水处理用风机的选型及能耗分析

重点行业COD减排实用技术研讨会

Practical Technology Seminar of Reducing COD Discharge In Key Industies

水处理用风机的选型及能耗分析

曹彭年， 曹 旦

（南通市恒荣机泵有限公司）

摘 要：论述了罗茨鼓风机及离心式鼓风机在污水处理曝气系统中的适用性，对比了这两类风机的能耗、噪音及价格。得出了3L系列罗茨鼓风机在能耗、噪音及价格方面都优于多级离心式鼓风机。因而前者可以取代后者。对于单级高速离心鼓风机，虽具有能耗低、噪音低的优点，但价格太高，妨碍了它在污水处理系统中的推广应用。

关键词：污水处理用风机选型； 罗茨鼓风机； 多级离心鼓风机； 单级高速离心鼓风机； 节能

1 前 言

我国是一个水资源贫国，人均水资源拥有量只有2200m，仅为世界平均水平的四分之一，目前全国三分之二的大中城市面临缺水。随着国家经济的发展，工业化的普及，产生了大量的污水，在沿海工业发达地区大中小城市甚至农村几乎见不到一条清洁的河流，因此污水处理是关系到国计民生的重要大事。为了对污水进行处理，国内外对处理方法进行了大量研究，并形成了五花八门的污水处理技术，但其中使用量最大、使用最普及也最成熟的技术是活性污泥法。在该法中为了向水中充氧，必须向水中鼓入大量空气，因而必须选用合适的鼓风机。由于在整个污水处理工程中风机所消化的能量占了整个系统所消耗能量的一半以上，因而风机的选型显得特别重要。

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2 风机选型中必须考虑的因素

风机选型中首先必须考虑适用性、能耗、噪声及价格因素。

2.1选用的风机必须首先适用于污水处理系统

在污水处理系统中通常使用的风机基本上不外以下两大类： 1)容积式鼓风机 旋片式

二叶型

罗茨式 （流量是硬特性） 三叶型

2)离心式鼓风机 旋涡式

多级离心式风机 （压力是硬特性） 单级高速离心式风机

旋片式风机仅在每天几百立方的小型污水处理系统中有所应用，而旋涡式风机在早期小型污水处理系统中有应用，现已被淘汰。所以下面仅就罗茨式、多级离心式及单级高速离心式风机的选型进行讨论。

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由于一般的污水处理系统在新启用时系统压力基本上在设计范围内，随着使用时间的延长，由于曝气孔的堵塞，阀门管道等的锈蚀，曝气头损坏，大量污泥进入管道并沉积，从而使整个系统阻力增加。此现象在系统设计风机选型时必须加以考虑。在这一点上罗茨鼓风机显然优于离心式风机，因为罗茨鼓风机的流量是硬特性，当外界系统阻力增加时，其出口压力也随着增加，从而在流量几乎不变的情况下将气体排出（在风机强度及电机功率满足的情况下）；而离心式风机则不同，由于离心式风机压力是硬特性，风量随阻力的增加而减少, 从离心式鼓风机性能曲线图（见图1）中可看出，当阻力增加到一定压力时将无法曝气。

图1 离心鼓风机性能曲线

如江阴一家公司的污水处理厂，选用多级离心风机曝气，开始使用时很正常，随着使用时间的延续，曝气池水翻滚的强度越来越小，最终不再曝气。建议其将污水池水位下降1m后，水池又正常曝气。后来将多级离心风机换为三叶型罗茨风机，一直延用至今。因此在污水处理系统中选用离心式鼓风机要特别注意，选用风机的压力一定要留有余地，特别要防止风机产生喘振现象。因为在风机运行中由于系统阻力的增加，造成风量的减小，当流量减小到某一最小值时就会在风机流道中出现严重的旋转脱离，流动严重恶化，使压缩机出口压突然大大下降，由于风机总是和水处理管网系统联合工作的，这时管网中的压力并不马上降低，于是管网的气体压力反大于风机出口处的压力，从而气体发生倒流，一直至管网中的压力下降至风机的出口压力为止，这时倒流停止，风机又开始向管网供气，经过风机的流量又增大，风机又恢复正常工作，当网管中的压力又恢复原来压力时，风机的流量又减少，系统中的气流又减小，系统中

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又产生倒流，如此周而复始就在系统中产生周期性的气流震荡现象，这就是风机的喘振现象，往往造成风机的重大事故。是不是发生喘振还和系统管网有关，管网的容量越大，则喘振的振幅越大，频率越低，管网的容量越小，则喘振的振幅越小，频率越高。当几台风机并网使用时，有时还会出现单台机出现喘振的现象，因为一个系统当设计施工完毕后其系统的阻力将随着系统内所流通的风量增加而增加，当系统阻力增加至某台风机的喘振点时，此机就会产生风机的

[2]

喘振现象，因此除对风机的压力保留一定的余地外，还必须对管网系统作一定的设计计算。

对于罗茨鼓风机，在使用中必须在系统中安装止回阀，以防止突然断电时管路中高压气体突然倒流入风机中，造成叶轮突然反转，从而损坏叶轮。

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2.2 选用的风机必须能耗低

由于风机的能耗占了水处理系统总能耗的一半以上，因此选用的风机应尽量低能耗。下面就污水处理中常用的离心风机及罗茨鼓风机的能耗进行对比： 2.2.1 水深与风机能耗的关系

由于土地的使用越来越紧张，于是有人为了节省土地的使用面积而增加曝气池的水深，殊不知风机的能耗是与水深成等差级上升，对于一定容积的水池的面积是随水深成反比下降。因而要

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适当控制水深，兼顾能耗与水池占地面积的矛盾。现以日处理1万m，水气比1：10，使用3L63WC，

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70 m/min罗茨风机曝气处理的水处理系统为例来说明。

表1 池深与电机轴功率的关系 水池深m 电机轴功率kw 水池占地面积m 21 20.5 417 2 33.2 209 3 45.9 139 4 58.7 104.2 5 71.5 83.4 6 84.4 69.5 7 98.3 59.6 8 110.2 52.1

图2 水池深度与功耗和池占地关系

从占地角度来说，由以上图表可知：对于同样日处理量的工程，水深超过5—6m后，占地面积的下降趋势迅速趋缓，已经不再具有多少实质性的意义，而风机能耗却毫不减少的随水深按比例上升。因此从这个角度来讲，水处理工程选择5—6m左右水深比较合理。 2.2.2 3L型三叶罗茨鼓风机与多级离心风机能耗比较

表2 三叶罗茨鼓风机与多级离心风机能耗比较

转速 r/min 2950 1050 升压 kPa 49 49 流量 3m/min 125 124.3 轴功率 kW 140 132.3 比功率 3 -1kW/ mmin 1.12 1.0644 节能效果 % 5% 噪声 dB(A) 93 90 型号 C125-1.5 3L73WC GC120-61-686 3L73WC

2980 1050 68.6 68.6 120 122.8 220 179.5 1.8333 1.4617 20% 96 91.7 9

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我国的罗茨鼓风机设计制造水平近20年来有了长足的进步，特别是中小型罗茨鼓风机由二叶型发展成三叶型，各项指标特别是噪音和能耗大幅度下降。由上表可看出3L型三叶罗茨鼓风机的能耗和噪音现在已比多级离心鼓风机要低。

2.2.3 3L型三叶罗茨鼓风机与单级高速离心风机能耗比较

谈到单级高速离心风机首先要谈丹麦HV-TURB0公司产品，因为从1990年开始到现在，在中国环保市场污水处理项目已引进了近900台左右该公司产品，仅2005年就引进71台，2006年1—7月就引进34台，由于该公司样本提供的参数不全面，为了寻找可与3L型风机对比的例子，由该样本提供的图3、图4和表3中寻找： 图3 图4

具体参数如下表：

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表3 型号 GM20L BCD80 3L63WC KA5-GK 3L63WC 转速 r/min 升压 kPa 68.6 68.6 68.6 50.96 50.96 流量 m/min 75 80 72.1 75 73.7 3轴功率 kW 100 132 108 80 82.7 比功率 kW/ mmin 1.3333 1.65 1.4979 1.0667 1.1221 3 -1节能效果 % 11% -9% 5% 噪声 dB(A)

由以上对比数据可知单级高速离心风机的能耗确实要比罗茨鼓风机低，但并不象丹麦HV TURBO公司样本所宣传的那样节能达30%—40%。

2.2.4 3L型三叶罗茨鼓风机与传统二叶型罗茨鼓风机及国外三叶型罗茨鼓风机的能耗比较，具体参数如下表：

表4 型号 L32LD 3L32WD L74WD 3L73WD L73WD 3L73WD GM200L 3L73WD GM130L 3L73WD 转速 r/min 1450 1450 980 980 980 980 1040 980 2120 980 升压 kPa 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 流量 m/min 5.99 7.65 112 115 92.7 115 114 115 113 115 3轴功率 kW 9.2 9.28 121 122.7 101 122.7 123 122.7 122 122.7 比功率 kw/m min 1.5358 1.2131 1.0804 1.0670 1.0895 1.0670 1.0789 1.0670 1.0796 1.0670 3-1节能效率 21% 1.2% 2% 1.1% 1.2% 噪声 dB(A) >80 76.2 ≥100 90 ≥98 90 96 90 104 90

从表4中可看出，3L型罗茨鼓风机的能耗较传统二叶型要低1%—21%左右，3L73WD三叶型罗茨鼓风机的能耗要较世界王牌德国AERZEN公司GM型三叶罗茨鼓风机低1%以上。

2.3 噪音的对比

污水处理是为了保护环境，不能为了污水处理而给环境带来二次污染，因此在为污水处理系统选用风机时，对风机的噪声必须认真考虑，从上表2中可看出3L型三叶罗茨鼓风机的噪音比多级离心式要低，并不象以前某些人所鼓吹的那样。从表4可以看到3L型三叶罗茨鼓风机与同类型的两叶罗茨鼓风机相比噪音要低3.8—10dB(A),比德国AERZEN公司的三叶罗茨鼓风机噪音也要低6—14dB(A)左右。

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2.4 价格的对比

表5 类 型 多级离心 鼓风机 3L型罗茨 鼓风机 单级高速 离心鼓风机 3L型罗茨 鼓风机 丹麦进口高速离心鼓风机 3L型罗茨 鼓风机 风机型号 C125 GC120 3L73WC GM20L BCD125 3L73WC KA5-GK 3L63WC 流量 m/min 125 120 122.8 110 125 122.8 75 74.3 3风压 kPa 63.75 68.6 68.6 49 68.6 68.6 50.96 50.1 轴功率 kW 150 220 179.5 100 185 179.5 80 80.7 价格 万元 24.3 22.3 12 65 64 12 100 7.41

从表5可看出，3L系列的风机价格是多级离心鼓风机的1/2不到；是国产单级高速离心鼓风机的1/5不到；是进口单级高速离心鼓风机的1/12不到，因而在价格上3L系列罗茨鼓风机有绝对的优势。

3 结 论

从以上分析对比可看出，在污水处理中选用3L系列罗茨鼓风机较选用多级离心鼓风机更合理，因其噪音及能耗都较低而价格仅后者1/2不到，且不用担心风机会产生喘振现象。而单级高速离心风机确实能耗及噪音较低，但即使选用国产风机其价格是3L系列罗茨鼓风机的5倍以上，若选进口风机，其价格则为3L型三叶罗茨鼓风机的12倍。由于昂贵的价格，因而妨碍了它在污水处理曝气系统中的推广应用。因此在污水处理系统中选用风机时要权衡综合考虑。

参考文献：

[1]西安交通大学透平压缩机教研室 徐忠、程乃晋、李超俊等 《离心式压缩机原理》，机械工业出版社， 1980.9 [2]恩波特、菲列宾涅，《离心式压缩机喘振条件和防喘振调节》，风机译文， 沈阳鼓风机研究所， 1973.2

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2.4 价格的对比

表5 类 型 多级离心 鼓风机 3L型罗茨 鼓风机 单级高速 离心鼓风机 3L型罗茨 鼓风机 丹麦进口高速离心鼓风机 3L型罗茨 鼓风机 风机型号 C125 GC120 3L73WC GM20L BCD125 3L73WC KA5-GK 3L63WC 流量 m/min 125 120 122.8 110 125 122.8 75 74.3 3风压 kPa 63.75 68.6 68.6 49 68.6 68.6 50.96 50.1 轴功率 kW 150 220 179.5 100 185 179.5 80 80.7 价格 万元 24.3 22.3 12 65 64 12 100 7.41

从表5可看出，3L系列的风机价格是多级离心鼓风机的1/2不到；是国产单级高速离心鼓风机的1/5不到；是进口单级高速离心鼓风机的1/12不到，因而在价格上3L系列罗茨鼓风机有绝对的优势。

3 结 论

从以上分析对比可看出，在污水处理中选用3L系列罗茨鼓风机较选用多级离心鼓风机更合理，因其噪音及能耗都较低而价格仅后者1/2不到，且不用担心风机会产生喘振现象。而单级高速离心风机确实能耗及噪音较低，但即使选用国产风机其价格是3L系列罗茨鼓风机的5倍以上，若选进口风机，其价格则为3L型三叶罗茨鼓风机的12倍。由于昂贵的价格，因而妨碍了它在污水处理曝气系统中的推广应用。因此在污水处理系统中选用风机时要权衡综合考虑。

参考文献：

[1]西安交通大学透平压缩机教研室 徐忠、程乃晋、李超俊等 《离心式压缩机原理》，机械工业出版社， 1980.9 [2]恩波特、菲列宾涅，《离心式压缩机喘振条件和防喘振调节》，风机译文， 沈阳鼓风机研究所， 1973.2

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a1tw.html