天津市政工程設計研究院

宋汝華

　　天津市東郊污水處理廠、紀莊子污水處理廠都是國內大型的污水處理廠，目前已運行多年，效果良好。污水處理廠的核心部位是曝氣系統，而鼓風機房是保證曝氣系統正常運行的關鍵，如果鼓風機房停機，則整個生化系統癱瘓。本文結合紀莊子污水廠鼓風機房改造、東郊污水廠和天津無縫鋼管廠污水處理工程鼓風機房設計，從設備選型、節省電耗、保證運轉可靠性和改善工作環境等幾個方面，談一些體會，與同行們探討。

一　風機選型

　　污水處理廠常用的鼓風機有羅茨鼓風機和離心鼓風機，它們有其各自的適用性。
　　1、羅茨鼓風機
　　是容積式氣體壓縮機，其特點是：強制流量，在設計壓力范圍內，管網阻力變化時其流量變化很小；在流量要求穩定而阻力變化幅度較大的工作場合，可予自動調節，故工作適應性較強。與離心風機相比價格低，而它的噪音大，存在潤滑油向氣缸滲漏的缺點，同時其風量調節只能采用變頻調速和出風管放氣，變頻調速設備本身的價格比鼓風機價格還要高，出風管放氣則造成能量浪費，因此只適用于小型污水處理廠。
　　2、離心鼓風機
　　是速度型，較容積式風機具有供氣連續、運行平衡，效率高、結構簡單、噪聲低、外型尺寸及重量小、易損件少等優點。離心鼓風機又分為多級低速和單級高速，單級高速以提高轉速來達到所需風壓，較多級風機流道短，減少了多級間的流道損失，特別是可采用節能效果好的進風導葉片調節風量方式，適宜在大中型污水處理廠中采用。
　　天津市三個污水處理廠的鼓風機選型及主要技術參數見下表

二　風量調節

　　曝氣池的需氣量是不斷變化的，氣溫也會引起氣量的改變，為了節省能量，需要不斷改變鼓風機的供氣量以適應新的工況，這就是風量調節。鼓風機的風量調節有出口節流調節、進氣節流調節、進口導葉片調節(過氣預旋調節)和變速調節等方式，它們的主要特點是：
　　1、出口節流調節
　　這是人為加大管網阻力的調節方法，會使整個裝置的效率大大下降。
　　2、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。此法比出口節流的經濟性好，而且節流后喘振流量向小流量方向移動，使風機可能在更大的流量范圍工作，是一種簡便常用的調節方法。
　　3、進口導葉片調節
　　這是使氣流產生預旋的調節方法，其效率較高，調節范圍大，在避免鼓風機喘振、提高風機效率、實現自動控制等方面有明顯優越性。但此裝置結構復雜，特別是對多級風機來說，如每一級前都采用導葉片，則整個裝置太復雜，如只對第一級采用導葉片，效果就不明顯，所以此法有一定的局限性，只有在單級高速離心風機中使用效果最佳。
　　4、變速調節
　　是最節能的調節方法，但此法會使設備復雜化，而且造價高，適用于蒸汽輪機、燃氣輪機拖動的鼓風機，也可用于小型風機。
　　目前常用的風量調節方法是進口節流、進口導葉片調節和變速調節。東郊污水廠和紀莊子污水廠均采用進口導葉片調節，無縫鋼管廠污水處理工程則采用變速調節。通過調節鼓風機風量，可以節省大量電能,降低運行費用。

三　空氣過濾

　　為節省能耗、提高氧的利用率，目前污水處理廠曝氣池大多采用微孔曝氣器。這種曝氣頭的布氣孔徑為160μm左右，所以進氣必須經過過濾，以免堵塞微孔，一般要求通過的灰塵粒徑小于2μm，除塵效率95%以上。
　　目前污水處理廠空氣過濾設備的主要型式有靜電除塵器和過濾式除塵器。
　　1、靜電除塵器
　　利用電場產生的靜電力使塵粒從氣流中分離。靜電除塵器內設置高壓電場，在電場作用下，空氣中的自由離子向兩極移動，當電壓升高到一定數值后，會出現空氣電離，塵粒向集塵極移動并沉積下來。靜電除塵器對粒徑1～2μm的塵粒除塵效率可達98～99%，與其它高效過濾器相比，靜電除塵器的阻力比較低，但其結構復雜，設備龐大，一次性投資大。
　　2、過濾式除塵器
　　通過濾料(纖維、織物)使塵、氣分離。灰塵在過濾器中的分離是依靠篩濾、慣性碰撞、接觸阻留、擴散、靜電等機理的綜合作用，它具有除塵效率高、結構簡單、投資省、運行穩定可靠等優點。
　　按空氣過濾的效率又可分為
　　初效過濾器　　　對于＞5μm灰塵　　除塵效率70～96%
　　中效過濾器　　　對于＞lμm灰塵　　除塵效率90～96%
　　高效過濾器　　　對于＞1μm灰塵　　除塵效率99%
　　在靜電除塵器或袋式過濾器等高效過濾器前應設置低阻力的初效過濾器以去除粗大塵粒，有利于更好地發揮高效過濾器的作用。例如在紀莊子污水處理廠鼓風機房改造工程中，空氣過濾就采用了初效過濾和高效過濾兩級。
　　初效過濾
　　為減少清洗過濾器的工作量，提高運行管理水平，采用自動卷統式空氣過濾器。此過濾器是以化纖卷材為過濾介質，以過濾器前后的壓差為傳感信號，當濾材積塵到一定程度，過濾器的自控系統自動卷繞更新。過濾效率為：
　　對于＞1μm灰塵　　除塵效率＞7O%
　　對于＞5μm灰塵　　除塵效率＞80%
　　對于＞8μm灰塵　　除塵效率＞96%
　　高效過濾
　　選用袋式過濾器。濾袋采用超細纖維氈及維尼龍粘膠纖維織布構成，具有很高的過濾效率。

四　喘振及防止方法

　　在風機運轉過程中，當流量不斷減少達到Qmin值時，進入葉柵的氣流發生分離，分離區沿著葉輪旋轉方向并以比葉輪旋轉角速度小的速度移動，這就是旋轉脫離，當旋轉脫離擴散到整個通道，會使風機出口壓力突然大大下降，由于風機總是和管網系統聯合工作，這時管網中的壓力并不馬上減低，于是管網中的氣體壓力就反大于風機出口處的壓力，因而管網中的氣體就倒流向風機，一直到管網中的壓力下降至低于鼓風機出口壓力為止，這時倒流停止，鼓風機又開始向管網供氣，將倒流的氣體壓出去，這又使機內流量減少，壓力再次突然下降，管網中的氣體又重新倒流至風機內。如此周而復始，在整個系統中產生周期性的低頻高振幅的壓力脈動及氣流振蕩現象，并發出很大的聲響，機器產生劇烈振動，以至無法工作，這就是喘振。
　　從理論上還不能正確地計算出端振工況點，只能在性能測試時，根據經驗來近似判斷是否進入喘振工況。
　　1、聽測風機出氣管道的氣流噪音，接近喘振工況時，出氣管道中氣流發出的噪音時高時低，產生周期性變化，當進入喘振工況時，噪音立即大大劇增，甚至有爆音出現。
　　2、觀測風機出口壓力和進口流量的變化，正常工作時其出口壓力和進口流量變化是不大的，當進入喘振區時，二者的變化都很大。
　　3、觀測機體的振動情況，進入喘振區時，機體和軸承都會發生強裂的振動。
　　喘振防止方法：采用出風管放氣，在出風管上設一旁通管，一旦風量降低至Qmin旁通管上的閥門自動打開放氣，此時進口的容積流量增加，工作點可由喘報區移至穩定工作區，從而消除了進氣流量小沖角過大引起失速和發生喘振的可能性。在采用進口導葉片調節風量時，隨著工況變化，導葉旋轉改變通道面積適應新工況的要求，從而避免氣流失速，可有效防止風機喘振。

五　噪聲控制

　　鼓風機噪聲是非常嚴重的，噪聲的輻射主要通過風機本體，進、出風管和連接風道。據有關資料介紹，國外有的鼓風機房為減小噪音將鼓風機設在地下，而地上式鼓風機房室內設有吸音板，門、窗全部是密封的，其造價很可觀。結合我國的實際情況，針對風機機組產生的各種噪聲源，采取切實可行的措施，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：裝設消聲器是控制風機噪聲的主要途徑，消聲器是一種阻止聲音傳播而允許氣流通過的裝置，可以大大減弱進、出風口輻射出來的噪聲。東郊污水廠在進風廊道內兩側整個截面設有若干2米多長的吸音板塊，空氣從板塊間通過，降低了噪聲。而紀莊子水廠則在進出風管道上加設消音器。
　　2、隔聲和吸聲：風機進、出風管加設消聲器后，其風機殼體的輻射噪聲仍對周圍環境有較大的干擾，在條件允許的情況下，可采取隔音措施，設置隔聲室，在室內壁及天棚襯貼多孔性吸聲材料，以消除機組產生的噪聲。
　　3、隔振：振動是噪聲的主要起源，風機機組的振動會產生低頻噪聲。因此，減輕機器的振動是控制噪聲的治本辦法。為此.風機的外殼材料宜選用鑄鐵，以增加設備自重與外殼厚度，減小自振。在風機進、出口處設置柔性波紋管減振接頭，降低風機振動傳遞到風道上產生的輻射噪聲。對于小型鼓風機可在機組的基礎下加設減振器。
　　4、包覆：室外出風管道目前大多數設在地面上，經過幾個污水處理廠的實際運行噪聲也很大，可將出風管道全部設在地面以下，利用土層吸音或用隔音材料包覆管道。
　　通過綜合控制會使整個鼓風系統的噪聲減弱，達到規范的要求。

六　風機冷卻

　　為改善鼓風機房運行管理環境，在選擇鼓風機時需考慮鼓風機的冷卻型式。目前常采用的冷卻方式有水冷(如紀莊子污水廠)和風冷(如東郊污水廠)，通過運行后發現水冷雖然增加了冷卻水系統，但運行環境良好。而風冷的鼓風機，熱量直接排至室內，夏季室溫可高達4O℃以上。東郊污水廠只好在每臺鼓風機上加設通風機及排風管道，影響了機房的環境。因此，在鼓風機選型時最好選擇水冷型式。

七　設計舉例

　　東郊污水處理廠：規模400000m³/d，鼓風機房總風量110000m³/d，單機風量39000m³/d，4臺風機3用1備。工藝流程：空氣從百葉窗進入,經空氣過濾器、消聲器進入鼓風機，升壓后供曝氣池。
　　設計特點:
　　1、百葉窗、過濾器、消聲器均設置在進風廊道內，廠房與空氣廊道設計為一體(如圖)，這種布置形式結構緊湊，占地面積小,工藝管線短，有利于消聲和減小阻力。

　　2、為保證檢修鼓風機及更換濾袋時不間斷供氣，在進風廊道中間部位設有一密封門，將風道分成兩部分，正常運行時，中間密封門打開，檢修時密封門關閉單側工作。
　　3、為保證風道結構安全和風機運行曲線正常，在風道兩測設減壓門，以保證風道內壓降小于150mm水柱，因風機進口負壓過大，風機運行工況將偏離設計值，高于此值時，減壓門自動打開，空氣進入降低壓差。
　　4、溶解氧與進風導葉片的自動控制
　　在曝氣池設置溶解氧探頭，測得的溶解氧值輸入PLC，經過邏輯運算后，調整進風導葉片的位置，達到節省能耗的目的。其工作程序是：計算機首先確定DO值→逐一調整曝氣池的進風閥。使各池的氣量協調→算出曝氣池的總氣量與鼓風機供氣量的差值→調節鼓風機的導葉片。鼓風機供氣量的調節范圍是30%～10O%，如幾臺鼓風機的導葉片均調至3O%后，供氣量仍大于需氣量，則關閉一臺鼓風機。
　　5、設計所選擇的鼓風機帶有兩套油泵，一由主軸帶動,一為輔助油泵。風機起動時，先開輔助油泵，當主軸轉動正常后，輔助油泵停機由主油泵洪油，只要主軸轉動則供油不停。這種供油方式可避免由于突然停電而造成軸瓦燒壞，保證高速風機安全運行。

參考文獻
　　［1］離心式壓縮機原理(機械工業出版社1980年9月)
　　［2］透平機械原理(機械工業出版社1981年1月)
　　［3］工業通風(中國建筑工業出版社1985年12月)