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      污水處理廠鼓風供氣系統設計

      污水處理廠鼓風供氣系統設計

      污水處理廠的核心部位之一是鼓風供氣系統。而鼓風供氣系統是生化池等正常運行的關鍵,如果鼓風供氣系統出現問題,則整個生化系統將癱瘓;鼓風供氣系統也是整個污水處理廠造價較高及耗電量最大的設備系統,其能耗約占污水處理廠運行過程中總能耗的40 %以上。所以污水處理廠的鼓風供氣系統好壞直接影響污水處理廠造價及運行成本。本文結合遼陽市弓長嶺區污水處理廠工程鼓風供氣系統設計,從設備選型、供氣管線布置、節能和保證運轉可靠性幾個方面,談一些設計中的體會。
      遼陽市弓長嶺區污水處理廠設計規模為3 萬m 3/d,其生化池采用氧化溝工藝,工藝需氣量為8 0 60 m 3/ h,氣水比 5.6∶1。鼓風供氣系統由鼓風機房和供氣管線組成。

      1鼓風機選型
      鼓風機的選型是鼓風供氣系統設計過程中的重點。
      城市生活污水處理廠常用的鼓風機主要分為羅茨鼓風機和離心鼓風機兩種類型,它們有著各自的適用性。
      1.1羅茨鼓風機
      它是一種容積回轉鼓風機,是利用兩個或者三個葉形轉子在氣缸內做相對運動來壓縮和輸送氣體的回轉壓縮機。這種鼓風機結構簡單,制造方便,工作適應性較強,適用于低壓力場合的氣體輸送和加壓。與離心式鼓風機相比價格低,體積小,結構簡單,維修方便,使用壽命長,但風量及風壓較小,工作效率較低,噪音大;同時其風量調節只能采用變頻調速和旁路放氣閥放氣,但其配套的變頻調速裝置的價格往往比羅茨鼓風機本身價格還要高,旁路放氣閥放氣則造成能量浪費。一般適用于小型污水處理廠。
      1.2離心式鼓風機
      它是利用裝有許多葉片的工作旋輪所產生的離心力來擠壓空氣,以達到一定的風量和風壓的。其與羅茨鼓風機比較,運行平穩可靠,供氣連續,工作效率高,噪聲較小,但外型尺寸較大,價格較高。
      離心鼓風機又分為多級低速型和單級高速型。單級高速型采用高轉速的方式來達到所需風壓;多級低速型采用較低轉速,其結構形式為多級渦殼葉輪串聯以逐級升壓的方式達到所需風壓。單級高速型與多級低速型鼓風機相比, 其流道短,減少了多級間的流道損失。單級高速離心鼓風機主要采用節能效果好的進風導葉片調節及變頻調節風量方式,但其潤滑油系統較復雜,并且噪音比多級大;多級低速離心鼓風機主要采用進風管電動閥門調節及變頻調節風量方式。綜上所述,單級高速型比多級低速型鼓風機效率高、耗能小,但價格高,維護費用較高。離心鼓風機適宜在中、大型污水處理廠中采用。
      近些年來,一種名為空氣懸浮離心鼓風機的新型風機逐步在污水廠中進行了應用。該種鼓風機屬于單級高速型。其不需要齒輪箱增速器及聯軸器,由高速電機直接驅動,而電機采用變頻器來調速。鼓風機葉輪直接與電機結合,而軸被懸浮于主動式空氣軸承控制器上,沒有物理接觸和無需潤滑油系統。同時空氣懸浮離心風機采用一體化緊湊型設計,葉輪、高速電機、變頻器、空氣軸承及其控制系統集于一體,提高了安裝、操作的便利性。
      空氣懸浮離心鼓風機與同風量的單級高速相比,單機體積小、重量輕,重量僅為同級別的普通單級離心鼓風機的1/3,同樣風量需要的鼓風機房建筑面積小,節省土建投資;其震動小,噪音低;采用變頻調節風量,較節能;結構簡單、附屬系統少,無需專門設置起吊設備,空氣管道系統布置簡單,維修和維護方便。
      遼陽市弓長嶺區污水處理廠為中型污水處理廠,設計采用空氣懸浮單級離心鼓風機。

      2鼓風機風量調節
      生化池的需氣量是隨著其溶解氧含量的變化而不斷變化的,同時外界空氣溫度也會引起需氣量的改變。為了節省能量,需要不斷改變鼓風系統的供氣量以適應新的工況,這就需要對鼓風機進行風量調節。
      鼓風機的風量調節主要有進出氣節流調節、進口導葉片調節和變速調節等方式,它們的主要特點如下。
      2.1進出氣節流調節
      通過改變進出氣閥門的開度來改變風機性能曲線達到調節目的,是一種簡便常用的調節方法。其用于多級低速離心鼓風機及羅茨鼓風機的運行調節。
      2.2進口導葉片調節
      進口導葉調節裝置即在鼓風機吸風入口附近裝設一組可調節轉角的進口導葉,其作用是使氣流在進入葉輪之前發生旋轉,造成扭曲速度。導葉可繞自身軸轉動,葉片每轉動一個角度就意味著變換一個導葉安裝角,使進入風機葉輪的氣流方向相應改變。
      進口導葉調節風量方式是通過進口導葉的預旋和節流作用,導致風機性能曲線下降,從而使運行工況點變化,實現風機流量調節。這種調節方法效率較高,調節范圍大,在提高風機效率、實現自動控制等方面有明顯優越性。但此裝置結構復雜,對多級鼓風機來說,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。
      2.3變速調節
      隨著科技的不斷發展,交流電機調速技術被廣泛采用。通過用變頻器改變電機的轉速方式來進行風機流量的控制,可以大幅度減少以往機械方式調控流量造成的能量損耗。這是一種比較節能的調節方法,但此法會使設備復雜化,而且造價高,比較適用于中、小型鼓風機。
      遼陽市弓長嶺區污水處理廠的鼓風機采用變速調節,可以節省大量能耗,降低運行費用。

      3空氣過濾
      為節省能耗、提高氧傳遞效率,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16 0μm左右,而從鼓風機出來的壓縮空氣中含有過量的水汽和油滴, 同時還有固體雜質,如鐵銹、沙粒、管道密封劑等,這些會損壞微孔曝氣器上的小氣孔,縮短微孔曝氣器的使用壽命或使之失效,所以鼓風機進氣必須經過過濾,以免堵塞系統末端微孔曝氣器??諝膺^濾器的作用就是將壓縮空氣中的液態水、液態油滴分離出來,并濾去空氣中的灰塵和固體雜質。末端微孔曝氣器一般要求通過的灰塵粒徑小于2μm, 除塵效率90 %以上。
      鼓風機的空氣過濾器按效率可分為粗效過濾器、中效過濾器、高效過濾器三種。因高效過濾器的過濾孔隙非常小,故在高效過濾器前應設置低阻力的粗效過濾器以去除較大塵粒,粗效過濾器起到對高效過濾器的保護作用,有利于更好地發揮高效過濾器的作用,同時也能降低運行成本。粗效過濾器的濾料一般為無紡布、玻璃絲等,高效過濾器的濾料一般為超細玻璃纖維濾紙。一般污水處理廠設計采用粗效過濾器+中高效過濾器的方式,對鼓風機進氣進行過濾。
      本設計污水處理廠的空氣懸浮單級離心鼓風機進氣采用自帶的粗效過濾器及中高效空氣過濾器,并且集成在設備機箱內做到了節省空間。

      4噪聲控制
      鼓風機運行時產生的噪聲是非常大的,噪聲主要來自鼓風機運行時機體本身和進、出風管道。通常采取的噪聲控制措施有消聲、隔音、減振等方法。
      4.1消聲
      在鼓風機的進、出風口安裝消聲器是控制鼓風機空氣動力性噪聲的主要途徑之一。消聲器是允許氣流通過,卻又能阻止或減小聲音傳播的一種器件,是消除空氣動力性噪聲的重要措施,是控制噪聲的有效工具。消聲器可以很大地減少鼓風機進、出風口的空氣動力性噪聲。鼓風機進、出風口的消聲器一般采用微穿孔式消聲器。
      4.2隔音
      鼓風機機體本身在運行過程中也產生很大噪聲,故一般在鼓風機外設置隔音罩,以消除機組運行過程產生的噪聲;同時在條件允許的情況下,在鼓風機房的內壁、天棚粘貼多孔性吸聲材料,使之成為吸聲室,以減少鼓風機房的噪聲對外界的干擾。
      4.3減振
      鼓風機機組在運行過程的振動會產生低頻噪聲,其也是噪聲的一種來源。因此,減少鼓風機運行過程的振動是控制噪聲的一種辦法。為此,在風機進、出口連接處裝設柔性減振接頭,同時在鼓風機與設備基礎連接處設置減振器,以減少鼓風機運行過程的振動。
      4.4管道降噪
      將風管盡可能布置在地面以下,利用土層吸音,可有效對管道降噪。
      通過以上這些措施可以綜合控制整個鼓風供氣系統的噪聲,從而達到環保的要求。

      5供氣管線
      供氣管線的設計主要對管道管徑的計算和對供氣系統各環路的壓力損失進行壓力平衡計算。其中對供氣系統各環路的壓力損失進行壓力平衡計算是重點,把供氣系統各并聯管段間的壓力損失差額控制在一定范圍內,是保證系統運行效果的重要條件之一。污水處理廠的生化池設置一般在兩座以上,并且每座生化池都并聯布置若干供氣支管, 如果并聯管段間的壓力損失差過大,將出現生化池好氧段曝氣不均勻,影響污水處理效果。供氣系統各并聯環路的壓力損失的相對差額應不超過15 %。供氣管線管道管徑應按管內空氣流速確定,其中干管10~15m/s,小支管按4~5m/s。為了保證供氣系統易于壓力平衡,建議供氣干管流速取大值,小支管流速取小值??紤]到供氣系統的漏風量,在確定系統總風量時應附加5%~10 %的風管漏風率。

      6結語
      城市生活污水處理廠與城市居民日常生活息息相關,其安全穩定的運行是居民安居樂業及城市環境安全的必要條件。鼓風供氣系統是城市生活污水處理廠重要組成部分之一,其設計是否合理,運行是否安全、穩定、節能,很大程度上決定城市生活污水處理廠運行效果。根據本工程對鼓風供氣系統設計總結如下建議:鼓風機設備選型應根據污水廠的建設規模及建設標準,選擇相應類型的鼓風機。鼓風供氣系統應在保證安全穩定運行的前提下,通過不同的調節方式等方法降低系統能耗。在供氣管線的設計計算時,應對供氣系統各環路的壓力損失進行壓力平衡計算。


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