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1改造目標
拆除并更換現有4臺羅茨風機，項目實施后現場工作環境得到改善，設備穩定性增強，設備維修成本降低，設備運行能耗降低。更換后具體指標要求如下:1)風機供風量及出口壓力保持不變，標準狀態下最大供風量Q=1800m3/h，壓力P=147KPa。2)風機整機運行效率大于80%，葉輪效率大于90%，年運行耗電量節約15%～20%。3)風機出口最高溫度不得超過環境溫度+60°。4)風機集氣罩外監測噪聲≤85dB(采用風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法GB/T2888—91)。
2工程特點及難點
鼓風曝氣是廢水好氧處理中一個重要環節，水深越深，充氧能力越強，氧利用率越高，從理論上講，風機出口風壓越高，水池越深，對于廢水站充氧曝氣越有利，但受流體升壓原理、機械加工精密度及設備性價比的限制，污水處理用風機設計出口壓力小于1個大氣壓(10m水柱)，好氧池水深設計低于10m，在該條件下運行穩定性及經濟性最好。部分鋼廠焦化廢水處理站好氧池池深及配套風機式。寶鋼焦化廢水處理站有好氧池6座，每座長×寬×深=16.00m×16.00m×11.6m(地上5.3m，地下6.37m)，有效水深10.67m。此水深相比較國內焦化廢水處理站好氧池池深多為7～8m，有效水深6～7m的條件，對風機的要求更高。合理選擇風機的類型，是該節能改造項目順利實施的難點和關鍵因素。
3工程設計
3.1風機選型
鼓風機由轉子、軸、葉輪、軸承、同步齒輪、聯軸器、軸套、機體、底座、潤滑系統等部分組成，按類型可分為:離心式風機、羅茨風機、回轉式風機和水環式風機。污水處理廠多采用離心式風機或者羅茨風機，離心式風機又分為多級離心式風機和單級離心式風機兩大類，根據工況不同均有實際應用。各類風機的優缺點說明，為節約用地、增加設備穩定性、提高效率節省能耗，本次設計采用單級離心式風機替代羅茨風機的方案。單級離心式風機主要有渦輪傳動式、磁懸浮式、空氣懸浮式三種。磁懸浮式及空氣懸浮式單級離心風機對小風量低壓力工況運行效果最好，造價低，經濟效益最明顯。在出口壓力大于10m的工況下無運行實績，原因在于隨著風量增大，壓力升高，產品成熟型號的變少，設備穩定性變差，當配套電機用電量高于200kW時，需要增加高低壓變頻器，導致價格陡升，價格優勢不明顯。項目綜合考慮一次性投資、運行穩定性等因素，本次改造采用渦輪傳動單級離心式風機(以下用離心式風機)的方案。
3.2主要設備參數
1)曝氣用離心式風機共設計3臺(2用1備)，標準狀態下單臺風量Q=6900m3/h;出口風壓P=147kPa，配套電機N=315kW，電壓3kV，保證系統最大供風能力不變。風機含本體及進口擴壓消聲器、出口柔性接頭、放空消聲器、放空電動閥、出口止回閥、整機隔聲罩、現場控制柜及集中控制柜、專用工具及隨機備品備件。風機吸排氣系統選擇帶進出口導葉，具備進出口導葉連動控制功能。風機配套油路系統及風管的控制及保護?？刂撇捎矛F場操作，中控室監控的控制方式。2)離心式風機出口溫度夏季極端氣溫100℃，遠遠高于好氧池實際控制水溫33～35℃，需在每臺風機出口增加空氣換熱器，換熱器處理風量6900m3/h，換熱器進口溫度100℃，出口溫度50℃，設備進口壓力1.47MPa，出口壓力1.40MPa，換熱器用循環水進行熱交換，單臺換熱器循環水用量15m3/h，進口溫度33℃，出口溫度45℃，循環水就近從地下3m管溝中接出。3)羅茨風機為容積式風機，出風主管徑DN400，風管流速30m/s。改用離心式風機后，若風速過高會導致實際流量—壓力曲線發生偏移，離心式風機無法在高效區運行，設備故障率高、能耗高、使用壽命減少。因此需控制風主管流速理想流速8～10m/s，保證喘振裕度在100%～110%，需將出口主管徑更換為DN700，管材采用不銹鋼304管，路由不變。從風機出口匯總后爬升經過缺氧池頂部達到好氧池后分入各用氣支管。
3.3工藝布置
風機區域占地面積312m2，長×寬=26.00m×12.00m。原地拆除4臺羅茨并更換為3臺渦輪傳動單級離心式風機，單臺設備基礎長×寬=5.20m×2.60m，空氣換熱器安裝在出口管道上。為保護設備防止潮濕，頂部加蓋擋雨棚，棚內設計5t電動單梁懸掛起重機1臺，跨度8m。
3.4節能分析
不同的運行工況，離心式風機在不同流量對應的運行功率。根據現場實際運行要求，對標準狀態運行用電對比，結果如下:1)極端工況(占全年1/4)風量為13800m3/h時，羅茨風機開3臺，離心式風機開100%，年用電量:羅茨風機為578.16×104kW;離心式風機為457.27×104kW。2)正常工況(占全年3/4)風量為9180m3/h時，羅茨風機開2臺，離心式風機開66%，年用電量:羅茨風機為385.44×104kW;離心式風機為15.36×104kW。3)年綜合節約電量=離心式風機用電量—羅茨風機用電量為82.79×104kW。綜上所述，采用離心式風機對于節約用電效果好，年節約用電可達82.79×104kW，年節約用電19.09%。按工業用電單價0．79元計，年節約費用65.4萬元人民幣。
4工程投資及運行效果分析
4.1工程投資
該工程總投資約1000萬元(不含增值稅)，其中:設備費約700萬元，建筑安裝費約120萬元，動產類材料費約100萬元，其他費用約80萬元。
4.2運行效果分析
設備投入使用后，運行穩定，離心式風機整機運行效率達到82%，葉輪效率95%，隔聲罩外1m噪聲82dB，夏季出口溫度為100℃，節約年用電量19.09%?？傮w指標滿足改造目標的要求。設備更換前，羅茨風機每年需要大修更換軸承，年維護總費用為36萬元。設備更換后，離心式風機1年僅需更換1次油過濾器濾芯及2次進口空氣過濾器濾芯?？晒澕s設備維護費用32萬元/年。綜上所述，采用離心式風機替換羅茨風機，實際運行費用可節約97.4萬元/年。
5結語
1)寶鋼焦化廢水處理站采用渦輪傳動單級離心式風機替換二級增壓羅茨風機有很好的節能效益，節約年用電量19.09%，設備噪聲從105dB降低至82dB，具有很好的經濟效益及環境效益。2)采用渦輪傳動單級離心式風機用于好氧池池深大于11m，有效水深大于10m的焦化廢水處理站，方案可靠可行，對于同等類型的新建改建擴建項目具有指導意義。
作者：龐翠玲 劉捷濤 單位：寶鋼工程技術集團有限公司
