羅茨風(fēng)機與離心風(fēng)機在污泥焚燒循環(huán)流化床中應(yīng)用的對比分析

陳階亮，朱建國

（1.杭州市七格污水處理廠工程建設(shè)指揮部，浙江 杭州 310006；2.中國科學(xué)院工程熱物理研究所，北京市 100190）

0 引言

風(fēng)機是以機械能驅(qū)動來完成氣體壓縮和氣體輸送的一類機械設(shè)備，包含了通風(fēng)機、鼓風(fēng)機和壓縮機等。作為最普通的流體機械，它廣泛應(yīng)用于煤炭、電力、化工、冶金、建筑、環(huán)保等眾多領(lǐng)域，是工程生產(chǎn)和應(yīng)用的必需設(shè)備之一[1，2]。

杭州七格污水處理廠三期工程采用自主研發(fā)的循環(huán)流化床一體化污泥焚燒技術(shù)，于2009年建設(shè)了100 t/d污泥焚燒示范工程，2010年4月通過了72 h運行。污泥焚燒采用循環(huán)流化床，一次風(fēng)通過羅茨風(fēng)機輸送，二次風(fēng)通過高壓離心風(fēng)機輸送。

本文結(jié)合羅茨風(fēng)機和高壓離心風(fēng)機在污泥焚燒工程中的運行特性，對兩種風(fēng)機的工作特點與供風(fēng)方式等進(jìn)行分析。

1 工作原理

羅茨風(fēng)機是一種容積式風(fēng)機，羅茨風(fēng)機主要由機體、墻板及裝有葉輪的轉(zhuǎn)子組成，通過齒輪的傳動，轉(zhuǎn)子在機體內(nèi)呈相反方向旋轉(zhuǎn)，依靠葉輪與葉輪、葉輪與機體、葉輪與墻板之間的間隙，使進(jìn)氣腔與排氣腔基本隔絕，借助葉輪旋轉(zhuǎn)，將機內(nèi)容積的氣體由進(jìn)氣腔內(nèi)無壓縮地推送至排氣腔排出，達(dá)到鼓風(fēng)的目的。羅茨風(fēng)機外形見圖1。

高壓離心風(fēng)機的工作原理是當(dāng)葉輪被電動機帶動旋轉(zhuǎn)時，充滿葉片的氣體在葉片的推動下隨之高速轉(zhuǎn)動，使氣體獲得大量能量，在慣性離心力的作用下，甩往葉輪外緣，氣體的壓能和動能增加后，從蝸形外殼流出，葉輪中部則形成負(fù)壓，在大氣壓力作用下不斷吸入氣體予以補充。高壓離心風(fēng)機的外形見圖2。

圖1 羅茨風(fēng)機外形

圖2 高壓離心風(fēng)機外形

2 應(yīng)用分析

杭州七格100 t/d污泥焚燒工程中，污泥焚燒爐為循環(huán)流化床。循環(huán)流化床用風(fēng)分一次風(fēng)和二次風(fēng)，以通過分級配風(fēng)方式控制污泥焚燒中燃料氮向氮氧化物的轉(zhuǎn)化率。

循環(huán)流化床的一次供風(fēng)選用了羅茨風(fēng)機，二次供風(fēng)選用了高壓離心風(fēng)機，兩臺風(fēng)機均為變頻控制。其中，干污泥焚燒系統(tǒng)的流程見圖3。在羅茨風(fēng)機和高壓離心風(fēng)機出口均設(shè)置了壓力變送器和流量計，可在中控室采集風(fēng)量和風(fēng)機出口壓力數(shù)據(jù)。

圖3 干污泥焚燒系統(tǒng)工藝流程

污泥焚燒過程中，羅茨風(fēng)機和離心風(fēng)機電機頻率24 h的變化曲線見圖4。可見，羅茨風(fēng)機和離心風(fēng)機的電機頻率沒有調(diào)整，羅茨風(fēng)機穩(wěn)定在25 Hz運行，離心風(fēng)機穩(wěn)定在24 Hz運行。

圖4 羅茨風(fēng)機和離心風(fēng)機電機頻率變化曲線

在電機頻率不變的情況下，羅茨風(fēng)機出口風(fēng)量的變化曲線見圖5，離心風(fēng)機出口風(fēng)量的變化曲線見圖6。

圖5 羅茨風(fēng)機出口風(fēng)量變化曲線

圖6 離心風(fēng)機出口風(fēng)量變化曲線

從圖5可知，羅茨風(fēng)機出口風(fēng)量基本恒定，穩(wěn)定在1 500 m3/h左右，最小風(fēng)量1 471 m3/h，最大風(fēng)量為1 510 m3/h，風(fēng)量的最大差值為39 m3/h，占平均風(fēng)量的2.6%。

羅茨風(fēng)機向循環(huán)流化床提供的風(fēng)量維持在恒定水平，實現(xiàn)了定流量供風(fēng)，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和控制具有重要作用。

從圖6可知，在離心風(fēng)機頻率不變的情況下，離心風(fēng)機出口風(fēng)量波動較大，平均風(fēng)量為1 310m3/h，最大風(fēng)量為1 658 m3/h，最小風(fēng)量為995 m3/h，風(fēng)量最大差為763 m3/h，占平均風(fēng)量的58.2%。

離心風(fēng)機向循環(huán)流化床提供二次風(fēng)，風(fēng)量的波動性大，不利于污泥在循環(huán)流化床內(nèi)焚燒中的穩(wěn)定控制。

離心風(fēng)機出口風(fēng)量呈現(xiàn)波動性的原因與離心風(fēng)機出口壓力的波動有關(guān)，離心風(fēng)機出口壓力隨時間的變化見圖7。

圖7 離心風(fēng)機出口壓力的變化曲線

從圖7可知，離心風(fēng)機出口壓力較高點對應(yīng)離心風(fēng)機風(fēng)量較低點，風(fēng)機出口壓力與風(fēng)機出口風(fēng)量的變化呈反向關(guān)系。離心風(fēng)機出口壓力平均值為2.2 kPa，最低壓力點為2.09 kPa，最高壓力點為2.36 kPa，壓力最大差僅為0.27 kPa，占平均壓力的12.2%。

離心風(fēng)機的風(fēng)量受風(fēng)機出口壓力影響極大，若風(fēng)機出口壓力波動，則離心風(fēng)機不能實現(xiàn)恒流量供風(fēng)。

羅茨風(fēng)機出口壓力隨時間的變化曲線見圖8，平均壓力為11.8 kPa，最小壓力為11.2 kPa，最大壓力為12.2 kPa，壓力最大差為1.0 kPa，占平均壓力的8.5%。

圖8 羅茨風(fēng)機出口壓力的變化曲線

污泥焚燒工程運行過程中，即便羅茨風(fēng)機出口壓力達(dá)到15 kPa，在電機頻率為25 Hz時，羅茨風(fēng)機風(fēng)量依然維持在1 500 m3/h左右。

羅茨風(fēng)機可克服出口壓力的波動對流量的影響，實現(xiàn)在給定頻率的恒流量供風(fēng)，與離心風(fēng)機有不同的工作特性。

羅茨風(fēng)機風(fēng)量依靠電機頻率調(diào)節(jié)，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速增大時，風(fēng)機風(fēng)量線性增加。

3 結(jié)論

根據(jù)羅茨風(fēng)機與離心風(fēng)機在杭州七格100 t/d污泥焚燒工程的應(yīng)用情況與運行調(diào)節(jié)特性，得出以下結(jié)論：

（1）離心風(fēng)機風(fēng)量受出口壓力制約，風(fēng)機風(fēng)量與壓力的變化呈反向關(guān)系。

（2）羅茨風(fēng)機風(fēng)量與電機轉(zhuǎn)速有關(guān)，風(fēng)機出口壓力的增加或減少不影響風(fēng)機提供的風(fēng)量，羅茨風(fēng)機可實現(xiàn)恒定電機轉(zhuǎn)速下的恒流量供風(fēng)。

（3）采用羅茨風(fēng)機向循環(huán)流化床供風(fēng)，較離心風(fēng)機而言，易于實現(xiàn)污泥焚燒的穩(wěn)定運行和控制。

[1]孫慶生.國產(chǎn)高壓羅茨風(fēng)機配套于大型CFB鍋爐的可靠性及經(jīng)濟性分析[J].中國設(shè)備工程，2007（4）：12-15.

[2]邢國清.流體力學(xué)泵與風(fēng)機[M].中國電力出版社，北京：2009.