污水处理厂鼓风机特性分析与选型

污水处理厂鼓风机特性分析与选型

曾荣辉

中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610000

摘要：目前我国城镇污水处理主要以活性污泥法为主，鼓风机是系统中最重要、能耗占比最大的设备之一，其选型合理与否，直接影响污水处理设施的运行成本和出水稳定性。目前市面上鼓风机型式众多，特性各异，本文对各类鼓风机的特性及适用环境进行分析，并以案例形式介绍风机选型方法，供类似项目参考。

关键词：污水处理；鼓风机；特性分析；选型

目前国内外污水处理项目常用的鼓风机主要容积式和离心式两大类。容积式风机利用转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体，常见机型有罗茨鼓风机、螺杆鼓风机等；离心式风机通过风机叶轮高速旋转带动气流，在离心力的作用下实现气体的加压和输送，常见机型有单级高速离心风机、多级离心风机、空气悬浮鼓风机、磁悬浮鼓风机等[1]。

一、常用风机类型特性分析

1、罗茨鼓风机

工作原理：罗茨鼓风机为容积式风机，当转子处于高速运转过程中，被抽气体通过进气口进入到泵壳和转子两者之间的固定空间之内，之后通过排气口排出，目前常用三叶转子。

优点：出风量不会随出口压力变化而大幅波动，风量与转速相关性较高，便于曝气量的精确控制；可频繁启停；购买成本低，维护简单，可在现场完成。

缺点：规格扩大存在一定阻碍、流量＞120m3/min时，其占地面积较大，工作效率相对较低，噪声大且发热量大。[2]

适用条件：小风量、投资受限、对效率噪声要求不高的工况；适合风量小、风压大且调节范围需求广的工况；可频繁启停。

2、螺杆鼓风机

工作原理：螺杆鼓风机原理与罗茨鼓风机类似，在罗茨鼓风机基础上优化了转子型式，一般是设置两根平行的阴阳转子，在“∞”形气缸中相互啮合形成工作容积，通过同步齿轮，转子作反向高速转动，随着转子转动工作容积的大小发生周期性的变化，在气体输送过程中同时实现气体的压缩。

螺杆鼓风机可以看成是罗茨鼓风机的升级，相比罗茨鼓风机主要优势体现在效率高、流量调节范围更广、噪声较低[3]。

适用条件：中小风量工况；特别适合风量小、风压大且调节范围需求广的工况；可频繁启停。

3、单级高速离心风机

工作原理：通过齿轮增速，带动开式叶轮高速旋转压缩空气，一次达到设计压力值，转数一般在2.0万r/min以上。风量通过导叶调节，调节范围较广。

优点：容易扩大单机风量，相对来说，满载效率高、占地面积较小，流量调节范围广。

缺点：设备价格高、润滑系统与控制系统较为复杂、维护费用高，当设备处于高速转动过程中，噪音相对较高；不宜频繁启停。

适用条件：中大风量长期满负荷运行工况；适用于风量大范围调节。

4、多级离心风机

工作原理：通过电机带动多级闭式叶轮旋转压缩空气，逐级叠加至所需压力。

优点：具有成本低、使用时间长、可靠性高等有点，跟单级离心机与罗茨鼓风机相比，噪音较小。

缺点：跟单级离心风机相比，满载效率低。

适用条件：中小风量、长期低负荷运行工况。

5、空气悬浮鼓风机

工作原理：空气悬浮鼓风机为单机高速离心风机的一种，高频同步电机直驱叶轮，通过轴承高速旋转产生空气膜使轴与机体分离达到悬浮状态。

优点：价格较低，满载效率高、占地面积较小，噪声小。

缺点：风量依靠转速调节，调节范围小；对风压变化非常敏感，启动磨损较大，频繁启停会导致结构损伤。

适用条件：中小风量，且长期在设计工况下运行

6、磁悬浮鼓风机

工作原理：磁悬浮鼓风机也是单机高速离心风机的一种，原理与空气悬浮风机类似，悬浮方式：通过电磁作用使轴承与机体分离达到悬浮状态。

优点：价格较空悬浮高，满载效率高、占地面积较小，噪声小。

缺点：风量调价范围小，对风压变化非常敏感，不宜频繁启停。

使用条件：中风量，且长期在设计工况下运行。

二、鼓风机选型案例与分析

本次以某小型污水处理厂为例，来对鼓风机选型进行具体分析。

项目概况：某小型污水处理厂设计规模2.5万m3/d，采用以改良AAO为主体的生化处理工艺，本次对其生化池曝气所需鼓风机进行选型比较。该项目生化池设计气水比7.3:1，好氧区设计水深7.8m，选用3台风机，2用1备（1台工作风机对应1格生化池）。单台风机风量G=3802m3/h，风压H=0.90bar。因生化池曝气量按设计水质、设计水量计算得来，实际运行时大部分时段都会存在水量或水质低于设计值的情况，故所选风机需满足较广的风量调节需求；因生化池水深基本恒定，风压波动范围较小。

本次比较均已上述条件为基准，具体如下表：

各类风机选型比较表

鼓风机比较总结如下：

1、从经济角度分析，尽管罗茨鼓风机价格便宜，但其效率低、噪声大，在大力提倡节能环保的基调下，不予推荐；单级高速离心风机、多级离心风机价格偏高，满载运行效率偏低，应用于小型污水处理厂优势不明显，也不适合本项目。

2、从工况分析，磁悬浮风机、空悬浮鼓风机调节范围较窄，且与本项目对曝气高精度控制的要求，不予采用。

3、剩下螺杆式鼓风机尽管存在效率相较悬浮类风机偏低、引进时间不长等缺点，但其风量调节范围大、节能、噪声较小、可实现曝气精确控制，与项目需求匹配度最高。此外项目运营单位已有螺杆鼓风机管理维护经验，故推荐采用螺杆式鼓风机。

污水厂鼓风机的选型并非一成不变的，需要对具体用途、风量、风压需求和运行工况进行详细分析，选出特性匹配、技术经济合理的机型。

三、总结

鼓风机作为污水处理厂最重要的设备之一，其选型合理与否，直接影响污水处理设施的连续稳定运行，同时对污水处理能耗影响较大，需高度重视。目前市面上鼓风机型式众多，价格各异，且各类鼓风机的特点及适用环境不一，需进行技术经济对比分析，并结合项目实际运行工况和投资水平，综合比较后确定。

参考文献:

[1]赵广超.工业园区污水处理厂鼓风机选型与配置研究[J].给水排水,2021(8):73-78.

[2]刑洪魁.罗茨鼓风机噪声综合治理实践[J].煤炭加工与综合利用,2020（6）:92-94.

[3]王勇全.污水站鼓风机选型与优化[J].中国设备工程,2021.03(下):120-121.