污水处理工艺中鼓风机风量变频调节与导叶调控方式的比较

Science &Technology Vision
科技视界在城市污水处理工艺中,活性污泥法具有投资少、处理效率高、运行经验成熟等特点而被广泛使用。

其曝气系统通常采用鼓风曝气。

实际运行中,污水的水质、水量及环境等因素总处在变化之中,曝气系统应能根据曝气池溶解氧含量的变化及时调节供气量,以保证处理效果,并不致浪费能源。

因此,在项目设计阶段,业主和设计单位均高度重视鼓风机的选型及调控方式的选择。

河南省南阳市污水处理厂工程的初步设计,鼓风设备采用了单级高速离心风机,一期采用变频控制调节风量的方案。

为了满足污水处理工艺的要求,最大限度节能、降低建设投资,经考察,并多次组织专家进行技术经济分析和论证,认为针对本工程污水处理鼓风曝气工艺特点,二期采用进口导叶是鼓风机合理的调控方式。

1离心鼓风机的原理及调控方案
1.1离心风机的工作原理及特性
单级高速离心风机的工作原理是:原动机通过轴驱动叶轮高速旋转,气流由进口轴向进入高速旋转的叶轮后变成径向流动被加速,然后进入扩压腔,改变流动方向而减速,这种减速作用将高速旋转的气流中具有的动能转化为压能(势能),使风机出口保持稳定压力。

从理论上讲,离心鼓风机的压力-流量特性曲线是一条直线,但由于风机内部存在摩擦阻力等损失,实际的压力与流量特性曲线随流量的增大而平缓下降,对应的离心风机的功率-流量曲线随流量的增大而上升。

当风机以恒速运行时,风机的工况点将沿压力-流量特性曲线移动。

风机运行时的工况点,不仅取决于本身的性能,而且取决于系统的特性,当管网阻力增大时,管路性能曲线将变陡。

风机调节的基本原理就是通过改变风机本身的性能曲线或外部管网特性曲线,以得到所需工况。

1.2鼓风机调控方案
在初步设计中,鼓风曝气装置,设计选用变频磁悬浮鼓风机和西门子单级高速离心鼓风机。

考虑到污水处理量的不均衡性,为了节约能源,保证风机出口压力不变及各工艺构筑物需气量的要求,设计一期采用变频调节的方式和二期采用可编程逻辑控制器来调控鼓风机风量的变化。

图1鼓风曝气示意
2离心风机调控方式的分析、选择
离心风机是目前应用最广泛的风机,是风机节能的主要对象。

从调查中了解到,目前风机运行中存在的主要问题是能源浪费严重。

根据国家有关部门统计,风机与泵的用电量占全国用电总量的40%左右[1]。

造成风机能耗大的主要原因是由于运行中的风机大量采用档板、阀门等调节方式。

这种方式虽简便易行,但在调节过程中将产生大量的能量损耗。

因此,在污水处理工程中需经常调节风量的鼓风机,应选择
合适的调节方式,以降低能耗。

2.1变频调控原理与特性
随着科技的不断发展,交流电机调速技术被广泛采用。

通过新一代全控型电子元件,用变频器改变交流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。

图2变频调节时风机的性能曲线
变频调节的节能原理:
图2中曲线1和2表示调速时的压力-流量曲线,曲线3和4表示节流调节时管路阻力特性曲线,曲线5表示恒速时功率-流量曲线,设A 点为风机最大工况点。

当风量需从Q 1减少到Q 2时,如果采用节流调节法,工况点由A 到B,风压增加到H 2,由图中可看出轴功率P 2下降,但减少的不太多。

如果采用变频调节方式,风机工况点由A 到C,可见在满足同样风量Q 2情况下,风压H 3将大幅度下降,功率P 3随着显著减少。

节省的功率损耗△P=△HQ 2与图中面积BH2H3C 成正比。

由以上分析可知,变频调节是一种高效的调节方式。

鼓风机采用变频调节,不会产生附加压力损失,节能效果显著,调节风量范围0%-100%,适合调节范围宽,且经常处于低负荷下运行的场合。

但是,当风机转速下降,风量减小时,风压将发生很大变化,由风机比例定律:
Q 1/Q 2=(n 1/n 2),H 1/H 2=(n 1/n 2)2,P 1/P 2=(n 1/n 2)3
可知,当其转速降低到原额定转速的一半时,对应工况点的流量、压力、轴功率各下降到原来的1/2、1/4、1/8,这就是变频调节方式可以大幅度节电的原因。

根据变频调节这一特性,对于在污水处理工艺中,曝气池始终保持5m 正常液位(见图1),要求鼓风机在出口压力恒定的条件下,进行大范围的流量调节,当调节深度较大时,将会使风压下降过大,不能满足工艺要求。

当调节深度较小时,则显示不出其节能的优势,反而使装置复杂,一次性投资增高(本工程中鼓风机采用变频调节比导叶调节增加一次性投资20万元)。

因此,对本工程的曝气池需保持5m 液位的工况条件下,采用变频调节方式显然是不合适的。

2.2进口导叶调节原理及特性
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导叶-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。

污水处理工艺中鼓风机风量变频调节与
导叶调控方式的比较
杨阳马帅
(南阳市污水净化中心,河南南阳473000)
【摘要】为了进一步降低污水处理设施的能耗,本文分析了单级高速离心鼓风机变频及导叶方式调节风量的原理和特性。

根据南阳市污水处理工艺对风机风压与风量的要求,提出鼓风机应采用进口导叶方式调节风量的观点。

【关键词】鼓风机;变频调节;
导叶调控. All Rights Reserved.
Science &Technology Vision 科技视界(上接第227页)以后的学习。

这样让每个学生积极投身到学习活动中,所取得的效果远远比完全由教师指导下学习的效果要好得多,在充分给学生自主权的同时,教师也了解了学生的思维状态,更有利于按学生的学路来及时调整教路,真正做到教法为学法服务,从而也真正体现了学生的主体性。

一个班的学生,学习程度是不一样的,为贯彻因材施教的原则,课内课外的练习都要考虑各种层次学生的需要。

安排一些弹性题目,让学生根据自己的知识水平挑选,以便扬长避短,更好地发挥参与效果。

如平时教完新课后,往往要布置关于课文新单词词组的练习,或者是课文的背诵、抄写的作业,教师应避免“一刀切”,让每个同学都单一的进行背诵,抄写,这样会让学生感觉到为背诵而背诵,为抄写而抄写,因此草草了事,甚至在作业检查中作弊,这样收效甚微。

一般就可以选择比较灵活的方法,让学生根据自己的实际情况,选择自己认为比较难写或容易搞错的语言点,有针对性地用心去
记,而教师则通过一些灵活的试题,替换练习,来检查大家对所学的掌握。

这样就避免了训练的随意性。

而课文中,有的表达方式比较优美,遣词造句很是典型,那么可以要求学生根据自己的爱好,把自己认为好的妙词佳句摘录下来,熟读成颂,把书本的语言,地道的英语表诉转化为自己的语言。

这样才能真正的将所学运用于实际。

[1]刘晓玲.高职英语教学作用、定位、现状与改革[J].教育研究与实践,2009(8).[2]李航.有效教学研究及其对外语教学的启示[J].外语界,2008(2).
[3]李蕾,杨登新,孔娟.关于高职英语教学改革的思考[J].疯狂英语,2007(3).[4]王鉴,申群英.我国有效教育十年:回顾与反思[J].教育科学研究,2008(10).
[责任编辑:杨玉洁]
进口导叶调节风量原理是:当导叶安装角θ=0°时,导叶对进口气流基本上无作用,气流将以径向流入叶轮叶片。

当θ>0°时,进口导叶将使气流进口的绝对速度沿圆周速度方向偏转θ角,同时对气流进口的速度有一定的节流作用,这种预旋和节流作用将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。

进口导叶调节的节能原理通过图3说明。

图3进口导叶调节时风机的性能曲线
图3中曲线1为节流调节时功率-流量曲线,曲线2为进口导叶调节时的功率-流量曲线。

当进口导叶安装角由θ1=0°增大为θ2或θ3时,运行工况点由M 1移至M 2或M 3;流量由Q 1减小至Q 2或Q 3;轴功率由P′1减少至P′2或P′3。

图中用剖面线表示的面积为进口导叶比节流调节节省的功率。

在本工程中,曝气池深度是固定的,鼓风机在保持出口压力恒定条件下,进行流量调节,即H=常量,Q=变量时,管网的特性曲线近似于水平直线,鼓风机采用进口导叶调节,不必借助于改变管网特性曲线,可通过改变导叶的开闭角度,使风机的压力-流量性能曲线改变,流量的变化是通过将工况点移动到新的改变了的风机特性曲线上的方法实现的(见图4)。

图4本工程进口导叶调节时风机性能曲线
离心风机采用进口导叶调节方式,在部分负荷运行时可获得高效率和较宽的性能范围,在保持出口压力恒定条件下,工作流量可在
50%-100%额定流量范围内变化[2]。

调节深度愈大、省功愈多。

如流量减少到额定流量的60%时,进口导叶方式比进口节流方式节省功率达17%之多[3]。

此外,其结构相对简单,运行可靠,维护管理方便,初期投资低。

因此,本工程中鼓风机采用进口导叶调节流量,显然是最佳调节方式。

2.3不同调控方式的比较
图5不同调节方式下功率消耗比较
1.出口节流(离心);
2.进口节流;
3.导叶调节(轴流);
4.导叶调节(离心);
5.液力耦合器;
6.动叶可调;
7.变频调节;
8.理想曲线
图5给出了不同调控方式时风量和轴功率的关系。

尽管变频调节的离心鼓风机调节范围很广,在节能上有显著效果,但用在本工程的工艺系统中将受到工艺条件限制,调节范围仅为80%-100%,而且通过图5[3]可看出,在相对流量变化不大时,变频与导叶两种调节方式消耗功率差别并不大,因此采用变频调节方式其节能特长显示不出来,这就失去了选择它的意义。

而选择导叶调节方式的鼓风机,在保持出口压力恒定条件下可以较大范围调节风量(50%-100%),以保证污水中溶解氧含量稳定,相对地节省了能源。

所以应选择导叶调节方式的高速离心风机,作为本工程的设备选型。

同时,为了更好地体现出节能效果,对于大功率的离心风机,还应注意配套电机的选择,如采用10kV
高压电机,也有助于降低能耗。

3结语
通过对变频与导叶调节方式的原理与特点的分析,明确了在采用鼓风曝气的污水处理工艺中,鼓风机调控方式的选择,不能只考虑节能,必须在满足曝气工艺对风量、风压要求前提下,从流量变化范围、风机功率大小、调节装置的技术复杂程度、可靠性及投资等方面综合考虑,进行技术经济分析,作出合理的选择。

【参考文献】
[1]吴民强.泵与风机节能技术问答[M].北京:中国电力出版社,1998.
[2]
王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理[M].北京:科学出版社,1997.[3]聂能光.变频技术适用问答[M].北京:科学出版社,1990.
[责任编辑:杨玉洁]
295
. All Rights Reserved.。