改造风机节能的焦化废水处理论文

1改造目标

拆除并更换现有4台罗茨风机，项目实施后现场工作环境得到改善，设备稳定性增强，设备维修成本降低，设备运行能耗降低。更换后具体指标要求如下:1)风机供风量及出口压力保持不变，标准状态下最大供风量Q=1800m3/h，压力P=147KPa。2)风机整机运行效率大于80%，叶轮效率大于90%，年运行耗电量节约15%～20%。3)风机出口最高温度不得超过环境温度+60°。4)风机集气罩外监测噪声≤85dB(采用风机和罗茨鼓风机噪声测量方法GB/T2888—91)。

2工程特点及难点

鼓风曝气是废水好氧处理中一个重要环节，水深越深，充氧能力越强，氧利用率越高，从理论上讲，风机出口风压越高，水池越深，对于废水站充氧曝气越有利，但受流体升压原理、机械加工精密度及设备性价比的限制，污水处理用风机设计出口压力小于1个大气压(10m水柱)，好氧池水深设计低于10m，在该条件下运行稳定性及经济性最好。部分钢厂焦化废水处理站好氧池池深及配套风机式。宝钢焦化废水处理站有好氧池6座，每座长×宽×深=16.00m×16.00m×11.6m(地上5.3m，地下6.37m)，有效水深10.67m。此水深相比较国内焦化废水处理站好氧池池深多为7～8m，有效水深6～7m的条件，对风机的要求更高。合理选择风机的类型，是该节能改造项目顺利实施的难点和关键因素。

3工程设计

3.1风机选型

鼓风机由转子、轴、叶轮、轴承、同步齿轮、联轴器、轴套、机体、底座、系统等部分组成，按类型可分为:离心式风机、罗茨风机、回转式风机和水环式风机。污水处理厂多采用离心式风机或者罗茨风机，离心式风机又分为多级离心式风机和单级离心式风机两大类，根据工况不同均有实际应用。各类风机的优缺点说明，为节约用地、增加设备稳定性、提高效率节省能耗，本次设计采用单级离心式风机替代罗茨风机的方案。单级离心式风机主要有涡轮传动式、磁悬浮式、空气悬浮式三种。磁悬浮式及空气悬浮式单级离心风机对小风量低压力工况运行效果最好，造价低，经济效益最明显。在出口压力大于10m的工况下无运行实绩，原因在于随着风量增大，压力升高，产品成熟型号的变少，设备稳定性变差，当配套电机用电量高于200kW时，需要增加高低压变频器，导致价格陡升，价格优势不明显。项目综合考虑一次性投资、运行稳定性等因素，本次改造采用涡轮传动单级离心式风机(以下用离心式风机)的方案。

3.2主要设备参数

1)曝气用离心式风机共设计3台(2用1备)，标准状态下单台风量Q=6900m3/h;出口风压P=147kPa，配套电机N=315kW，电压3kV，保证系统最大供风能力不变。风机含本体及进口扩压消声器、出口柔性接头、放空消声器、放空电动阀、出口止回阀、整机隔声罩、现场控制柜及集中控制柜、专用工具及随机备品备件。风机吸排气系统选择带进出口导叶，具备进出口导叶连动控制功能。风机配套油路系统及风管的控制及保护。控制采用现场操作，中控室监控的控制方式。2)离心式风机出口温度夏季极端气温100℃，远远高于好氧池实际控制水温33～35℃，需在每台风机出口增加空气换热器，换热器处理风量6900m3/h，换热器进口温度100℃，出口温度50℃，设备进口压力1.47MPa，出口压力1.40MPa，换热器用循环水进行热交换，单台换热器循环水用量15m3/h，进口温度33℃，出口温度45℃，循环水就近从地下3m管沟中接出。3)罗茨风机为容积式风机，出风主管径DN400，风管流速30m/s。改用离心式风机后，若风速过高会导致实际流量—压力曲线发生偏移，离心式风机无法在高效区运行，设备故障率高、能耗高、使用寿命减少。因此需控制风主管流速理想流速8～10m/s，保证喘振裕度在100%～110%，需将出口主管径更换为DN700，管材采用不锈钢304管，路由不变。从风机出口汇总后爬升经过缺氧池顶部达到好氧池后分入各用气支管。

3.3工艺布置

风机区域占地面积312m2，长×宽=26.00m×12.00m。原地拆除4台罗茨并更换为3台涡轮传动单级离心式风机，单台设备基础长×宽=5.20m×2.60m，空气换热器安装在出口管道上。为保护设备防止潮湿，顶部加盖挡雨棚，棚内设计5t电动单梁悬挂起重机1台，跨度8m。

3.4节能分析

不同的运行工况，离心式风机在不同流量对应的运行功率。根据现场实际运行要求，对标准状态运行用电对比，结果如下:1)极端工况(占全年1/4)风量为13800m3/h时，罗茨风机开3台，离心式风机开100%，年用电量:罗茨风机为578.16×104kW;离心式风机为457.27×104kW。2)正常工况(占全年3/4)风量为9180m3/h时，罗茨风机开2台，离心式风机开66%，年用电量:罗茨风机为385.44×104kW;离心式风机为15.36×104kW。3)年综合节约电量=离心式风机用电量—罗茨风机用电量为82.79×104kW。综上所述，采用离心式风机对于节约用电效果好，年节约用电可达82.79×104kW，年节约用电19.09%。按工业用电单价0．79元计，年节约费用65.4万元人民币。

4工程投资及运行效果分析

4.1工程投资

该工程总投资约1000万元(不含增值税)，其中:设备费约700万元，建筑安装费约120万元，动产类材料费约100万元，其他费用约80万元。

4.2运行效果分析

设备投入使用后，运行稳定，离心式风机整机运行效率达到82%，叶轮效率95%，隔声罩外1m噪声82dB，夏季出口温度为100℃，节约年用电量19.09%。总体指标满足改造目标的要求。设备更换前，罗茨风机每年需要大修更换轴承，年维护总费用为36万元。设备更换后，离心式风机1年仅需更换1次油过滤器滤芯及2次进口空气过滤器滤芯。可节约设备维护费用32万元/年。综上所述，采用离心式风机替换罗茨风机，实际运行费用可节约97.4万元/年。

5结语

1)宝钢焦化废水处理站采用涡轮传动单级离心式风机替换二级增压罗茨风机有很好的节能效益，节约年用电量19.09%，设备噪声从105dB降低至82dB，具有很好的经济效益及环境效益。2)采用涡轮传动单级离心式风机用于好氧池池深大于11m，有效水深大于10m的焦化废水处理站，方案可靠可行，对于同等类型的新建改建扩建项目具有指导意义。

作者：庞翠玲 刘捷涛 单位：宝钢工程技术集团有限公司