目前，國內二級生物處理污水處理廠(chǎng)大多采用鼓風(fēng)曝氣工藝，鼓風(fēng)機是該工藝的關(guān)鍵設備。鼓風(fēng)機的能耗有時(shí)約占污水處理廠(chǎng)總能耗的60%。因此，污水處理廠(chǎng)選擇哪種形式的風(fēng)機是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。風(fēng)機的正確選擇與投資規模和運行管理成本密切相關(guān)，涉及投資是否合理和長(cháng)期效益。

風(fēng)機主要有羅茨風(fēng)機、多級離心風(fēng)機和單級離心風(fēng)機。近年來(lái)，出現了磁懸浮和氣懸浮風(fēng)機。以下僅對目前污水處理廠(chǎng)應用廣泛的羅茨風(fēng)機、多級離心風(fēng)機和單級離心風(fēng)機進(jìn)行比較。

1.各風(fēng)機的原理和基本特點(diǎn)。

1.羅茨風(fēng)機。

1.1羅茨風(fēng)機的工作原理。

由于轉子的不斷旋轉，抽出的氣體從進(jìn)氣口吸入轉子與泵殼之間的空間V0，然后通過(guò)排氣口排出。由于吸入后V0空間完全關(guān)閉，泵腔內的氣體沒(méi)有壓縮和膨脹。但當轉子頂部轉過(guò)排氣口邊緣，V0空間與排氣側相連時(shí)，由于排氣側氣體壓力高，部分氣體返回空間V0，突然增加氣體壓力。當轉子繼續旋轉時(shí)，氣體排出泵。

1.2羅茨風(fēng)機的特點(diǎn)。

①價(jià)格低廉，回轉機械簡(jiǎn)單，易于控制和維護;

②壓力隨背壓變化;小流量高速風(fēng)機效率高;

③效率一般低于多級。單級離心風(fēng)機;

④當流量大于120m3/min時(shí)，占地面積大。

2.多級離心風(fēng)機。

2.1多級離心風(fēng)機的工作原理。

離心鼓風(fēng)機依靠旋轉葉輪對氣體的作用，將電機的機械能傳遞給液體。由于離心鼓風(fēng)機的作用，當氣體從葉輪進(jìn)口流向出口時(shí)，速度能(動(dòng)能)和壓力能增加。葉輪排出的氣體通過(guò)壓力室，大部分速度可以轉化為壓力能，然后沿排出管道輸送。此時(shí)，葉輪進(jìn)口由于氣體排出而形成真空或低壓，氣體在大氣壓的作用下被壓入葉輪進(jìn)口，因此旋轉葉輪不斷吸入和排出氣體。

2.2多級離心風(fēng)機的特點(diǎn)。

①低速機械，可靠性高，使用壽命長(cháng);

②購買(mǎi)成本低;備件為標準件，成本低;不需要復雜的潤滑系統;

③易于采用全風(fēng)冷設計，無(wú)冷卻水相關(guān)故障及維護費用;

④操作維護簡(jiǎn)單，操作維護人員不需要特殊培訓(這對遠離大都市的工廠(chǎng)非常重要);

⑤滿(mǎn)載效率高于羅茨風(fēng)機，略低于單級離心風(fēng)機;

⑥電機功率小于400kW的型號可采用變頻調速和直連驅動(dòng)，可大大提高部分負載的工作效率。在大多數工況下，變頻調速多級離心機的效率將高于單級離心機。由于部分負載是污水處理廠(chǎng)的典型工況，多級離心風(fēng)機對中小型污水處理廠(chǎng)具有更好的性能、價(jià)格比和良好的長(cháng)短期效益;

⑦噪音低于羅茨風(fēng)機和單級離心風(fēng)機;

⑧單機流量在100~400m3/min時(shí)具有良好的性能價(jià)格比。

3.單級高速離心風(fēng)機。

3.1單級離心風(fēng)機的工作原理。

基本原理與多級離心風(fēng)機相同。空氣從鼓風(fēng)機吸入管進(jìn)入進(jìn)口導葉調節器。主驅動(dòng)電機通過(guò)聯(lián)軸器與增速齒輪連接，增速齒輪驅動(dòng)高速旋轉的三元半開(kāi)式葉輪作用于氣體，然后通過(guò)擴壓器、蝸室、排氣消聲器和擴壓管排出。

3.2單級離心風(fēng)機的特點(diǎn)。

①高速(一般超過(guò)2000r/min)，噪音高;

②滿(mǎn)載效率高，不能采用變頻調速，部分負載能耗高;

③大流量相對占地面積小;

④控制系統非常復雜;潤滑系統非常復雜;維護復雜，大修必須由原廠(chǎng)支持;

⑤需要特殊訓練的操作人員;

⑥設備投資大;單機流量大于300m3/min的性能價(jià)格比高。

二、三種風(fēng)機綜合對比。

目前國內市政污水廠(chǎng)的風(fēng)機大多是進(jìn)口產(chǎn)品，以下比較是基于進(jìn)口風(fēng)機的參數:

圖1三種風(fēng)機流量-功率曲線(xiàn)圖。

三種風(fēng)機的能耗對比如下：三種風(fēng)機流量-功率曲線(xiàn)圖(見(jiàn)圖1)。當流量較小時(shí)，三種風(fēng)機的效率差異不是很明顯;對于大流量風(fēng)機，由于羅茨轉速無(wú)法提高，效率較低;另外兩種離心風(fēng)機差距較小。

圖2三種風(fēng)機流量-單位流量成本曲線(xiàn)圖。

三種風(fēng)機的投資成本對比如:三種風(fēng)機流量-單位流量成本曲線(xiàn)圖(見(jiàn)圖2)。從上面的曲線(xiàn)圖可以看出:

①小流量范圍：三種風(fēng)機的能耗差異很小，但羅茨鼓風(fēng)機成本低，性?xún)r(jià)比好。

②流量范圍：雖然多級離心風(fēng)機的成本略高于羅茨鼓風(fēng)機，但能耗低、效率高、性?xún)r(jià)比好。

③流量范圍大：?jiǎn)渭夒x心成本低，能耗低，性?xún)r(jià)比好。

圖3離心風(fēng)機流量調節-部分負載能耗。

離心風(fēng)機流量調節-部分負載功耗(見(jiàn)圖3)。從上面的曲線(xiàn)圖可以看出:

①部分負載:選擇風(fēng)扇時(shí)，流量和壓力會(huì )有一定的設計余量，尤其是流量，一般會(huì )有20%~30%的余量;同時(shí)，由于污水量和水質(zhì)的波動(dòng)，所需的風(fēng)量隨時(shí)都在變化。所以嚴格來(lái)說(shuō)，風(fēng)扇總是部分負載，總是滿(mǎn)載，所以風(fēng)扇的流量必須調整。

②單離心風(fēng)機流量調節：必須采用進(jìn)出口葉片調節，但當流量減少時(shí)，功耗不同比例降低(如圖3所示)，部分負載效率低，能耗高。

③多級離心風(fēng)機流量調節:一般采用入口蝶閥手動(dòng)或自動(dòng)調節，但節能效果和單級一樣不理想。HIBON公司采用先進(jìn)的中小功率(≤400KW)多級離心風(fēng)機變頻調速技術(shù)，與流量同步降低功耗，部分負載效率高。

3.風(fēng)機選型。

從以上比較可以看出，三種風(fēng)扇各有優(yōu)勢(這就是它們同時(shí)存在的原因)。不同規模的污水處理廠(chǎng)、不同的工藝、不同的投資目的、不同的使用條件可能會(huì )有不同的選擇。

①對于小型污水處理廠(chǎng)，最好選擇簡(jiǎn)單可靠的羅茨風(fēng)機。雖然效率較差，但由于價(jià)格較低，整體價(jià)格經(jīng)濟效益可能較好;

②對于中型污水處理廠(chǎng)，最好選擇經(jīng)濟實(shí)用的多級離心機，尤其是變頻調速多級離心機，性?xún)r(jià)比高，長(cháng)期綜合經(jīng)濟效益好;

③單級高速離心風(fēng)機是大型污水處理廠(chǎng)的好選擇。