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原標題：案例分析：污水曝氣羅茨風機電機超載問題和解決辦法
前段時間錦工風機接待了一位關(guān)于風機維修的客戶，該客戶是污水處理廠，他們之前采購的曝氣風機的型號是125口徑、1050轉(zhuǎn)、40kpa、22kw的風機，該風機在使用過程中會出現(xiàn)超載的情況，根據(jù)我們錦工風機與該公司技術(shù)的溝通，基本得到了以下總結(jié)：
1、電動機過載原因
1）進口過濾器堵塞或其他原因造成阻力增高，形成負壓（在出口壓力不變情況下，升壓增高）。
2）出口系統(tǒng)壓力增加。
3）靜、動件發(fā)生摩擦。
4）齒輪損壞。
5）軸承損壞。
2、逐項分析和檢查
1）檢修人員對進口過濾器進行檢查,不存在污堵，不會造成溫升現(xiàn)象，確認為非主要原因。
2）羅茨風機出口壓力為55kPa，大于風機設計的額定壓力40kPa，確定為主要原因。
3）檢修人員對羅茨風機靜、動件進行檢查，間隙符合要求，確認為非主要原因。
4）檢修人員對羅茨風機主、從動齒輪進行檢查，經(jīng)檢查錐度配合接觸面75%以上、耦合間隙符合要求，確認為非主要原因。
5）檢修人員對羅茨風機和電動機軸承都進行外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常，并使用振動檢測儀進行振動檢測，均未發(fā)現(xiàn)振動特性曲線異?，F(xiàn)象，確認為非主要原因。
檢修人員對曝氣風機出口壓力高的原因進行一步分析、檢查，好氧生化池、厭氧生化池、調(diào)節(jié)池及污泥池均為地下設施缺少排氣管口，導致排氣不暢和風機功率選型過大是造成曝氣風機過載的主要原因。
另外，檢修人員在檢查的過程中，還發(fā)現(xiàn)地下曝氣風機室溫度高達42℃，電動機端蓋溫度達83℃，環(huán)境溫度和電動機端蓋溫度均不符合要求。
3、故障處置及效果
1）由于好氧生化池、厭氧生化池、調(diào)節(jié)池和污泥池為地下設施，上方完全封閉只留有檢修人孔，蓋有人孔蓋，因此只能在人孔蓋上開口并加裝鋼網(wǎng)，使氣體順暢排出。
2）在曝氣風機出口管道上安裝一個排氣口并加裝消聲器，排出多余的氣體，降低出口壓力。
3）在風機室安裝軸流風機為設備供應室外低溫空氣，降低環(huán)境溫度和設備的溫升。
經(jīng)改造后一個月內(nèi)，沒有再發(fā)生曝氣風機電動機過載的情況，曝氣風機出口壓力≤40kPa，地下風機室環(huán)境溫度≤35℃，電動機端蓋溫度≤75℃，均符合要求。
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污水處理廠二級生物處理段常采用底部曝氣的效率要高于表面曝氣，且可以減少生物池占地面積，現(xiàn)在多數(shù)新建污水廠均采用鼓風機底部曝氣工藝。底部曝氣工藝所用鼓風機的耗電占污水處理廠能耗的95%以上。對于生化段曝氣的能耗占污水處理廠能耗的60%以上。對于采用鼓風機底部曝氣工藝，選擇何種形式的鼓風機，將直接影響到污水處理廠的投資、運行管理費用和長期效益。
一、常用鼓風機
1、羅茨鼓風機：
羅茨鼓風機主要利用兩個葉形轉(zhuǎn)子或三個葉型轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對運動來壓縮和輸送氣體，其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，易于控制和維護，但是效率低于多級、單級離心風機，氣流脈動與噪聲大，在污水處理廠中多用于反沖洗或者氣提等工藝段。
2、離心鼓風機
當電機轉(zhuǎn)動帶動風機葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪中葉片之間的汽體也跟著旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動中把動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉(zhuǎn)換為速度能，通過排氣口排出氣體，而在葉輪中間形成了一定的負壓，由于入口呈負壓，使外界氣體在大氣壓的作用下立即補入，在葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)作用下不斷排出和補入氣體，從而達到連續(xù)鼓風的目的。
離心鼓風機根據(jù)其工作葉輪數(shù)量可分為多級離心鼓風機和單級離心鼓風機。由于離心鼓風機在錦工量時效率遠高于羅茨鼓風機，在污水處理廠多倍用于生化段的曝氣。
二、鼓風機能耗對比
目前，污水處理廠常用的風機的能耗，依次為羅茨鼓風機＞多級離心鼓風機＞單級離心鼓風機。
由于生化段曝氣需要的氣量大，且需要連續(xù)作業(yè)，羅茨鼓風機的能耗遠遠大于離心鼓風機，因此離心鼓風機比羅茨鼓風機更適合用于污水處理廠生化段的曝氣。
污水處理廠常用鼓風機與能耗對比山東錦工重工機械有限公司專業(yè)生產(chǎn)制造各類羅茨風機、羅茨真空泵、MVR蒸汽壓縮機、回轉(zhuǎn)風機等設備，承接氣力輸送系統(tǒng)工程，生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)供料器、倉泵、料封泵、旋轉(zhuǎn)閥等各類氣力輸送設備，綜合以上所講如有遺漏或問題歡迎咨詢錦工在線客服。
原標題：生化池羅茨風機鼓風曝氣變頻調(diào)速的PID控制節(jié)能途徑
山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風機、羅茨風機、回轉(zhuǎn)式鼓風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅(qū)羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。產(chǎn)品和服務遠銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。
羅茨鼓風機曝氣系統(tǒng)的電耗一般占污水處理系統(tǒng)電耗的40%～60%，是污水處理節(jié)能的關(guān)鍵。最根本的節(jié)能措施是提高曝氣控制效率，降低氧的浪費，減小風量。最顯著的節(jié)能方法是羅茨鼓風機氣量控制節(jié)能，即供氣供氧設備采用羅茨鼓風機變頻控制，在PID自動控制下直到溶解氧（DO）濃度穩(wěn)定在設定值，可解決兩方面問題：第一，溶解氧濃度太低污水不能達標；第二，溶解氧濃度太高，不僅浪費電能還可能使活性污泥上浮使出水也不能達標。根據(jù)鼓風曝氣變頻調(diào)速PID控制系統(tǒng)應用在桂林市排水工程管理處北沖污水處理廠污水處理工藝中的良好效果，分析了其系統(tǒng)的控制，對提高污水處理的節(jié)能和穩(wěn)定性有一定的實用性。
1 工程概況1.1 自控概況北沖污水處理廠坐落于桂林市西北面，2003年8月開始擴建，新廠區(qū)占地面積38畝，于2005年4月開始試運行，設計日處理能力為3萬t，目前實際進廠污水量為2.5萬t/日，均達標處理，其進水以生活污水為主。采用A2/O活性污泥法處理工藝，出水水質(zhì)達到GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B類標準。廠內(nèi)自動化控制系統(tǒng)由就地控制層、現(xiàn)場PLC控制層和中央監(jiān)控層組成；控制網(wǎng)絡為監(jiān)控通信光纖工業(yè)以太網(wǎng)。PLC控制系統(tǒng)采用西門子SIMETIC S7-300系列可編程控制系統(tǒng)。各現(xiàn)場控制站分布在各工藝段，與中控室監(jiān)控計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)傳輸。中心控制室對污水處理工藝參數(shù)采集、顯示、修改、設置和管理，對廠區(qū)內(nèi)被控設備運行狀態(tài)檢測、顯示，中控室監(jiān)控計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)，與各現(xiàn)場PLC控制站交換數(shù)據(jù)、采集信息，遙控和管理各現(xiàn)場PLC控制站內(nèi)的機電設備，并按工藝要求實現(xiàn)對其控制。操作人員可在中心控制室完成集中監(jiān)控、報警處理、事件處理、報表打印、設備運行能耗管理、單位水量處理成本等工作，實時監(jiān)視、控制整個污水處理工藝流程的運行工況。1.2 污水處理工藝及工藝流程圖北沖污水處理廠采用A2/O活性污泥法處理工藝，具有除磷脫氮功能，采用微孔鼓風曝氣，安裝有高度自動化控制系統(tǒng)及各類檢測設備和儀表，剩余污泥采用離心脫水干化后外運，尾水消毒采用紫外消毒工藝，同時建設有強化除磷加藥車間用于穩(wěn)定除磷效果，處理后的出水排入江體。
2 A2/O生化池鼓風曝氣變頻調(diào)速PID控制系統(tǒng)2.1 系統(tǒng)功能北沖污水處理廠A2/O生化池鼓風曝氣變頻PID控制系統(tǒng)設計考慮如下兩點：第一，曝氣池所需風量的變化與水質(zhì)和水量相關(guān)，而水質(zhì)和水量有一定規(guī)律，變化較小，而且A2/O工藝的曝氣池水位基本上保持不變。因為送風管壓力變化較小，羅茨風機具有恒轉(zhuǎn)矩輸出的特性，流量和轉(zhuǎn)速成正比例的關(guān)系，軸功率和轉(zhuǎn)速也成正比例關(guān)系，與離心風機相比較在控制上更容易把握，所以選用節(jié)能、靈活的帶變頻調(diào)速的羅茨鼓風機。第二，用變頻器改變交流電機的轉(zhuǎn)速方式控制羅茨風機流量，大幅度減少了用管道調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)空氣流量的機械方式所造成的能量損耗，不會產(chǎn)生附加壓力損失，調(diào)節(jié)風量范圍0%～100%，調(diào)節(jié)范圍寬，處于低負荷下運行，可延長設備使用壽命，節(jié)能效果顯著。第三，鼓風曝氣是一種閉環(huán)調(diào)節(jié)的自動控制模式，根據(jù)溶解氧的偏差來調(diào)整鼓風機流量，這種模式可以實現(xiàn)關(guān)于水質(zhì)、水量的最優(yōu)控制，曝氣效果最佳，節(jié)能的效果最顯著。2.2 系統(tǒng)構(gòu)成控制系統(tǒng)由以下設備構(gòu)成：主送風管路裝設空氣流量計、壓力計、信號上傳至曝氣系統(tǒng)的控制裝置。曝氣池上根據(jù)氧的理論分布安裝溶解氧檢測儀，信號上傳至曝氣系統(tǒng)的控制裝置。每臺鼓風機配備一套無速度反饋的U/f可調(diào)的變頻器，變頻器具備PI調(diào)節(jié)功能模塊，反饋控制信號可下傳至變頻器。曝氣系統(tǒng)的控制裝置采用PLC（可編程邏輯控制器）和相應的HMI（人機界面），PLC具有PID操作指令，并配有全面、安全的輸入輸出接口，信號通過現(xiàn)場站PLC的模塊進行采集后，通過全廠光纖網(wǎng)絡送至中心控制室，中心控制室通過工業(yè)以太網(wǎng)對現(xiàn)場PLC控制站采集到的信號數(shù)據(jù)，生成工藝監(jiān)控實時畫面，作為人機操作界面，供操作管理人員實時監(jiān)控和管理整個污水處理工藝流程。HMI通過文字和圖形動態(tài)地反映在線數(shù)據(jù)，如空氣流量、溶解氧值、壓力、頻率、電流以及設備狀態(tài)等，操作人員可以進行即時的參數(shù)修改、分布操作或模式選擇。曝氣系統(tǒng)的PLC是污水處理廠自控系統(tǒng)的組成部分，與中央控制室的上位計算機實現(xiàn)通信。2.3 系統(tǒng)控制2.3.1 羅茨鼓風機的控制PLC采集每套鼓風機的手動/自動位置、運行狀態(tài)、故障信號；總出風管風壓值、總出風管風量值、每臺鼓風機的頻率、電流等；同時給出鼓風機的啟停指令。PLC記錄每臺羅茨鼓風機的當前運行時間和累計運行時間，時間以小時進行記錄。中控室監(jiān)控計算機畫面上每臺羅茨風機設置遙控/自動轉(zhuǎn)換按鈕。操作人員可以通過鼠標在中控室監(jiān)控計算機對鼓風機進行手動啟停控制。中控室監(jiān)控計算機實時顯示總出風管風壓值、總出風管風量值、每臺羅茨鼓風機的頻率、電流等，每臺羅茨鼓風機的當前運行時間和累計運行時間。當羅茨鼓風機出現(xiàn)故障信號時，停止運行或禁止啟動鼓風機。2.3.2 溶解氧（DO）控制點擊中控室監(jiān)控計算機羅茨鼓風機圖標，可進入羅茨鼓風機控制畫面，羅茨鼓風機的控制根據(jù)污水在生化池上出口的溶解氧濃度的溶解氧（DO）值保持在某一設定值（如2 mg/l）（或也可根據(jù)ORP來調(diào)節(jié)），都可根據(jù)按鈕來選擇，DO控制主要參數(shù)和PID控制參數(shù)都可在上位機設定。在實際控制中，羅茨鼓風機的風量設定值為工藝理論值，這一值經(jīng)溶解氧反饋信號比較后，根據(jù)偏差實時調(diào)節(jié)風量的增減，最終使污水溶解氧值穩(wěn)定在設定值（也可根據(jù)季節(jié)、水質(zhì)的變化等實際情況不斷調(diào)整）。在上方的趨勢圖中可看到實際值和設定的值的曲線，進而可方便的調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，使鼓風機的效率、出水水質(zhì)達到最優(yōu)化，畫面如圖2所示。3 系統(tǒng)效應降低電耗：系統(tǒng)能降低污水處理廠曝氣系統(tǒng)能耗15%～40%；污水處理廠出水達到排放標準：通過實時監(jiān)測滿足排放要求；增加污水處理廠的處理量：系統(tǒng)對處理工藝進行優(yōu)化后，可評估污水處理廠的處理量；提高污水處理工藝可控性及穩(wěn)定性：在曝氣量和水量足夠的情況下，DO設置值和PID控制動態(tài)調(diào)整，使出水達到排放標準；預警和工藝幫助：系統(tǒng)能依據(jù)數(shù)據(jù)來判斷污水處理廠的工藝何時需調(diào)整。4 結(jié) 語經(jīng)過幾年的使用，A2/O生化池鼓風曝氣變頻調(diào)速PID控制系統(tǒng)在我廠運行至今系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水處理效果好，提高了勞動生產(chǎn)率，有良好的節(jié)能效果，強化了自動化管理。
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