标配变频器，可通过变频调节风量，在节能的情况下满足污水处理工艺需要。

4 结论

磁悬浮鼓风机具有高效率、低能耗、低噪音、机型小巧、安装方便、维护工作量少等优点。商丘某污水处理厂在当前水质下运行时，采用磁悬浮鼓风机比单级高速离心鼓风机节能约30%，年节约电费约80万元，节能效果和经济效益非常明显。因此，从低碳经济、节能降耗出发，具备条件的污水处理厂可推广应用。

参考文献

[1] 叶胜福，边靖.污水处理厂的鼓风机选型[C].全国排水委员会2012年年會论文集，2012.

[2] 陈惠萍.磁悬浮离心鼓风机在污水厂的应用[J].山东工业技术，2018（15）：27-28.