目前，國內(nèi)二級生物處理污水處理廠大多采用鼓風曝氣工藝，鼓風機是該工藝的關(guān)鍵設(shè)備。鼓風機的能耗有時約占污水處理廠總能耗的60%。因此，污水處理廠選擇哪種形式的風機是一個非常重要的問題。風機的正確選擇與投資規(guī)模和運行管理成本密切相關(guān)，涉及投資是否合理和長期效益。

風機主要有羅茨風機、多級離心風機和單級離心風機。近年來，出現(xiàn)了磁懸浮和氣懸浮風機。以下僅對目前污水處理廠應(yīng)用廣泛的羅茨風機、多級離心風機和單級離心風機進行比較。

1.各風機的原理和基本特點。

1.羅茨風機。

1.1羅茨風機的工作原理。

由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，抽出的氣體從進氣口吸入轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間V0，然后通過排氣口排出。由于吸入后V0空間完全關(guān)閉，泵腔內(nèi)的氣體沒有壓縮和膨脹。但當轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣，V0空間與排氣側(cè)相連時，由于排氣側(cè)氣體壓力高，部分氣體返回空間V0，突然增加氣體壓力。當轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，氣體排出泵。

1.2羅茨風機的特點。

①價格低廉，回轉(zhuǎn)機械簡單，易于控制和維護;

②壓力隨背壓變化;小流量高速風機效率高;

③效率一般低于多級。單級離心風機;

④當流量大于120m3/min時，占地面積大。

2.多級離心風機。

2.1多級離心風機的工作原理。

離心鼓風機依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對氣體的作用，將電機的機械能傳遞給液體。由于離心鼓風機的作用，當氣體從葉輪進口流向出口時，速度能(動能)和壓力能增加。葉輪排出的氣體通過壓力室，大部分速度可以轉(zhuǎn)化為壓力能，然后沿排出管道輸送。此時，葉輪進口由于氣體排出而形成真空或低壓，氣體在大氣壓的作用下被壓入葉輪進口，因此旋轉(zhuǎn)葉輪不斷吸入和排出氣體。

2.2多級離心風機的特點。

①低速機械，可靠性高，使用壽命長;

②購買成本低;備件為標準件，成本低;不需要復雜的潤滑系統(tǒng);

③易于采用全風冷設(shè)計，無冷卻水相關(guān)故障及維護費用;

④操作維護簡單，操作維護人員不需要特殊培訓(這對遠離大都市的工廠非常重要);

⑤滿載效率高于羅茨風機，略低于單級離心風機;

⑥電機功率小于400kW的型號可采用變頻調(diào)速和直連驅(qū)動，可大大提高部分負載的工作效率。在大多數(shù)工況下，變頻調(diào)速多級離心機的效率將高于單級離心機。由于部分負載是污水處理廠的典型工況，多級離心風機對中小型污水處理廠具有更好的性能、價格比和良好的長短期效益;

⑦噪音低于羅茨風機和單級離心風機;

⑧單機流量在100~400m3/min時具有良好的性能價格比。

3.單級高速離心風機。

3.1單級離心風機的工作原理。

基本原理與多級離心風機相同。空氣從鼓風機吸入管進入進口導葉調(diào)節(jié)器。主驅(qū)動電機通過聯(lián)軸器與增速齒輪連接，增速齒輪驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn)的三元半開式葉輪作用于氣體，然后通過擴壓器、蝸室、排氣消聲器和擴壓管排出。

3.2單級離心風機的特點。

①高速(一般超過2000r/min)，噪音高;

②滿載效率高，不能采用變頻調(diào)速，部分負載能耗高;

③大流量相對占地面積小;

④控制系統(tǒng)非常復雜;潤滑系統(tǒng)非常復雜;維護復雜，大修必須由原廠支持;

⑤需要特殊訓練的操作人員;

⑥設(shè)備投資大;單機流量大于300m3/min的性能價格比高。

二、三種風機綜合對比。

目前國內(nèi)市政污水廠的風機大多是進口產(chǎn)品，以下比較是基于進口風機的參數(shù):

圖1三種風機流量-功率曲線圖。

三種風機的能耗對比如下：三種風機流量-功率曲線圖(見圖1)。當流量較小時，三種風機的效率差異不是很明顯;對于大流量風機，由于羅茨轉(zhuǎn)速無法提高，效率較低;另外兩種離心風機差距較小。

圖2三種風機流量-單位流量成本曲線圖。

三種風機的投資成本對比如:三種風機流量-單位流量成本曲線圖(見圖2)。從上面的曲線圖可以看出:

①小流量范圍：三種風機的能耗差異很小，但羅茨鼓風機成本低，性價比好。

②流量范圍：雖然多級離心風機的成本略高于羅茨鼓風機，但能耗低、效率高、性價比好。

③流量范圍大：單級離心成本低，能耗低，性價比好。

圖3離心風機流量調(diào)節(jié)-部分負載能耗。

離心風機流量調(diào)節(jié)-部分負載功耗(見圖3)。從上面的曲線圖可以看出:

①部分負載:選擇風扇時，流量和壓力會有一定的設(shè)計余量，尤其是流量，一般會有20%~30%的余量;同時，由于污水量和水質(zhì)的波動，所需的風量隨時都在變化。所以嚴格來說，風扇總是部分負載，總是滿載，所以風扇的流量必須調(diào)整。

②單離心風機流量調(diào)節(jié)：必須采用進出口葉片調(diào)節(jié)，但當流量減少時，功耗不同比例降低(如圖3所示)，部分負載效率低，能耗高。

③多級離心風機流量調(diào)節(jié):一般采用入口蝶閥手動或自動調(diào)節(jié)，但節(jié)能效果和單級一樣不理想。HIBON公司采用先進的中小功率(≤400KW)多級離心風機變頻調(diào)速技術(shù)，與流量同步降低功耗，部分負載效率高。

3.風機選型。

從以上比較可以看出，三種風扇各有優(yōu)勢(這就是它們同時存在的原因)。不同規(guī)模的污水處理廠、不同的工藝、不同的投資目的、不同的使用條件可能會有不同的選擇。

①對于小型污水處理廠，最好選擇簡單可靠的羅茨風機。雖然效率較差，但由于價格較低，整體價格經(jīng)濟效益可能較好;

②對于中型污水處理廠，最好選擇經(jīng)濟實用的多級離心機，尤其是變頻調(diào)速多級離心機，性價比高，長期綜合經(jīng)濟效益好;

③單級高速離心風機是大型污水處理廠的好選擇。