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污水处理厂鼓风供气系统设计

污水处理厂鼓风供气系统设计

污水处理厂的核心部位之一是鼓风供气系统。而鼓风供气系统是生化池等正常运行的关键,如果鼓风供气系统出现问题,则整个生化系统将瘫痪;鼓风供气系统也是整个污水处理厂造价较高及耗电量最大的设备系统,其能耗约占污水处理厂运行过程中总能耗的40 %以上。所以污水处理厂的鼓风供气系统好坏直接影响污水处理厂造价及运行成本。本文结合辽阳市弓长岭区污水处理厂工程鼓风供气系统设计,从设备选型、供气管线布置、节能和保证运转可靠性几个方面,谈一些设计中的体会。
辽阳市弓长岭区污水处理厂设计规模为3 万m 3/d,其生化池采用氧化沟工艺,工艺需气量为8 0 60 m 3/ h,气水比 5.6∶1。鼓风供气系统由鼓风机房和供气管线组成。

1鼓风机选型
鼓风机的选型是鼓风供气系统设计过程中的重点。
城市生活污水处理厂常用的鼓风机主要分为罗茨鼓风机和离心鼓风机两种类型,它们有着各自的适用性。
1.1罗茨鼓风机
它是一种容积回转鼓风机,是利用两个或者三个叶形转子在气缸内做相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机。这种鼓风机结构简单,制造方便,工作适应性较强,适用于低压力场合的气体输送和加压。与离心式鼓风机相比价格低,体积小,结构简单,维修方便,使用寿命长,但风量及风压较小,工作效率较低,噪音大;同时其风量调节只能采用变频调速和旁路放气阀放气,但其配套的变频调速装置的价格往往比罗茨鼓风机本身价格还要高,旁路放气阀放气则造成能量浪费。一般适用于小型污水处理厂。
1.2离心式鼓风机
它是利用装有许多叶片的工作旋轮所产生的离心力来挤压空气,以达到一定的风量和风压的。其与罗茨鼓风机比较,运行平稳可靠,供气连续,工作效率高,噪声较小,但外型尺寸较大,价格较高。
离心鼓风机又分为多级低速型和单级高速型。单级高速型采用高转速的方式来达到所需风压;多级低速型采用较低转速,其结构形式为多级涡壳叶轮串联以逐级升压的方式达到所需风压。单级高速型与多级低速型鼓风机相比, 其流道短,减少了多级间的流道损失。单级高速离心鼓风机主要采用节能效果好的进风导叶片调节及变频调节风量方式,但其润滑油系统较复杂,并且噪音比多级大;多级低速离心鼓风机主要采用进风管电动阀门调节及变频调节风量方式。综上所述,单级高速型比多级低速型鼓风机效率高、耗能小,但价格高,维护费用较高。离心鼓风机适宜在中、大型污水处理厂中采用。
近些年来,一种名为空气悬浮离心鼓风机的新型风机逐步在污水厂中进行了应用。该种鼓风机属于单级高速型。其不需要齿轮箱增速器及联轴器,由高速电机直接驱动,而电机采用变频器来调速。鼓风机叶轮直接与电机结合,而轴被悬浮于主动式空气轴承控制器上,没有物理接触和无需润滑油系统。同时空气悬浮离心风机采用一体化紧凑型设计,叶轮、高速电机、变频器、空气轴承及其控制系统集于一体,提高了安装、操作的便利性。
空气悬浮离心鼓风机与同风量的单级高速相比,单机体积小、重量轻,重量仅为同级别的普通单级离心鼓风机的1/3,同样风量需要的鼓风机房建筑面积小,节省土建投资;其震动小,噪音低;采用变频调节风量,较节能;结构简单、附属系统少,无需专门设置起吊设备,空气管道系统布置简单,维修和维护方便。
辽阳市弓长岭区污水处理厂为中型污水处理厂,设计采用空气悬浮单级离心鼓风机。

2鼓风机风量调节
生化池的需气量是随着其溶解氧含量的变化而不断变化的,同时外界空气温度也会引起需气量的改变。为了节省能量,需要不断改变鼓风系统的供气量以适应新的工况,这就需要对鼓风机进行风量调节。
鼓风机的风量调节主要有进出气节流调节、进口导叶片调节和变速调节等方式,它们的主要特点如下。
2.1进出气节流调节
通过改变进出气阀门的开度来改变风机性能曲线达到调节目的,是一种简便常用的调节方法。其用于多级低速离心鼓风机及罗茨鼓风机的运行调节。
2.2进口导叶片调节
进口导叶调节装置即在鼓风机吸风入口附近装设一组可调节转角的进口导叶,其作用是使气流在进入叶轮之前发生旋转,造成扭曲速度。导叶可绕自身轴转动,叶片每转动一个角度就意味着变换一个导叶安装角,使进入风机叶轮的气流方向相应改变。
进口导叶调节风量方式是通过进口导叶的预旋和节流作用,导致风机性能曲线下降,从而使运行工况点变化,实现风机流量调节。这种调节方法效率较高,调节范围大,在提高风机效率、实现自动控制等方面有明显优越性。但此装置结构复杂,对多级鼓风机来说,如每一级前都采用导叶片,则整个装置太复杂,如只对第一级采用导叶片,效果就不明显,所以此法有一定的局限性,只有在单级高速离心风机中使用效果最佳。
2.3变速调节
随着科技的不断发展,交流电机调速技术被广泛采用。通过用变频器改变电机的转速方式来进行风机流量的控制,可以大幅度减少以往机械方式调控流量造成的能量损耗。这是一种比较节能的调节方法,但此法会使设备复杂化,而且造价高,比较适用于中、小型鼓风机。
辽阳市弓长岭区污水处理厂的鼓风机采用变速调节,可以节省大量能耗,降低运行费用。

3空气过滤
为节省能耗、提高氧传递效率,目前污水处理厂曝气池大多采用微孔曝气器。这种曝气头的布气孔径为16 0μm左右,而从鼓风机出来的压缩空气中含有过量的水汽和油滴, 同时还有固体杂质,如铁锈、沙粒、管道密封剂等,这些会损坏微孔曝气器上的小气孔,缩短微孔曝气器的使用寿命或使之失效,所以鼓风机进气必须经过过滤,以免堵塞系统末端微孔曝气器。空气过滤器的作用就是将压缩空气中的液态水、液态油滴分离出来,并滤去空气中的灰尘和固体杂质。末端微孔曝气器一般要求通过的灰尘粒径小于2μm, 除尘效率90 %以上。
鼓风机的空气过滤器按效率可分为粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器三种。因高效过滤器的过滤孔隙非常小,故在高效过滤器前应设置低阻力的粗效过滤器以去除较大尘粒,粗效过滤器起到对高效过滤器的保护作用,有利于更好地发挥高效过滤器的作用,同时也能降低运行成本。粗效过滤器的滤料一般为无纺布、玻璃丝等,高效过滤器的滤料一般为超细玻璃纤维滤纸。一般污水处理厂设计采用粗效过滤器+中高效过滤器的方式,对鼓风机进气进行过滤。
本设计污水处理厂的空气悬浮单级离心鼓风机进气采用自带的粗效过滤器及中高效空气过滤器,并且集成在设备机箱内做到了节省空间。

4噪声控制
鼓风机运行时产生的噪声是非常大的,噪声主要来自鼓风机运行时机体本身和进、出风管道。通常采取的噪声控制措施有消声、隔音、减振等方法。
4.1消声
在鼓风机的进、出风口安装消声器是控制鼓风机空气动力性噪声的主要途径之一。消声器是允许气流通过,却又能阻止或减小声音传播的一种器件,是消除空气动力性噪声的重要措施,是控制噪声的有效工具。消声器可以很大地减少鼓风机进、出风口的空气动力性噪声。鼓风机进、出风口的消声器一般采用微穿孔式消声器。
4.2隔音
鼓风机机体本身在运行过程中也产生很大噪声,故一般在鼓风机外设置隔音罩,以消除机组运行过程产生的噪声;同时在条件允许的情况下,在鼓风机房的内壁、天棚粘贴多孔性吸声材料,使之成为吸声室,以减少鼓风机房的噪声对外界的干扰。
4.3减振
鼓风机机组在运行过程的振动会产生低频噪声,其也是噪声的一种来源。因此,减少鼓风机运行过程的振动是控制噪声的一种办法。为此,在风机进、出口连接处装设柔性减振接头,同时在鼓风机与设备基础连接处设置减振器,以减少鼓风机运行过程的振动。
4.4管道降噪
将风管尽可能布置在地面以下,利用土层吸音,可有效对管道降噪。
通过以上这些措施可以综合控制整个鼓风供气系统的噪声,从而达到环保的要求。

5供气管线
供气管线的设计主要对管道管径的计算和对供气系统各环路的压力损失进行压力平衡计算。其中对供气系统各环路的压力损失进行压力平衡计算是重点,把供气系统各并联管段间的压力损失差额控制在一定范围内,是保证系统运行效果的重要条件之一。污水处理厂的生化池设置一般在两座以上,并且每座生化池都并联布置若干供气支管, 如果并联管段间的压力损失差过大,将出现生化池好氧段曝气不均匀,影响污水处理效果。供气系统各并联环路的压力损失的相对差额应不超过15 %。供气管线管道管径应按管内空气流速确定,其中干管10~15m/s,小支管按4~5m/s。为了保证供气系统易于压力平衡,建议供气干管流速取大值,小支管流速取小值。考虑到供气系统的漏风量,在确定系统总风量时应附加5%~10 %的风管漏风率。

6结语
城市生活污水处理厂与城市居民日常生活息息相关,其安全稳定的运行是居民安居乐业及城市环境安全的必要条件。鼓风供气系统是城市生活污水处理厂重要组成部分之一,其设计是否合理,运行是否安全、稳定、节能,很大程度上决定城市生活污水处理厂运行效果。根据本工程对鼓风供气系统设计总结如下建议:鼓风机设备选型应根据污水厂的建设规模及建设标准,选择相应类型的鼓风机。鼓风供气系统应在保证安全稳定运行的前提下,通过不同的调节方式等方法降低系统能耗。在供气管线的设计计算时,应对供气系统各环路的压力损失进行压力平衡计算。


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