磁悬浮风机在智慧城市污水处理厂使用效果分析

36特别关注TheSpecialFocus智慧城市实践1、鼓风机发展应用概述20世纪80年代前，由于鼓风设备少，多数采用罗茨鼓风机。到80年代中期，随着我国污水处理规模的逐渐增大，多级离心风机开始得到一定应用。到90年代中期，单级高速涡轮离心鼓风机成为主流污水处理鼓风设备，该机转速高、转速一定时风压比较稳定，优于罗茨风机及多级离心风机。近年来磁悬浮鼓风机、空气悬浮鼓风机、螺杆鼓风机相继出现，由于其低能耗、低维护，和高效率，并且对各类处理工艺都适用的特点，逐渐被污水处理厂采用，并且在新建污水厂或者升级改造中大量应用。2、新型鼓风机介绍2.1螺杆鼓风机螺杆鼓风机（ZS鼓风机）是由比利时阿特拉斯科普柯公司于2010年公布的一项发明设备。ZS鼓风机完全采用内置式，机组小巧紧凑，可确保最佳的成本效益和可靠性。有以下技术特点：2.1.1无油螺杆转子。采用螺杆技术、多年的丰富经验和创新，采用精准同步的齿轮，可靠性高，正常运行时间长。2.1.2一体化的齿轮箱。与罗茨风机相比，螺杆风机不需要更换皮带和皮带轮。更低的维护成本和更长的正常运行时间。2.1.3TEFCIP55电动机。TEFCIP55电动机可以在多尘和潮湿的环境中连续运转。2.1.4润滑油系统。润滑油系统设计（包括油泵、油冷却器和过滤器）所实现的更低油温，可带来更长的轴承和齿轮使用寿命。2.1.5进气过滤器。通过过滤99.9%的3μ以上颗粒，鼓风机的使用寿命得以延长。2.1.6智能设计。专门设计的VSD电动机可以在灵活多变的空气需求过程中颇为理想地运转。特别的电动机设计可防范轴承电流并优化较低转速下的电动机冷却。2.1.7节能技术。采用变速驱动技术(VSD)，能源效果好。2.2空气悬浮离心鼓风机空气悬浮离心鼓风机也是单级高速离心风机的一种。它采磁悬浮风机在智慧城市污水处理厂使用效果分析□光大水务（济南历城）有限公司杜梅孙凯赵月来用“超高速直联电机”、“空气悬浮轴承”和“高精度单级离心式叶轮”三大核心高端科技，具备磁悬浮单级离心鼓风机所具备的无齿轮增速装置、无机械接触、无润滑系统、变频调速调节风量、低噪声、无振动和维护费用低等特点，所不同的是非接触轴承采用空气悬浮轴承。2.2.1构造特点2.2.1.1单级离心式叶轮。叶轮选用高强度航空铝材、Ti、SUS等材质，具有优秀的耐磨、抗变形能力，使用寿命达30年以上。叶轮与电动机采用直联方式连接，动力传递效率达到90%以上。2.2.1.2无油空气悬浮轴承。空气悬浮轴承主要包括径向轴承以及止推轴承等部件。这种轴承与传统的滚珠轴承不同，运行时回转轴和轴承之间没有物理接触点，所以无需润滑油，能量损耗极低，效率极高，适用于多种工作环境。2.2.1.3超高速调频电机。永磁无刷超高速电机是随着永磁材料技术、半导体技术和控制技术的发展而出现的一种当今世界上最新型电机。运行时回转轴以20000～200000回转数实现高速运转，发动机的效率可达97%。2.2.1.4冷却系统。空气悬浮鼓风机采用无油的空气强冷却以及水冷却相结合技术。2.2.1.5噪音降低技术并内制放空阀。鼓风机的内部出风口旁通管上配有放空阀及消音器，其外壳由碳钢制造，内部装有吸音材料。风机采用机体内气动放空阀，可确保风机在断电或非正常情况下安全停机无任何影响。通过弹性接管与鼓风机直接连接，减少来自入口管路的压力损失和噪音。过滤器和消音器为钢制外壳，内设消音材料。方形或矩形的可更换过滤芯安装在进风口处，用良好吸音材料制成的薄片状结构制造的整体进口消音器，安装在鼓风机机体内进风口与过滤器之间，用以降低进口噪音。采用高科技的空气悬浮轴承技术，因此完全避免了机械摩擦和振动。噪声等级＜80dB。2.2.1.6高效变频器及控制系统。空气悬浮离心鼓风机本身已集成了就地控制和变频系统于一体，不需要单独设立变频柜及操作柜。通过风机自身的控制面板就可以实现各种功能的设定和对流体温度、电机转数、出风压力、风量、消耗功率等进行参数的查询。该系统同时支持数字式远程控制、监测功能，可由中央控制室进行控制。DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2016.21.009摘要关键词目前城市污水处理大多采用好氧生物处理工艺，鼓风机是污水处理厂生产运行中的重要设备，同时也是主要的能耗设备之一。对鼓风机进行合理的选型、配置及使用，是减少污水处理厂能耗和单位成本的重要前提。本文就光大水务（济南历城）有限公司二期扩建项目选用的磁悬浮风机与一期项目多级离心风机运使用情况进行比较，分析磁悬浮风机的节能降耗等使用效果。磁悬浮；风机；城市污水处理；效果分析37环智慧卫篇2.2.2性能特点节能高效；无振动，低噪音；无润滑油；低保养；运转控制便利；设备安装空间小。2.2.3国内应用举例根据报道，中国石化洛阳分公司对化纤污水处理装置进行改造，采用空气悬浮单级离心鼓风机替换传统单级高速离心鼓风机，使装置效率由原来低于40%提高到68%以上，年节电72.7万kW·h，节约电费40.7万元。芜湖市三山区滨江污水处理厂采用3台空气悬浮单级离心鼓风机，能耗较单级高速离心鼓风机节省约12%，较罗茨风机节省31%。2.3磁悬浮离心鼓风机磁悬浮离心鼓风机采用高速电机+变频器+磁悬浮轴承一体化结构。电机出力轴与叶轮直联，省去齿轮、联轴器中间机械增速装置。变频自动调节和控制风量、风压等输出参数。标准配置包括高速电机、变频器、无油磁性轴承、放空阀、本地控制、安全监控系统和隔声罩，所有部件集成整体安装在普通底座上，无需特殊固定基础。磁悬浮离心鼓风机是单级高速离心鼓风机的一种，其核心是磁悬浮轴承和永磁电动机技术。关键部件为磁力轴承，利用常导磁吸原理，通过电磁吸力来实现转轴悬浮高速稳定无摩擦运转，利用位置传感器、功率放大器和PI运算器，实现对电动机转轴实时状态检测、调整和故障诊断，其主动控制能力能够有效抑制转轴的不平衡振动，有完备和严格的断电保护措施。2.3.1技术特点。2.3.1.1节能高效。采用磁悬浮轴承，无接触损失和机械损失，实现了高转速无极变转速调节，使得风机运行效率可高达85%左右。2.3.1.2噪音低，体积小，安装方便。所有部件（高速电动机、变频器、磁悬浮轴承）集成安装在普通底座上，无需特殊固定基础，设备体积小、重量轻、安装操作方便，运行时低噪声和无振动。2.3.1.3系统集成性高。高效过滤器、冷却系统、全自动防喘震系统、停电和故障保护系统等，实时触摸屏，为操作工人带来方便及减少操作事故的发生。2.3.1.4维护简便、费用低。磁悬浮单级离心鼓风机电机与叶轮直联，无齿轮增速装置，无任何机械接触，无需润滑油系统，没有磨损及能量损耗，维护费用低。采用变频器调速调节风量，比节流阀节能，且风量调节范围广泛，一般为45%～100%。2.3.1.5冷却效率高。冷却系统采用风冷和水冷结合的方式，能够有效保护电机，可实现风机的随时启停。2.3.1.6远程控制。采用了PLC+GPRS。不但可由中心控制室控制，若风机出现故障，还可以实施远程维修调试。2.3.2生产企业及应用。目前，国外从事磁悬浮轴承研发制造的公司有瑞士的MECOS公司、加拿大的REVOLVE公司、法国的S2M公司、德国的LEVITEC公司、芬兰的HighSpeed公司、俄罗斯的OKBM、美国的NASA、Waukesha公司和日本的精工等，领先公司主要有S2M公司和瑞士的MECOS公司。国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，落后国外约20年，相关研究一直在清华大学、西安交通大学、南京航空航天大学和上海大学等高校开展，并在理论分析方面取得了许多研究成果，但工业应用目前较少。磁谷公司依托南京航空航天大学的研究成果进行磁悬浮离心鼓风机的研制开发工作，并于2009年试制成功，浙江飞旋科技有限公司在国内率先研发成功了一种适用于集成电路装备应用的自由度控制分子泵磁轴承。国内报道的污水处理应用方面，青岛高新区污水处理厂及合肥十五里河污水处理厂、济宁中山水务公司采用了磁悬浮单级离心鼓风机。磁悬浮单级离心鼓风机目前在国内最长的使用业绩是在河南南阳污水厂，已经有11年的运行时间。3、光大水务（济南历城）有限公司一、二期风机选型3.1一期风机选型一期采用多级低速离心鼓风机，生产厂家为法国欧洲大陆，型号为A251-06，具体参数为：压升：0.070Mpa；流量：175Sm3/min；电机功率：300kW；风机数量：4台。3.2二期风机选型二期项目在建设初期，按照光大国际提升水务项目竞争力的要求，要实现“建精品、创品牌”的目标，不仅要在工艺设计上进行优化，还需在水处理设备选型上进行优化，进一步挖掘污水处理厂大功率设备节能空间的具体目标。对鼓风机进行选型时，建设部门会同各类电动离心鼓风机设备供应商就污水厂进口多级低速离心鼓风机、单级高速气悬浮鼓风机及磁悬浮鼓风机性能进行了多次技术交流，并赴济宁污水处理厂和青岛海泊河污水处理厂考察艾博斯ABSHST磁悬浮离心鼓风机和德国琵乐PILLER磁悬浮离心鼓风机的运行情况，和污水厂运营人员、设备供应商进行了相关技术交流。在前期光大内部设备调研成果的基础上，进一步收集光大内部各水厂相关运行数据，对各类型风机进行了技术性和经济性分析。最终确定选用磁悬浮风机，生产厂家为芬兰ABS公司、型号为HST9500-250-1-H，具体参数为：标准风量：9600m3/h；压升：70kPa；装机功率：250kW；辅助电源功率：1kW；风机数量：4台。4、一、二期风机节能降耗比较4.1能耗比较（表1）表1一期、二期风机性能参数性能参数多级低速离心风机（一期）磁悬浮风机（二期）风量Q=175m3/minQ=160m3/min单台功率300KW250KW风量调节范围55%～100%。45～100%设计总供气量525m3/min498m3/min实际运行中因进水水量、水质均未达到设计负荷，所以，针对磁悬浮风机和离心风机的能耗比较采用单台设备在相同风量前提下，比较设备运行功率的方式。4.1.1经验轴功率比较根据多年运行数据分析，不同温度、风量条件下，比较同等38特别关注TheSpecialFocus智慧城市实践工况时（不同进风温度、风量）ABS轴功率情况：表20.65bar，40℃：轴入功率[kW]60%风量80%风量100%风量ABSHST9500-250-1-H108143187欧洲大陆多级风机212245270表30.65bar，0℃：输入功率[kW]60%风量80%风量100%风量ABSHST9500-250-1-H107145194欧洲大陆多级风机-215240由表2、3的轴功率数据可见，在60%、80%、100%风量条件下，磁悬浮风机比进口多级离心风机节能15%～20%左右，风量较小时，磁悬浮风机节能效果更为明显。4.1.2随机轴功率比较2014年7月随机运行能耗参数如表4、5，图1。表4一期风机（离心风机）风量与功率的对应关系风量（m3/min）110120125135140运行功率（Kw）220230235238243表5二期风机（磁悬浮风机）风量与功率的对应关系风量（m3/min）110120125135140运行功率（Kw）160175190205215图1二期磁悬浮风机与一期多级离心风机节能效果分析2016年10月随机运行能耗参数如表6、7，图2。表6一期风机（离心风机）风量与功率的对应关系风量（m3/min）110120130140150160运行功率（Kw）207217222232233240表7二期风机（磁悬浮风机）风量与功率的对应关系风量（m3/min）110120130140150160运行功率（Kw）140168183208231246图2二期磁悬浮风机与一期多级离心风机节能效果分析由图1及图2可见，三厂离心风机和磁悬浮风机在相同鼓风量条件下，风量在110～160m3/min之间变化时，磁悬浮风机较离心风机功率节约在0%～27.3%，并且随着风量的增大，节能效果下降。在低功率运行时，磁悬浮风机节能效果明显。4.2维保耗材比较一期多级离心风机和二期磁悬浮风机维保情况见表8。表8单台风机年保