羅茨風機與離心風機在污泥焚燒循環流化床中應用的對比分析

陳階亮，朱建國

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

0 引言

風機是以機械能驅動來完成氣體壓縮和氣體輸送的一類機械設備，包含了通風機、鼓風機和壓縮機等。作為最普通的流體機械，它廣泛應用于煤炭、電力、化工、冶金、建筑、環保等眾多領域，是工程生產和應用的必需設備之一[1，2]。

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

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

1 工作原理

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

高壓離心風機的工作原理是當葉輪被電動機帶動旋轉時，充滿葉片的氣體在葉片的推動下隨之高速轉動，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，葉輪中部則形成負壓，在大氣壓力作用下不斷吸入氣體予以補充。高壓離心風機的外形見圖2。

圖1 羅茨風機外形

圖2 高壓離心風機外形

2 應用分析

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

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

圖3 干污泥焚燒系統工藝流程

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

圖4 羅茨風機和離心風機電機頻率變化曲線

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

圖5 羅茨風機出口風量變化曲線

圖6 離心風機出口風量變化曲線

從圖5可知，羅茨風機出口風量基本恒定，穩定在1 500 m3/h左右，最小風量1 471 m3/h，最大風量為1 510 m3/h，風量的最大差值為39 m3/h，占平均風量的2.6%。

羅茨風機向循環流化床提供的風量維持在恒定水平，實現了定流量供風，對系統的穩定運行和控制具有重要作用。

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

離心風機向循環流化床提供二次風，風量的波動性大，不利于污泥在循環流化床內焚燒中的穩定控制。

離心風機出口風量呈現波動性的原因與離心風機出口壓力的波動有關，離心風機出口壓力隨時間的變化見圖7。

圖7 離心風機出口壓力的變化曲線

從圖7可知，離心風機出口壓力較高點對應離心風機風量較低點，風機出口壓力與風機出口風量的變化呈反向關系。離心風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%。

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

羅茨風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，即便羅茨風機出口壓力達到15 kPa，在電機頻率為25 Hz時，羅茨風機風量依然維持在1 500 m3/h左右。

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

羅茨風機風量依靠電機頻率調節，當電機轉速增大時，風機風量線性增加。

3 結論

根據羅茨風機與離心風機在杭州七格100 t/d污泥焚燒工程的應用情況與運行調節特性，得出以下結論：

（1）離心風機風量受出口壓力制約，風機風量與壓力的變化呈反向關系。

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

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

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

[2]邢國清.流體力學泵與風機[M].中國電力出版社，北京：2009.