多型离心风机并网运行及喘振控制

汪宏强 陈大勇

（1.桐乡市汇合水质净化有限公司，浙江 桐乡 314500；2.桐乡市城市污水处理有限责任公司，浙江 桐乡 314500）

某污水处理厂现有多级离心风机3台，功率315KW，额定出口风压0.72bar，额定风量10000m3/h，二期扩建工程后，在利用原有多级风机基础上新增2台单级离心风机，额定出口风压0.78bar，风量7200m3/h，日常1台多级和1台单机风机并列运行。由于原有工艺为CASS工艺，二期扩建工程中污水处理工艺调整为A2/O+MBBR工艺，其曝气过程由原来的间歇式曝气改为连续性曝气，由变水位运行转变为恒水位运行，曝气系统扬程增加，而多级风机出口风压低和单级风机出口风压高的特点，使生化池曝气系统调节气量困难。经常出现多级风机喘振现象，严重影响污水厂的正常生产运行，而如何在合理使用现有设备的前提下，避免多级离心风机的喘振，成为污水厂管理的重要内容。

1 离心风机概况

1）国内离心风机按污水处理厂推广使用的时间可分为罗茨风机、多级离心风机、单级离心风机、磁悬浮风机和空气悬浮风机。罗茨风机是运用容积式原理，由一对齿轮相互啮合，将气体由进气口推送到出气口，具有结构简单，不产生喘振的优点，但由于罗茨风机风量小噪声大，主要运用在早期的小型污水处理厂，现阶段污水处理厂都广泛应用后4种离心风机。

2）离心风机的工作原理是使气体通过高速旋转的叶轮获得加速，从而将机械能转变为压力能，其主要部件有进气口、导流片、叶轮、螺旋形蜗壳、出气口以及扩散器等。气体在叶轮中的流动方式以及特点均是由叶轮的形状、大小以及转速决定的，且风机的流量、压力以及它们之间存在的关系都和叶轮有关。其中单级离心风机具有高转速高扬程的特点，多级、磁悬浮、空气悬浮风机则有大流量的优点但扬程较低。目前，离心风机以其高效率和低噪音的优势，在各类污水处理厂、自来水厂都得到了广泛应用。

2 多型风机运行分析

1）污水厂一期工程在2009年建设时安装3台HIBON多级离心风机，额定出口风压为0.72bar，额定风量10000m3/h，采用变频器调节风量。当时采用CASS工艺，设计处理量30000m3/d，3组生物池间歇出水，一组曝气，一组沉淀，一组出水，变水位运行，工作水位在3.5米--6.7米间变化。风机出口压力在0.45bar--0.7bar，因处理工艺需风量在5500m3/h--7000m3/h左右，而多级离心风机在变频器频率下降后，压力随流量同时下降，在7000 m3/h时出口压力已接近管道压力，开始出现喘振，因此特地安装一套排空系统，放空一部分气体以提高风机转速。当时的主要问题是管网负荷小，多级离心风机流量过大，风量存在浪费现象。

2）污水厂二期2013年建成投产，新增2台Howden单级风机，风量7200m3/h，额定出口风压0.78bar。采用导叶调风量。污水处理工艺调整为A2/O+MBBR工艺，设计处理量60000m3/d，曝气方式发生改变，由原来的3级生物池间歇式曝气改为连续性曝气，由变水位运行转变为恒水位运行，运行水位在6.8米。由于处理水量增加，为保持合量的气水比，需要风量为60000/24*6=15000m3/h。如运行2台单级风机，曝气量不够，将严重影响出水水质稳定。因此实际开启1台单级离心风机+1台多级离心风机。在单级离心风机（电流258A），风量约5000m3/h时，空气总管压力在0.72bar，多级风机风量约8000m3/h，风量虽还有余量，但风机压力已达极限。

3）每年进入夏季后，随着温度上升，水中溶解氧开始下降，为保持正常的活性微生物需氧量，需要加大风机出风量；但随气温升高，风机的出风量却成下降趋势，喘振点曲线上移。为保护多级离心风机不进入喘振区间，必须关小单级风机出风量，降低管道压力，从而出现气温越高越需要增加风量时，风机效率越低，而操作员为保证多级离心风机风量在喘振点之上，就必须关小单级离心风机导叶来减小风量降低管网压力，引起风量越调越低的恶性循环。

图一 气温与溶解氧（DO）对应表

3 喘振危害及预防

1）喘振发生的因素是出口压力变大，通过叶轮的气体流量变小。在实际生产中，喘振现象对于离心式风机来说，属于经常性易发生的现象。在风机出现喘振现象的时候，风机的流量不稳定，一会儿大一会儿小［1］。而伴随空气流量的剧烈波动，使叶轮应力迅速变化后产生强烈振动，噪音加大，继而引起整个机组的振动，每出现一次喘振都会对设备的叶轮、机械密封、轴承造成损伤，情况严重时，一次强烈的喘振就会造成风机出现轴承损坏、叶轮、导风口挡板破损的事故。

图二 喘振后导风口挡板破裂

2）规避喘振点首先要找出喘振控制点，喘振控制点的确定需要依据风机的性能曲线，结合现场操作人员的对风机运行情况的观察，以及对前期出现喘振时压力、流量曲线的分析。以本厂为例，按操作经验在2台风机并列运行时空气流量低于6700M3/h即出现喘振，因此日常操作中以7000M3/h作为报警下限，但在某次7600M3/h就发生喘振，在排查中发现当日因进水浓度极高，为保证充足的溶解氧，值班人员紧急开启了2台单级风机和1台多级风机，管网压力从0.76bar上升到0.83bar，使得喘振的控制点 快速上移，造成了本次喘振事故。

3）降低配气管网的压力，由于污水厂的A2O工艺曝气水深相对固定，根据管网特性，对于离心式风机来说，其工作特点主要表现为：风机性能曲线与管网特性曲线出现交点，并且工作点随着其中任何一条曲线的变化而发生改变。增大管网阻力，其特性曲线将变陡，进而在一定程度上使得工作点向小流量方向移动。以现有3台多级离心风机为例，采用变频器调节风量，特点是变速同时变风量，变压力，转速变化→流量变化→压力变化更大。

出口动压和转速平方成正比关系，离心式风机在运行过程中，随着转速的下降，叶轮对气体做功逐步降低，出口压力和流量曲线了逐步下移，容易发生喘振/风量调不下来。从风机的特性曲线上可以看出，在出口压力下降的时候，流量就会加大，此时风机运行的工况点也逐渐远离喘振点，所以降低出口压力，可以有效地降低喘振发生的概率。为提高单级离心风机风量的同时规避多级离心风机喘振点，在空气总管上安装了排空阀和消音器，当风量调整接近临界点时放空部分空气，用损失部分效率来解决压力与流量之间的矛盾。

4）调整污水厂工艺，在污水厂初始设计中，考虑气水比为6∶1，15000m3/h，MLSS4000mg/L，在实际运行中，以多年的工艺数据为依据，发现在冬季温度低时，活性污泥对有机物、TN、TP的去除率下降，微生物最适宜生长繁殖的温度范围为16～30℃，当温度低10℃时，废水的净化效果将明显降低，一般来说，温度每降低10℃，COD的去除率会降低10%。冬季MLSS保持在4000mg/L，可以有效地发挥其净化功能。夏季微生物生长繁殖快，MLSS控制在3000mg/L时即可以保证出水批标正常。随着微生物数量的减少，对氧气的消耗也逐渐降低，因此夏季以低污泥浓度运行可以有效减少对供气量的要求。

4 结语

污水厂曝气系统的正常对污水处理达标排放起着决定性的作用，通过对喘振现象的分析和操作流程、工艺的调整，从而使现有两种类型离心风机能够稳定的并网运行。从生产运行的角度出发，设备型号和性能一致，生物池水深越浅越利于整个流程的操作和管控。但老污水厂提标改造后易产生设备型号、参数不同；新建污水厂单位面积处理量不断提升，也导致生物池深度加大，曝气水头提高。在成本、土地、安装空间等条件制约下，污水厂技术人员需要在现有设备基础上，做到理论和实践，工艺和设备管理、运行相融合，在提高系统可靠性和可操作性上下功夫，从而保障污水厂的正常运行。