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鼓风机房设计

污水处理厂的核心部位是曝气系统，而鼓风机房是保证曝气系统正常运行的关键，如果鼓风机房停机，则整个生化系统瘫痪。同时，鼓风机也是污水处理厂两大能耗产生点之一，一般曝气风机的耗电量约占全厂用电量的50%～70%，因此曝气风机的效率是影响污水处理厂运行费用的主要因素。
鼓风机的设计对污水厂的经济运行至关重要。现从设备选型、节能降耗、降温降噪、管路设计以及风机房布置等方面进行探讨。

一、风机选型
用于污水处理的鼓风机主要有罗茨风机、离心风机、轴流风机和回转式鼓风机。目前国内污水处理厂常用的鼓风机有罗茨鼓风机和离心鼓风机，离心鼓风机又分为单级高速和多级低速两种，它们有其各自的适用性。
1、风机介绍
罗茨鼓风机是容积式气体压缩机，其特点是：强制流量，在设计压力范围内，管网阻力变化时其流量变化很小；在流量要求稳定而阻力变化幅度较大的工作场合，可予自动调节，故工作适应性较强。与离心风机相比价格低，而它的噪音大，存在润滑油向气缸渗漏的缺点，同时其风量调节只能采用变频调速和出风管放气，变频调速设备本身的价格比鼓风机价格还要高，出风管放气则造成能量浪费，因此只适用于中小型污水处理厂。
离心鼓风机是速度型，较容积式风机具有供气连续、运行平衡，效率高、结构简单、噪声低、外型尺寸及重量小、易损件少等优点。离心鼓风机又分为多级低速和单级高速，单级高速以提高转速来达到所需风压，较多级风机流道短，减少了多级间的流道损失，特别是可采用节能效果好的进风导叶片调节风量方式，适宜在大中型污水处理厂中采用。
在国外大型污水处理厂，轴流风机也已用于鼓风曝气，如瑞士SULZER公司、美国DRESSER-RAND公司生产的轴流式曝气鼓风机都有用于污水处理厂的记录。目前世界先进国家大型污水处理厂采用轴流曝气鼓风机的有：美国芝加哥市西部南区454万吨特大型污水处理厂；法国巴黎阿谢尔210万吨污水处理厂；莫斯科新库里杨诺夫200万吨污水处理厂；日本东京森崎128万吨污水处理厂。
目前国内生产厂家：陕鼓；应用实例：暂无。
回转式鼓风机应用于小规模的小区污水处理及小型污水处理装置中，本文也不做考虑。
2、风机选型
风机选型应满足污水厂投资低、能耗低的要求。主要根据鼓风量和设备价格进行选型。

风机类型
轴流风机
单级高速
多级低速
罗茨风机
适用风量(m3/min)
>1000
>160
60~200
<60
风机效率(%)
89～92
78～82
70～75

单台可调流量(%)
50～100
45～100
70～100
70～100
多级离心风机比同样风量和排风压力的单级高速风机价格低15~20%。
3台或3台以上离心风机并联，要求每台机组都必须在理想状态下操作，每台风机的出口压力要求完全相同，流量才可以线性叠加；而实际运行中，即使设计参数完全相同的离心机，也会由于制造误差、运行时的流量和压力不完全相同、各风机配套的管网阻力不同，导致并联运行时总流量并不等于各单机流量的代数和，实际上要小一些；离心机并联使用时各单机的单独调节，也直接影响并联后的流量和压力。这样选型时应考虑30%的设备系数。

二、风量调节

曝气池的需气量是不断变化的，气温也会引起气量的改变，为了节省能量，需要不断改变鼓风机的供气量以适应不同的工况，这就是风量调节。
鼓风机的风量调节有出口节流调节、进气节流调节、进口导叶片调节(过气预旋调节)和变速调节等方式。
1、出口节流调节
这是人为加大管网阻力的调节方法，会使整个装置的效率大大下降。
2、进气节流调节
通过改变进气阀门的开度来改变风机性能曲线达到调节目的。此法比出口节流的经济性好，而且节流后喘振流量向小流量方向移动，使风机可能在更大的流量范围工作，是一种简便常用的调节方法。
3、进口导叶片调节
这是使气流产生预旋的调节方法，其效率较高，调节范围大，在避免鼓风机喘振、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，特别是对多级风机来说，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。
4、变速调节
是最节能的调节方法，但此法会使设备复杂化，而且造价高，适用于蒸汽轮机、燃气轮机拖动的鼓风机，也可用于小型风机。
目前常用的风量调节方法是进口节流、进口导叶片调节和变速调节。东郊污水厂和纪庄子污水厂均采用进口导叶片调节，不少新建的污水污水处理厂则采用变速调节。通过变速调节鼓风机风量，可以节省大量电能，降低运行费用。

风机类型
单级高速
多级低速
罗茨风机
调节方式
（按优先顺序）
1.变频调节；
2.进口导叶片调节；
3.进气阀门调节；
4.出口阀门调节
1.变频调节；
2.进气阀门调节；
3.出口阀门调节
1.变速调节；
2.出口阀门调节
3.旁路调节

三、空气过滤
为节省能耗、提高氧的利用率，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160μm左右，所以进气必须经过过滤，以免堵塞微孔，一般要求通过的灰尘粒径小于2μm，除尘效率95%以上。
目前污水处理厂空气过滤设备的主要型式有静电除尘器和过滤式除尘器。
1、静电除尘器
利用电场产生的静电力使尘粒从气流中分离。静电除尘器内设置高压电场，在电场作用下，空气中的自由离子向两极移动，当电压升高到一定数值后，会出现空气电离，尘粒向集尘极移动并沉积下来。静电除尘器对粒径1～2μm的尘粒除尘效率可达98～99%，与其它高效过滤器相比，静电除尘器的阻力比较低，但其结构复杂，设备庞大，一次性投资大。
2、过滤式除尘器
通过滤料(纤维、织物)使尘、气分离。灰尘在过滤器中的分离是依靠筛滤、惯性碰撞、接触阻留、扩散、静电等机理的综合作用，它具有除尘效率高、结构简单、投资省、运行稳定可靠等优点。
按空气过滤的效率又可分为
初效过滤器　对于＞5μm灰尘除尘效率70～96%
中效过滤器　对于＞lμm灰尘除尘效率90～96%
高效过滤器　对于＞1μm灰尘除尘效率99%
在静电除尘器或袋式过滤器等高效过滤器前应设置低阻力的初效过滤器以去除粗大尘粒，有利于更好地发挥高效过滤器的作用。例如在纪庄子污水处理厂鼓风机房改造工程中，空气过滤就采用了初效过滤和高效过滤两级。
1）初效过滤
为减少清洗过滤器的工作量，提高运行管理水平，采用自动卷统式空气过滤器。此过滤器是以化纤卷材为过滤介质，以过滤器前后的压差为传感信号，当滤材积尘到一定程度，过滤器的自控系统自动卷绕更新。过滤效率为：
对于＞1μm灰尘除尘效率＞70%
对于＞5μm灰尘除尘效率＞80%
对于＞8μm灰尘除尘效率＞96%
2）高效过滤
选用袋式过滤器。滤袋采用超细纤维毡及维尼龙粘胶纤维织布构成，具有很高的过滤效率。

对于采用微孔曝气头的污水处理工艺，推荐过滤方式为：进风塔＋百叶窗进风＋自动卷绕式过滤器＋鼓风机进风过滤器。

四、管路设计
1、管材选用：不锈钢、碳钢、玻璃钢
2、管道防腐：管道采用环氧复烯处理
3、风压核算：
风压的计算主要包括管路阻力损失的计算及风压的换算。
空气从进风塔经鼓风机到曝气头所经过的流程如下：
进风塔→卷帘式空气过滤器→细过滤（布袋除尘器）→进风管→进风过滤消音器→风机→出风管→止回阀→闸阀→出口消音器→风管→反应池调节阀门→曝气头→水面
主要阻力损失估算：卷帘过滤器约0.2m，管路损失约0.3m，曝气头0.3m
4、风量核算：
根据当地气温和大气压，以及反应池曝气所需的标准需氧量，换算出当地条件下的实际需风量，核算风机风量是否合适。

五、降温问题
为改善鼓风机房运行管理环境，在选择鼓风机时需考虑鼓风机的冷却型式。目前常采用的冷却方式有水冷(如纪庄子污水厂)和风冷如东郊污水厂)，通过运行后发现水冷虽然增加了冷却水系统，但运行环境良好。而风冷的鼓风机，热量直接排至室内，夏季室温可高达40℃以上。东郊污水厂只好在每台鼓风机上加设通风机及排风管道，影响了机房的环境。因此，在鼓风机选型时最好选择水冷型式。
隔音罩为了保证有效隔声，为了达到良好的密闭性，一般采用较厚的玻璃棉材料。它既是吸声材料，也是保温材料，因此隔音罩散热能力很差。本工程中的鼓风机是间歇工作，在非工作时间，罩内不形成负压，罩外空气不能进入罩内起散热作用，鼓风机再工作时环境温度将较高。
降温方式选择：水冷>风冷
推荐降温措施：进风轴流风机＋隔音罩排风管＋排风管设轴流风机
降温所需通风量的计算参考如下公式：
电动机散热量

其中，Q——电动机散热量，kcal/h；
n——同时开启风机最大台数；
Ne——电机功率，kW；
η——效率系数。
室内通风量

其中，C——比热容，0.24；
γ——换算系数，1.1843；
tp——电机最高温度，℃
tj——进气最高气温，℃。
以上公式计算比较复杂，也可按风机房每分钟换气次数15次进行估算。

六、降噪问题
鼓风机房噪声来源主要包括进气口和排气口辐射的空气动力性噪声、机壳及轴承辐射的机械性噪声、基础振动辐射的噪声和电动机噪声。
鼓风机房噪声的控制措施主要有：
1．减振振动是噪声的主要来源。减轻机器的振动是控制噪声的治本方法。风机外壳材料宜选用铸铁；风机进出口设置柔性减振接头；小型风机可在机组基础下加设减振器。
2．管道消音：设置消音器，这是风机设计采用的常规降噪措施，主要是在进、出风管上分别设置进风消音器和出风消音器。消声器的选用应注意其允许通过气体压力。国内定型生产的各类罗茨风机消音器限定通过气体压力低于50kPa。
3．机组隔音：通过设置隔音罩来避免机组产生的噪声直接传播到空气中。
4．风机房降噪措施：采用隔音门窗，隔声量约25dB（A）；进风廊道设吸音板；风机房排气扇设消音器；风机房设置吸声吊顶；或者将鼓风机设置在地下。设置吸声墙壁和吊顶的风机房，隔声量约40dB（A）。
5．包覆措施：尽量减少噪声直接辐射到空气中。出风管道尽量设置在地下；管道用隔音材料包覆。
通过综合控制会使整个鼓风系统的噪声减弱，达到规范的要求。
推荐降噪方式：合理放大风机房内风管管径、风机设隔音罩、采用隔音门窗、设进出口消音器、出风管置于风道内。

七、风机房布置
鼓风机四周应有1.5~2m的空间；如果鼓风机采用室内进风，室内、外通气口截面积应为鼓风机进气口截面积的5倍以上。
风机基础一般比机座每边宽出100~150mm；基础高出地面的高度通常为100~250mm；基础总深度约比地脚螺栓埋入深度深200~250mm；基础与墙壁的距离不得小于300mm；基础不得与建筑物墙体刚性相连。

八、实例参考
某鼓风机房设计计算书。
1、设计条件
总鼓风量=6126Nm3/h=105.33m3/min
2、鼓风机选择
鼓风机选型主要由项目公司进行经济分析后确定，本文不给出选型过程。
1）近期风机选择计算
①风量风压
总风量Q=105.33m3/min
风压P=70KPa
②机型选择
采用章晃鼓风机厂高压型直联式三叶罗茨鼓风。
型号：SSR-200H
数量：3台（2用1备，其中1台采用变频控制）
参数：单台风机风量Q=56.85m3/min，风压差P=0.07MPa，功率N=110KW
2）中期风机选择计算
中期增加SSR-200H鼓风机3台，2用1备。
3、凤管及风道
1）进出风风管管径
①单台风机进出风管
风量Q=56.85m3/min，管径DN300，风速v=13.41m/s
②鼓风机房进出风管（近期）
近期规模Q=113.7 m3/min，采用单管向CSBR池供风。
出风管管径DN500，风速v=9.66m/s
③鼓风机房进出风管（中期）
中期规模Q=227.4 m3/min，单独增设与一期相同的一个系列。
2）鼓风机进风风廊
风廊按中期设计。
中期总风量为Q=227.4 m3/min
风廊尺寸B×H=2.2m×3.0m=6.6m2
风廊气流速度v=0.57m/s满足要求。
进风塔设百叶窗4扇，单窗尺寸2×1.5m
总开窗面积4×2×1.5＝18m2，设有效缝隙率50％，总有效面积6m2
过滤气速=0.63m/s，满足要求。
自动卷绕式空气过滤器采用天津市净化设备厂TJ-3型，过滤高度2.0m，过滤面单元宽度1.0m，额定风量14000-18000m3/h。
4、鼓风机房通风量
鼓风机房换气量暂按风机房换气次数进行估算。
风机房暂设轴流风机6台，单台Q=6000m3/h，风机房换气量15次/min。
其中，排风扇3台设置在北侧3.5米高处，吸风扇设在风机房南侧地面0.2m高处。

5、吊车梁
鼓风机重量860kg，电机重量740kg，整机重量1.6t
鼓风机房行吊高度H=h1+h2+h3+h4+h5
h1：悬挂梁高度0.685m
h2：电动葫芦高度1.247m
h3：吊绳长度1.5m
h4：风机高度1.0m
h5：基础高度0.2m
h6：起吊高度0.8m
行吊高度H=5.432m，吊轨顶标高为6.0m，满足要求。
6、基础
1）设计条件
素混凝土容重：2.4t/m3
基础重量>2.5~4.5机组重量
2）风机基础
由于目前风机尚未选定，暂按章晃高压罗茨风机SSR-200H进行设计计算。
鼓风机重量：1.6t
基础体积：L×W×H=2.2×1.2×1.2=3.17m3
基础重量：3.17×2.4=7.60t
7.60/1.6=4.75>2.5~4.5
满足设计要求。
7、管道损失计算
见下页表格。

风机房管道损失计算
注:
弯头均为90度，R=2D

空气密度按20℃计算
ρ=1.2kg/m3

局阻计算公式
Pξ=ρ*ξ*v2/2

管道按流量变化节点进行分段计算

管段
Q
DN
v
⊿P
管长l
Pl
∑ξ
Pξ
h=Pl+Pξ
各管段损失(Pa)
m3/min
mm
m/s
Pa/m
m
Pa/m

Pa
Pa
Pa
1
56.85
300
13.41
7
5
35
4.0
431.7
466.7
风机出口到反应池第一根支管
1030
2
56.85
500
4.83
0.55
3.2
1.76
3.0
42.0
43.7
3
113.7
500
9.66
1.8
131.6
236.9
4.7
262.9
499.8
4
113.7
500
9.66
1.8
5
9.0
0.2
11.2
20.2
5
42.45
500
3.61
0.15
18
2.7
2
15.6
18.3
反应池最远点管道损失
1993
6
27.65
250
9.39
4
23.7
94.8
4.5
238.2
333.0
7
13.825
150
13.05
16
21
336.0
2.7
275.7
611.7
8
9.216
150
8.70
8.0
3.4
27.2
2
90.8
118.0
9
4.608
100
9.78
16.0
4.1
65.6
2.6
149.3
214.9
10
4.352
100
9.24
15.0
0.651
9.8
2
102.5
112.2
11
4.096
100
8.70
13.0
0.651
8.5
2
90.8
99.2
12
3.84
100
8.15
13.0
0.651
8.5
2
79.8
88.2
13
3.584
100
7.61
10.0
0.651
6.5
2
69.5
76.0
14
3.328
100
7.07
10.0
0.651
6.5
2
59.9
66.4
15
3.072
100
6.52
7.0
0.651
4.6
2
51.0
55.6
16
2.816
100
5.98
7.0
0.651
4.6
2
42.9
47.5
17
2.56
100
5.44
6.0
0.651
3.9
2
35.5
39.4
18
2.304
100
4.89
4.5
0.651
2.9
2
28.7
31.6
19
2.048
100
4.35
4.0
0.651
2.6
2
22.7
25.3
20
1.792
100
3.80
2.8
0.651
1.8
2
17.4
19.2
21
1.536
100
3.26
2.0
0.651
1.3
2
12.8
14.1
22
1.28
100
2.72
2.0
0.651
1.3
2
8.9
10.2
23
1.024
100
2.17
1.0
0.651
0.7
2
5.7
6.3
24
0.768
100
1.63
0.7
0.651
0.5
2
3.2
3.6
25
0.512
100
1.09
0.5
0.651
0.3
2
1.4
1.7
26
0.256
100
0.54
0.1
0.651
0.1
2
0.4
0.4

合计
卷帘过滤器损失350Pa，风机出口至反应池1030Pa,反应池最不利点损失1933Pa

曝气头损失0.318mH2O
水深5.8m

所需风压6.455mH2O