空气悬浮单级高离心风机节能可行性分析

1、空气悬浮单级高速离心风机节能可行性分析1 概述化纤污水处理装置汇集化纤pta、pet、长丝和短纤维装置及部分配套工程，所产生的连续和间断污水及生产生活污水，经过预处理、均质调节、生化处理和活性炭过滤等工序，去除污水中高浓度有机物质，达到排放标准，是中国石化洛阳分公司化纤工程的配套设施，由洛阳石化工程公司1999年设计使用。设计处理能力400t/h，其中：pta连续排水120t/h；间断排水40t/h；其它生产生活污水240t/h。这台化纤污水处理装置单级高速离心风机的设计效率仅有57%，而实际运行效率低于40%，同时运行噪声大，设备运行费用高，对其进行节能改造十分必要。2风机运行情况目前分公司

2、化纤污水处理装置有4台单级高速离心风机，正常生产情况下两用两备，将空气进行压缩后送入曝气池。化纤污水处理装置单级高速离心风机的规格参数见表1。化纤污水处理装置单级高速离心风机运行参数见表2。单级高速离心风机运行风压参数统计时的水深为常年的平均水深，按工艺设计，单级高速离心风机需在0、1个大气压下，提供的风量为21 000m3/h(350m3/min)。经测算，该单级高速离心风机的实测运行效率低于40%。3节能改造的必要性单级高速离心风机只有一组叶轮，空气压缩一次完成1 。由于是依靠提高空气流动速度即空气动能来压缩空气提高压力2 ，故要获得同样压力。单级高速离心风机的叶轮转速较多级风机的转速高数

3、十倍，通常情况下多级离心风机叶轮转速为5000r/min，而单级高速离心风机的叶轮转速约为100000r/min。由于压力的提升很大程度上依靠转速的提高，而转速又受到平衡、润滑及材料性能等多方面限制，故单级高速离心风机更多使用于低压场合3 。化纤污水处理装置单级高速离心风机是依靠齿轮箱获得极高转速，由于转速特别高，故风机的控制和维护保养特别重要，必须同时配套相应的润滑油站，同时转速高还会使诸多部件如叶片等磨损较大，所以传统的单级高速离心风机的使用寿命较短。该机在实际运行过程中，存在以下几个缺点：1）设计效率低。设计效率仅有57%，实际运行效率低于40%；2）运行噪声大。由于单级高速离心风机叶轮

4、转速高，导致气动噪声很大，一般都超过100db（a） 4 ，另外其齿轮变速箱等辅助机构也会产生一定噪声；3）设备运行费用高。单级高速离心风机由于长期存在叶轮磨损、齿轮变速箱等辅助机构磨损，其每年的维护费用（润滑油、轴承及空气滤芯的更换）也较高4 。单台离心风机每年维护费用明细见表3。注：所列费用为维修所需配件的大约成本费用，不含人工费用等。4）设备润滑油渗漏。单级高速离心风机的润滑油在密封条件下经常发生渗漏以及齿轮变速箱等辅助机构密封或因机械磨损而漏油，造成风机周围较多油污,甚至润滑油渗入到送气管路中，直接损害曝气器，缩短曝气器正常使用寿命。鉴于单级高速离心风机设计效率低、能耗高、噪声大和运行

5、维护费用高等问题，对其进行节能改造就显得尤为紧迫。4 节能改造方案根据对多个类似处理工艺的风机系统进行调研，结合分公司化纤生化系统单级高速离心风机节能改造的实际情况，提出以空气悬浮单级高速离心风机替代单级高速离心风机的技术方案，系统管路利用原管路。综合考虑进口流量和出口压力是否满足设计要求、效率最高、可调节的流量范围最大、最经济等因素，拟采用的空气悬浮单级高速离心风机为韩国neuros co., ltd.公司的nx700-c080型空气悬浮单级高速离心风机。该风机参数见表4。该风机设计时的额定流量为350m3/min、压力75kpa，风机的额定功率为477kw，在同等升压的情况下，其输送风量与

6、目前所用的单级高速离心风机的风量相同。经测算，该风机可在环境温度为40时提供满足工艺需求的风量。化纤污水处理装置实际运行过程中，其单级高速离心风机实际运行的工况为350m3/min、75kpa，空气悬浮单级高速离心风机在额定转速下运行，完全能够满足工艺的要求，从图1的性能图可看出，在350m3/min流量下风压可达到75kpa，风机整机效率达到68%，远高于单级高速离心风机不到40%的运行效率。从表4中可看出，空气悬浮单级高速离心风机的结构非常紧凑，占地面积很小，而且整个设备的质量很轻，对基础无特殊要求。5 空气悬浮单级高速离心风机特点对于风机系统而言，压力管路损失只占风压的压力降较小部分，风

7、压主要取决于曝气池的水深5 。空气悬浮单级高速离心风机电气部件的设计环境温度为50、湿度65%，除极端气象条件外，均能满足现场运行环境需要。湿度高基本不影响空气悬浮单级高速离心风机运转，但需及时维护过滤器，以防止灰尘因湿气形成颗粒流入风机内影响使用寿命。采用10m过滤器，如出现过滤器更换提醒，开始运行阶段只需清洗，过滤器一般36个月更换一次。空气悬浮单级高速离心风机通过提高电机转速，采用三维流体优化设计，使风机的全压可覆盖单级高速离心风机的全压范围。为了适应其高速、高效和低噪运行，在结构上采用了一些新技术，其技术特点主要有以下几个方面：1） 气膜（空气）轴承。空气悬浮单级高速离心风机所采用的气

8、膜（空气）轴承可承受轴向、周向和径向的载荷。为保护启动/停止时的轴承表面，采用了高温固体润滑涂层。由于采用气膜，因此轴承不需润滑油润滑，不需要维护，可长期运行，空气轴承使用温度可达到600；2） 永磁同步电机和驱动机。驱动机采用无传感变压器和控制器，具有低启动电流（额定功率的5%）特性。没有磁化功耗、更低的热量生成和冷却损失，转子更小，无滑移，即使在低负荷时效率也很高。可根据输出的风量调整电机功耗（可调范围20%100%），保持设备高效运行（效率超过95%）；3） 高精度锻造叶轮。采用5轴机床精密加工制作而成，保证高质量。设计时考虑气动分析、结构分析、热传递分析和机械强度分析，经过性能测试，保

9、证叶轮在高速下数年可靠、安全转动；4） 控制方式。对系统进行调试，通过在线跟踪、参数优化、控制优化，使系统设备管网与工艺达到最佳匹配。采取自动控制后，系统将具有强大的自优化能力，能与改变的工况自适应。系统改造后，控制方式基本保持不变，仍然可以根据需求自动、手动运行。而且在改造后的系统中集成自动智能变频调速控制，可在设定压力或流量情况下，根据需求自动调节，实现自动智能控制，进一步节省电耗，降低噪声，降低维护难度和费用；空气悬浮单级高速离心风机在水处理行业中得到广泛应用，该风机在国内的应用目前主要是为废水处理设施提供空气和氧气。某项目改造前后曝气工艺的对比见表5。6 节能效果及其他效益6.1 节能

10、效果空气悬浮单级高速离心风机由于其效率比单级高速离心风机效率高，因此通过替换可实现节能。空气悬浮单级高速离心风机和单级高速离心风机投资方案比较，两种风机在设计工况条件下年能耗及费用测算见表6。现有单级高速离心风机的性能参数见表1和表2，在节电计算时按实际运行数据计算电耗。改造前后的耗电量以电表计数为准，电表的精度不低于1.0级，电价为不变价格0.56元/kwh时，每天运行时间按24h、年运行时间按8 760h计算。电机年耗电量计算公式如下：w每小时耗电量24365改造前：化纤污水处理装置单级高速离心风机的耗电量见表7，年耗电量w1=56024365=4 905 600kwh。改造后的空气悬浮单

11、级高速离心风机运行参数见表8。从表8可看出，改造后的空气悬浮单级高速离心风机的功率，从图1可查出为477kw。改造后的年耗电量w2=47724365=4178520 kwh，较原单级高速离心风机年节电量w=4905600- 4178520=727 080 kwh，年节电效益q=7270800.56=407164.8元，节能率=7270804905600=14.82%。化纤污水处理装置原单级高速离心风机设计效率57%，实际运行效率低于40%。改造后的空气悬浮单级高速离心风机的效率达到68%，整体节能率约14.82%。同时该风机占地面积小、噪声小、自动化程度高，运行维护费用少，运行维护更方便。6.

12、2 空气悬浮单级高速离心风机其他效益化纤污水处理装置实施节能改造后除具有显著的经济效益外，在降低设备维护成本、延长设备使用寿命、简化操作及降低运行噪声等方面也有着诸多优势。6.2.1降低设备维护成本用空气悬浮单级高速离心风机替换原单级高速离心风机后，系统的日常维护只需定期对防尘滤网进行清洗或更换，大大减少用户的维护成本。在负荷率较低时，电机、风机转速也降低，设备维护周期延长。改造后系统的寿命将达到10年。原单级高速离心风机需要定期检查并更换润滑油和防尘罩，以及修复磨损等，每台风机每年的维护费用就超过3万元。系统操作非常简单，在显示屏上显示有详细的运行数据。系统中记录有详细的历史运行数据，方便查

13、阅。显示面板上还集成运行电流和运行时间数据等，对节电效益评价非常有帮助。6.2.2提高系统效率由于空气悬浮单级高速离心风机本身效率很高，系统改造后效率升高。同时系统采用变频控制技术，使得风机与管路匹配更好，使系统具有良好的节能效果。6.2.3降低系统运行噪声所采用的空气悬浮单级高速离心风机外面有一层全包裹的隔声罩，其噪声要比传统单级高速离心风机低。因此，实施节能改造后，系统的噪声将会降低2030dba，工人操作环境得到改善。6.2.4改善运行环境所采用的单级高速风机系统中集成变频器及plc调节系统，可根据工艺需要来调节风机转速，达到经济运行。系统中采用变频控制，启动电流只为额定值的5%，不需要软启动柜。系统自动判断喘振线，在达到喘振前发出报警音，并及时停机。系统上的控制面板上可显示详细的运行数据，非常直观、方便。6.2.5社会效益进行节电改造后不仅能为企业创造很高的经济效益，同时还能为社会创造环境效益。7 结论通过节能改造，采用空气悬浮单级高速离心风机替换原单级高速离心风机，经分析和测算，空气悬浮单级高速离心风机整机效率达到68%以上，远高于原单级高速离心风机运行效率，在工况不变的情况下，实现年节电727080 kwh（折合成标准煤为218t），年经济效益40.7万元，节能效