磁悬浮风机在汽车行业污水处理中的应用浅析

磁悬浮风机在汽车行业污水处理中的应用浅析

陈剑威，冯炜胜，区海宇，林伟光，范一格

广汽本田汽车有限公司，广东，广州， 511338

【摘要】 目前我厂污水处理站采用好氧生物处理工艺，罗茨鼓风机是我厂污水处理站运行中的重要设备，同时也是主要的能耗设备之一。对鼓风机进行合理的选型、配置及使用，是减少污水处理厂能耗和单位成本的重要前提。本文就广汽本田汽车有限公司二线污水站改造磁悬浮鼓风机与罗茨鼓风机运使用情况进行比较，分析磁悬浮风机的节能降耗等使用效果。

【关键词】磁悬浮风机；汽车行业污水处理；节能效果

1 鼓风机发展应用概述

20世纪80年代前，由于鼓风设备少，多数采用罗茨鼓风机。到80年代中期，随着我国污水处理规模的逐渐增大，多级离心风机开始得到一定应用。到90年代中期，单级高速涡轮离心鼓风机成为主流污水处理鼓风设备，该机转速高、转速一定时风压比较稳定，优于罗茨风机及多级离心风机。近年来螺杆鼓风机、空气悬浮鼓风机、磁悬浮鼓风机相继出现，由于其低能耗、低维护，和高效率，并且对各类处理工艺都适用的特点，逐渐被污水处理厂采用，并且在新建污水厂或者升级改造中大量应用。

2 新型鼓风机介绍

2.1 螺杆鼓风机

螺杆鼓风机是完全采用内置式，机组小巧紧凑，可确保最佳的成本效益和可靠性。有以下技术特点：1、无油螺杆转子，采用精准同步的齿轮，可靠性高，正常运行时间长。2、一体化的齿轮箱。与罗茨风机相比，螺杆风机不需要更换皮带和皮带轮，更低的维护成本和更长的正常运行时间。3、润滑油系统包括油泵、油冷却器和过滤器，能实现的更低油温，可带来更长的轴承和齿轮使用寿命。4、进气过滤器过滤99.9%的3μ以上颗粒，设备使用寿命得以延长。5、专门对电动机进行设计可以在灵活多变的空气需求过程中颇为理想地运转。特别的电动机设计可防范轴承电流并优化较低转速下的电动机冷却。6、采用变速驱动技术(VSD)，能源效果好。

螺杆式鼓风机

无油螺杆压缩机

2.2 空气悬浮离心鼓风机

空气悬浮离心鼓风机也是单级高速离心风机的一种。它采用“超高速直联电机”、“空气悬浮轴承”和“高精度单级离心式叶轮”三大核心高端科技，具备无齿轮增速装置、无机械接触、无润滑系统、变频调速调节风量、低噪声、无振动和维护费用低等特点。有以下技术特点：1、叶轮选用高强度航空铝材、Ti、SUS等材质，具有优秀的耐磨、抗变形能力，使用寿命达30年以上。叶轮与电动机采用直联方式连接，动力传递效率达到90%以上。2、空气悬浮轴承主要包括径向轴承以及止推轴承等部件。这种轴承与传统的滚珠轴承不同，运行时回转轴和轴承之间没有物理接触点，所以无需润滑油，能量损耗极低，效率极高。3、永磁无刷超高速电机运行时回转轴以20000～200000回转数实现高速运转，发动机的效率可达97%。4、空气悬浮鼓风机采用无油的空气强冷却以及水冷却相结合技术。5、噪音降低技术并内制消音器，其外壳由碳钢制造，内部装有吸音材料。通过弹性接管与鼓风机直接连接，减少来自入口管路的压力损失和噪音。过滤器和消音器为钢制外壳，内设消音材料。方形或矩形的可更换过滤芯安装在进风口处，用良好吸音材料制成的薄片状结构制造的整体进口消音器，安装在鼓风机机体内进风口与过滤器之间，用以降低进口噪音。采用高科技的空气悬浮轴承技术，因此完全避免了机械摩擦和振动。噪声等级＜80dB。6、空气悬浮离心鼓风机集成了就地控制和变频系统于一体，不需要单独设立变频柜及操作柜。通过风机自身的控制面板就可以实现对流体温度、电机转数、出风压力、风量、消耗功率等进行参数的设定查询功能。该系统同时支持数字式远程控制、监测功能，可由总控制室进行控制。

空气悬浮鼓风机

空气悬浮电机结构

2.3 磁悬浮离心鼓风机

磁悬浮离心鼓风机采用高速电机+变频器+磁悬浮轴承一体化结构。电机出力轴与叶轮直联，省去齿轮、联轴器中间机械增速装置。变频自动调节和控制风量、风压等输出参数。标准配置包括高速电机、变频器、无油磁性轴承、放空阀、本地控制、安全监控系统和隔声罩，所有部件集成整体安装在普通底座上，无需特殊固定基础。磁悬浮离心鼓风机是单级高速离心鼓风机的一种，其核心是磁悬浮轴承和永磁电动机技术。关键部件为磁力轴承，利用常导磁吸原理，通过电磁吸力来实现转轴悬浮高速稳定无摩擦运转，利用位置传感器、功率放大器和PI运算器，实现对电动机转轴实时状态检测、调整和故障诊断，其主动控制能力能够有效抑制转轴的不平衡振动，有完备和严格的断电保护措施。有以下技术特点：1、采用磁悬浮轴承，无接触损失和机械损失，实现了高转速无极变转速调节，使得风机运行效率可高达85%左右。2、噪音低，体积小，安装方便。所有部件（高速电动机、变频器、磁悬浮轴承）集成安装在普通底座上，无需特殊固定基础，设备体积小、重量轻、安装操作方便，运行时低噪声和无振动。3、高效过滤器、冷却系统、全自动防喘震系统、停电和故障保护系统等统集成性高。4、维护简便、费用低。磁悬浮单级离心鼓风机电机与叶轮直联，无齿轮增速装置，无任何机械接触，无需润滑油系统，没有磨损及能量损耗，维护费用低。采用变频器调速调节风量，比节流阀节能，且风量调节范围广泛，一般为45%～100%。5、冷却系统采用风冷和水冷结合的方式，能够有效保护电机，可实现风机的随时启停。6、采用了PLC+GPRS。不但可由中心控制室控制，若风机出现故障，还可以实施远程维修调试。

磁悬浮鼓风机

磁悬浮离心式鼓风机原理

3 广汽本田汽车有限公司（增城工厂）二线污水站风机选型方案

3.1 改造前选型方案

改造前采用7台罗茨鼓风机，生产厂家均为川源（中国）。1、型号：CRB-150，压升：0.050Mpa；流量：21m3/min；功率：37kW；风机数量：3台；主要用于生化系统中连续曝气池供氧与调节池搅拌，2用1备。2、型号：CRB-100，压升：0.050Mpa；流量：6.47m3/min；功率：11kW；风机数量：4台；主要用于生化系统中4组连续进水间接曝气池的独立曝气供氧。

改造前罗茨鼓风机供气流程图

3.2 改造后选型方案

进一步挖掘我厂污水处理站的节能空间为目标，立项对污水处理站的鼓风机系统进行节能优化改造。鼓风机进行选型时，对各类型风机进行了技术性和经济性分析，并多次与各设备供应商进行了相关技术交流。最终确定选用磁悬浮风机，生产厂家为天津亿昇公司，型号：YG100；风量：70m3/min；压升：0.040~0.090MPa；功率：100kW；风机数量：1台。通过对各用气点增加比例开度阀控制启停气，并与根据现场DO仪与比例开度阀联动实现精准曝气。

改造后磁悬浮鼓风机供气流程图

4 改造前后风机节能降耗比较

4.1 能耗比较（表1）

表1 改造前后风机性能参数

广汽本田汽车有限公司（增城工厂）二线污水站已处于满负荷正常运行状态。所以，对磁悬浮风机和罗茨鼓风机的能耗比较采用在相同运行条件前提下，比较设备运行功率的方式。

表2 改造前后风机风量与功率的对应关系

表2是根据各用气量点同一条件下的实测值，磁悬浮鼓风机较罗茨鼓风机功率节约在22%~31%，投入运行后因实际曝气量与DO联动，运行功率会存在偏差。

表3 改造前后风机实际运行功率对比

2020年磁悬浮鼓风机总能耗

589255KW

2018年罗茨鼓风机总能耗

862422KW

磁悬浮鼓风机与罗茨鼓风机能耗对比

表3是根据2018年与2020年罗茨鼓风机与磁悬浮鼓风机的月度运行能耗对比，磁悬浮鼓风机比罗茨鼓风机节能约减少31.7%，合计节省功率约27万KW，节省电费约18万元/年。

4.2 维保耗材比较

表4 罗茨鼓风机和磁悬浮鼓风机维保费用情况

磁悬浮风机主要维保内容为更换过滤网，无其他保养费用，滤每季度更换一次，单套滤网价格为209元，每年更换4套，合计836元，维保费用远低于罗茨鼓风机。

5 结论

广汽本田汽车有限公司（增城工厂）二线污水站满负荷2286吨/日运行，进水水质较稳定。为实现在保证出水水质稳定达标的前提下，进一步节能降耗、降低成本的目的，广汽本田汽车有限公司（增城工厂）二线污水站充分利用磁悬浮风机节能、方便维护的优势，科学调整运行模式，实现精准曝气及并大量节省了风机能耗。目前投入运行1台磁悬浮鼓风机，其余6台罗茨鼓风机留作应急备件，减小投资成本。投入使用一年后，节约能源消耗与维保材料费用共约29万元/年。使用免维护的磁悬浮风机，只需4次/年更换过滤棉，每次约10分钟。运行噪声实测由93.9dB下降到77.4dB。导入磁悬浮鼓风机后整体运维成本明显下降，运行环境得到有效改善。

参考文献

［1］吴顺勇，刘晓冬，吴彦冬． 磁悬浮单级离心鼓风机在污水厂的应用． 设备管理与维修，2012( 6) : 29 － 31．

［2］郝晓地． 可持续污水—废物处理技术． 北京: 中国建筑工业出版社，2006．

［3］亿昇（天津）科技有限公司． 磁悬浮离心式鼓风机使用手册