多型離心風機并網(wǎng)運行及喘振控制

汪宏強 陳大勇

（1.桐鄉(xiāng)市匯合水質(zhì)凈化有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；2.桐鄉(xiāng)市城市污水處理有限責任公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

某污水處理廠現(xiàn)有多級離心風機3臺，功率315KW，額定出口風壓0.72bar，額定風量10000m3/h，二期擴建工程后，在利用原有多級風機基礎上新增2臺單級離心風機，額定出口風壓0.78bar，風量7200m3/h，日常1臺多級和1臺單機風機并列運行。由于原有工藝為CASS工藝，二期擴建工程中污水處理工藝調(diào)整為A2/O+MBBR工藝，其曝氣過程由原來的間歇式曝氣改為連續(xù)性曝氣，由變水位運行轉(zhuǎn)變?yōu)楹闼贿\行，曝氣系統(tǒng)揚程增加，而多級風機出口風壓低和單級風機出口風壓高的特點，使生化池曝氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)氣量困難。經(jīng)常出現(xiàn)多級風機喘振現(xiàn)象，嚴重影響污水廠的正常生產(chǎn)運行，而如何在合理使用現(xiàn)有設備的前提下，避免多級離心風機的喘振，成為污水廠管理的重要內(nèi)容。

1 離心風機概況

1）國內(nèi)離心風機按污水處理廠推廣使用的時間可分為羅茨風機、多級離心風機、單級離心風機、磁懸浮風機和空氣懸浮風機。羅茨風機是運用容積式原理，由一對齒輪相互嚙合，將氣體由進氣口推送到出氣口，具有結構簡單，不產(chǎn)生喘振的優(yōu)點，但由于羅茨風機風量小噪聲大，主要運用在早期的小型污水處理廠，現(xiàn)階段污水處理廠都廣泛應用后4種離心風機。

2）離心風機的工作原理是使氣體通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得加速，從而將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽渲饕考羞M氣口、導流片、葉輪、螺旋形蝸殼、出氣口以及擴散器等。氣體在葉輪中的流動方式以及特點均是由葉輪的形狀、大小以及轉(zhuǎn)速決定的，且風機的流量、壓力以及它們之間存在的關系都和葉輪有關。其中單級離心風機具有高轉(zhuǎn)速高揚程的特點，多級、磁懸浮、空氣懸浮風機則有大流量的優(yōu)點但揚程較低。目前，離心風機以其高效率和低噪音的優(yōu)勢，在各類污水處理廠、自來水廠都得到了廣泛應用。

2 多型風機運行分析

1）污水廠一期工程在2009年建設時安裝3臺HIBON多級離心風機，額定出口風壓為0.72bar，額定風量10000m3/h，采用變頻器調(diào)節(jié)風量。當時采用CASS工藝，設計處理量30000m3/d，3組生物池間歇出水，一組曝氣，一組沉淀，一組出水，變水位運行，工作水位在3.5米--6.7米間變化。風機出口壓力在0.45bar--0.7bar，因處理工藝需風量在5500m3/h--7000m3/h左右，而多級離心風機在變頻器頻率下降后，壓力隨流量同時下降，在7000 m3/h時出口壓力已接近管道壓力，開始出現(xiàn)喘振，因此特地安裝一套排空系統(tǒng)，放空一部分氣體以提高風機轉(zhuǎn)速。當時的主要問題是管網(wǎng)負荷小，多級離心風機流量過大，風量存在浪費現(xiàn)象。

2）污水廠二期2013年建成投產(chǎn)，新增2臺Howden單級風機，風量7200m3/h，額定出口風壓0.78bar。采用導葉調(diào)風量。污水處理工藝調(diào)整為A2/O+MBBR工藝，設計處理量60000m3/d，曝氣方式發(fā)生改變，由原來的3級生物池間歇式曝氣改為連續(xù)性曝氣，由變水位運行轉(zhuǎn)變?yōu)楹闼贿\行，運行水位在6.8米。由于處理水量增加，為保持合量的氣水比，需要風量為60000/24*6=15000m3/h。如運行2臺單級風機，曝氣量不夠，將嚴重影響出水水質(zhì)穩(wěn)定。因此實際開啟1臺單級離心風機+1臺多級離心風機。在單級離心風機（電流258A），風量約5000m3/h時，空氣總管壓力在0.72bar，多級風機風量約8000m3/h，風量雖還有余量，但風機壓力已達極限。

3）每年進入夏季后，隨著溫度上升，水中溶解氧開始下降，為保持正常的活性微生物需氧量，需要加大風機出風量；但隨氣溫升高，風機的出風量卻成下降趨勢，喘振點曲線上移。為保護多級離心風機不進入喘振區(qū)間，必須關小單級風機出風量，降低管道壓力，從而出現(xiàn)氣溫越高越需要增加風量時，風機效率越低，而操作員為保證多級離心風機風量在喘振點之上，就必須關小單級離心風機導葉來減小風量降低管網(wǎng)壓力，引起風量越調(diào)越低的惡性循環(huán)。

圖一 氣溫與溶解氧（DO）對應表

3 喘振危害及預防

1）喘振發(fā)生的因素是出口壓力變大，通過葉輪的氣體流量變小。在實際生產(chǎn)中，喘振現(xiàn)象對于離心式風機來說，屬于經(jīng)常性易發(fā)生的現(xiàn)象。在風機出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的時候，風機的流量不穩(wěn)定，一會兒大一會兒小［1］。而伴隨空氣流量的劇烈波動，使葉輪應力迅速變化后產(chǎn)生強烈振動，噪音加大，繼而引起整個機組的振動，每出現(xiàn)一次喘振都會對設備的葉輪、機械密封、軸承造成損傷，情況嚴重時，一次強烈的喘振就會造成風機出現(xiàn)軸承損壞、葉輪、導風口擋板破損的事故。

圖二 喘振后導風口擋板破裂

2）規(guī)避喘振點首先要找出喘振控制點，喘振控制點的確定需要依據(jù)風機的性能曲線，結合現(xiàn)場操作人員的對風機運行情況的觀察，以及對前期出現(xiàn)喘振時壓力、流量曲線的分析。以本廠為例，按操作經(jīng)驗在2臺風機并列運行時空氣流量低于6700M3/h即出現(xiàn)喘振，因此日常操作中以7000M3/h作為報警下限，但在某次7600M3/h就發(fā)生喘振，在排查中發(fā)現(xiàn)當日因進水濃度極高，為保證充足的溶解氧，值班人員緊急開啟了2臺單級風機和1臺多級風機，管網(wǎng)壓力從0.76bar上升到0.83bar，使得喘振的控制點 快速上移，造成了本次喘振事故。

3）降低配氣管網(wǎng)的壓力，由于污水廠的A2O工藝曝氣水深相對固定，根據(jù)管網(wǎng)特性，對于離心式風機來說，其工作特點主要表現(xiàn)為：風機性能曲線與管網(wǎng)特性曲線出現(xiàn)交點，并且工作點隨著其中任何一條曲線的變化而發(fā)生改變。增大管網(wǎng)阻力，其特性曲線將變陡，進而在一定程度上使得工作點向小流量方向移動。以現(xiàn)有3臺多級離心風機為例，采用變頻器調(diào)節(jié)風量，特點是變速同時變風量，變壓力，轉(zhuǎn)速變化→流量變化→壓力變化更大。

出口動壓和轉(zhuǎn)速平方成正比關系，離心式風機在運行過程中，隨著轉(zhuǎn)速的下降，葉輪對氣體做功逐步降低，出口壓力和流量曲線了逐步下移，容易發(fā)生喘振/風量調(diào)不下來。從風機的特性曲線上可以看出，在出口壓力下降的時候，流量就會加大，此時風機運行的工況點也逐漸遠離喘振點，所以降低出口壓力，可以有效地降低喘振發(fā)生的概率。為提高單級離心風機風量的同時規(guī)避多級離心風機喘振點，在空氣總管上安裝了排空閥和消音器，當風量調(diào)整接近臨界點時放空部分空氣，用損失部分效率來解決壓力與流量之間的矛盾。

4）調(diào)整污水廠工藝，在污水廠初始設計中，考慮氣水比為6∶1，15000m3/h，MLSS4000mg/L，在實際運行中，以多年的工藝數(shù)據(jù)為依據(jù)，發(fā)現(xiàn)在冬季溫度低時，活性污泥對有機物、TN、TP的去除率下降，微生物最適宜生長繁殖的溫度范圍為16～30℃，當溫度低10℃時，廢水的凈化效果將明顯降低，一般來說，溫度每降低10℃，COD的去除率會降低10%。冬季MLSS保持在4000mg/L，可以有效地發(fā)揮其凈化功能。夏季微生物生長繁殖快，MLSS控制在3000mg/L時即可以保證出水批標正常。隨著微生物數(shù)量的減少，對氧氣的消耗也逐漸降低，因此夏季以低污泥濃度運行可以有效減少對供氣量的要求。

4 結語

污水廠曝氣系統(tǒng)的正常對污水處理達標排放起著決定性的作用，通過對喘振現(xiàn)象的分析和操作流程、工藝的調(diào)整，從而使現(xiàn)有兩種類型離心風機能夠穩(wěn)定的并網(wǎng)運行。從生產(chǎn)運行的角度出發(fā)，設備型號和性能一致，生物池水深越淺越利于整個流程的操作和管控。但老污水廠提標改造后易產(chǎn)生設備型號、參數(shù)不同；新建污水廠單位面積處理量不斷提升，也導致生物池深度加大，曝氣水頭提高。在成本、土地、安裝空間等條件制約下，污水廠技術人員需要在現(xiàn)有設備基礎上，做到理論和實踐，工藝和設備管理、運行相融合，在提高系統(tǒng)可靠性和可操作性上下功夫，從而保障污水廠的正常運行。