如何选择适合的鼓风机

鼓风机是污水处理好氧生物处理单元的重要设备，同时也是主要的耗能设备。鼓风机运行的稳定性和经济性是最重要的两个性能指标。如何选取适合的鼓风机，本文作者结合多年设计和运行经验，对多种鼓风机进行了介绍和参数对比，可以帮助大家能够快速的对不同类型鼓风机的适用性和如何选择提出了很好的建议。

概述

目前，二级生物处理污水厂大多数采用鼓风曝气工艺，而鼓风机是此工艺中最为核心的设备之一，鼓风机的能耗有时占污水厂总能耗的50% 以上，因此污水处理厂选用何种形式的风机是一个非常重要的问题。

风机的种类主要有罗茨风机、多级离心风机和单级高速离心风机；其中单级高速离心风机又分为传统单级高速齿轮箱式离心风机、高速磁悬浮离心风机和空气悬浮高速离心风机。

各种曝气风机原理及特点

罗茨风机

工作原理

属于容积式风机，多为三叶型。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间V0内，再经排气口排出。由于吸气后V0空间是全封闭状态，所以在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，V0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间V0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。

风量调节：罗茨风机风量受转速控制，风量调整可通过变频调速进行，变频后风压可以维持。

特点

1）价格低；最简单的回转机械，易于控制和维护；

2）压力随背压变化；小流量高速风机效率较高；

3）效率一般低于多级、单级离心风机；

4）单机流量小于100m³/min 时具有最好的性能价格比；

5）流量大于120m³/ min 时占地面积大。

多级离心风机

工作原理

离心鼓风机依靠旋转叶轮对气体的作用把电机的机械能传递给液体。由于离心鼓风机的作用，气体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能( 动能) 和压力能都得到增加，被叶轮排出的气体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因气体的排出而形成真空或低压，气体在大气压的作用下被压入叶轮的进口，于是旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出气体。

特点

1）低转速机械，可靠性高，使用寿命长；

2）购买成本较低；备件为标准件，费用低；不需要复杂的润滑系统；

3）易于采用全风冷式设计，无冷却水相关故障和维保费用；

4）操作维护简单，不需要特别训练的操作维修人员（这对于远离大都市的工厂很重要）；

5）满载效率高于罗茨风机，略低于单级离心风机；

6）电机功率小于400kW的机型可选用变频调速和直连驱动方式，可大大提高部分负载的工作效率。在大部分工况下，变频调速的多级离心机效率会高于单级离心机，由于部分负载是污水处理厂最典型的工况，因此多级离心风机对于中小型污水处理厂来说具有更好的性能价格比和良好的长短期效益；

7）噪音低于罗茨风机和单级离心风机；

8）单机流量在100~ 300m³/min 时具有最好的性能价格比。

单级高速离心风机

单级高速离心风机（齿轮箱式）

基本原理

基本原理与多级离心风机一样。空气从鼓风机吸入管进入进口导叶调节器。主驱动电机借助联轴器与增速齿轮联接, 增速齿轮驱动高速转动的三元半开式叶轮对气体进行作功, 气体再经扩压器、蜗室、排气消声器、扩压管排出。

风量调节：单级高速离心风机可通过进口导叶调整，风量调整时不影响风压，同时可以降低风机轴功率，达到节能效果。由于变频器调节时，风压下降幅度会较大，可能会无法满足工艺要求，单级高速离心风机一般不用变频调节风量。

特点

1）高转速( 一般超过20000r/ min) ，噪音高；

2）满载效率高, 无法采用变频调速，部分负载能耗高；

3）大流量相对占地面积小；

4）控制系统非常复杂；润滑系统非常复杂；维护保养复杂，大修必须请制造原厂支援；

5）需要特别训练的操作人员；

6）设备投资大；单机流量大于300m3/min 的性能价格比高。

空气悬浮高速离心风机

由永磁无刷高速直流电机及变频系统配以高效空气轴承，不需要齿轮箱增速器及联轴器而直接驱动，叶轮直接与电机结合，而轴被悬浮于主动式空气轴承上，没有物理接触和润滑油系统，所以，空气悬浮高速离心风机具有高效、节能、低噪音、运行可靠和长期无需维护保养的特点。

风量调节与单级高速离心风机类似。

高速磁浮离心风机

高速磁浮离心风机：高速磁浮风机属于单级高速离心风机，与机械齿轮箱式单级高速离心风机的区别为：由配置无接触的磁力轴承的高速电机直接驱动。先进的无齿轮箱高速变频电机驱动系统，结合采用无润滑非接触磁力轴承，减少了效率损失，节约了相应的一系列附属设备（油泵、油冷却器等）的隐性能耗。

由于运行无接触，所以无磨损，在整个风机寿命中可以始终保持良好的性能，实现了极低的维护成本，另外无油操作无需加热、冷却、循环和过滤，大大减少了能耗和运行维护工作。

曝气风机综合对比

三类风机综合对比

能耗对比

1）在流量较小时，三种风机效率差异不是很显著；

2）对于大流量风机，由于罗茨式转速无法提高，效率较低；另两种离心风机差距较小。

投资成本对比

从上图3-1和图3-2两个曲线图可以看出：

1）小流量范围：三种类型风机的能耗相差很小，但是罗茨鼓风机的成本最低，性价比最好。

2）中流量范围：虽然多级离心风机成本比罗茨鼓风机稍高，但是其能耗低、效率高，性价比最好。

3）大流量范围：单级高速离心风机成本最低，能耗也最低，性价比最好。

流量调节对比

1）部分负载：在进行风机选型时，流量和压力会有一定的设计余量，特别是流量，一般会有20%~ 30%的余量；同时由于污水量和水质的波动，每时每刻所需的风量也在变化。所以严格地说，风机总是在部分负载而非总是满载，因而必须对风机的流量进行调节。

2）单级离心风机流量调节：必须采用进口导叶和出口导叶调节，但当流量减小时，功耗并不是同比例减小(如图3示)，因此部分负载的效率低，能耗大。

3）多级离心风机流量调节：采用入口蝶阀手动或自动调节，节能效果与单级一样不理想。但是对于中小功率(≤400KW) 多级离心风机采用变频调速技术，功耗基本上与流量同步减小，部分负载的效率高。

结论

由上面的比较可见，三种风机各有优势。风机选型没有最好的，只有最适合的。

1）对于小型污水处理厂（＜10000m³/d），选择简单可靠的罗茨风机是最好的，虽然效率差一些，但因价格低，总体价格经济效益可能是最好的；

2）对于中型污水处理厂（10000~100000m³/d），选择经济实用的多级离心机是最好的，特别是变频调速多级离心机，具有极高的性能价格比，长期综合经济效益佳；

3）对于大型污水处理厂（＞100000m³/d），单级高速离心风机是最佳选择。

高速离心风机性能指标对比

从上表可以看出，齿轮箱式鼓风机价格偏高、厂房、基础投人大、噪音大，设备安装维护成本高，对电网要求高。磁浮、气浮风机各项综合指标均较好，投资较低、能耗低，节能效果显著。