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        羅茨風(fēng)機(jī)與離心風(fēng)機(jī)在污泥焚燒循環(huán)流化床中應(yīng)用的對比分析

        2012-08-06 09:29:32陳階亮朱建國
        城市道橋與防洪 2012年12期
        關(guān)鍵詞:供風(fēng)羅茨流化床

        陳階亮,朱建國

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

        0 引言

        風(fēng)機(jī)是以機(jī)械能驅(qū)動(dòng)來完成氣體壓縮和氣體輸送的一類機(jī)械設(shè)備,包含了通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等。作為最普通的流體機(jī)械,它廣泛應(yīng)用于煤炭、電力、化工、冶金、建筑、環(huán)保等眾多領(lǐng)域,是工程生產(chǎn)和應(yīng)用的必需設(shè)備之一[1,2]。

        杭州七格污水處理廠三期工程采用自主研發(fā)的循環(huán)流化床一體化污泥焚燒技術(shù),于2009年建設(shè)了100 t/d污泥焚燒示范工程,2010年4月通過了72 h運(yùn)行。污泥焚燒采用循環(huán)流化床,一次風(fēng)通過羅茨風(fēng)機(jī)輸送,二次風(fēng)通過高壓離心風(fēng)機(jī)輸送。

        本文結(jié)合羅茨風(fēng)機(jī)和高壓離心風(fēng)機(jī)在污泥焚燒工程中的運(yùn)行特性,對兩種風(fēng)機(jī)的工作特點(diǎn)與供風(fēng)方式等進(jìn)行分析。

        1 工作原理

        羅茨風(fēng)機(jī)是一種容積式風(fēng)機(jī),羅茨風(fēng)機(jī)主要由機(jī)體、墻板及裝有葉輪的轉(zhuǎn)子組成,通過齒輪的傳動(dòng),轉(zhuǎn)子在機(jī)體內(nèi)呈相反方向旋轉(zhuǎn),依靠葉輪與葉輪、葉輪與機(jī)體、葉輪與墻板之間的間隙,使進(jìn)氣腔與排氣腔基本隔絕,借助葉輪旋轉(zhuǎn),將機(jī)內(nèi)容積的氣體由進(jìn)氣腔內(nèi)無壓縮地推送至排氣腔排出,達(dá)到鼓風(fēng)的目的。羅茨風(fēng)機(jī)外形見圖1。

        高壓離心風(fēng)機(jī)的工作原理是當(dāng)葉輪被電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí),充滿葉片的氣體在葉片的推動(dòng)下隨之高速轉(zhuǎn)動(dòng),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(dòng)能增加后,從蝸形外殼流出,葉輪中部則形成負(fù)壓,在大氣壓力作用下不斷吸入氣體予以補(bǔ)充。高壓離心風(fēng)機(jī)的外形見圖2。

        圖1 羅茨風(fēng)機(jī)外形

        圖2 高壓離心風(fēng)機(jī)外形

        2 應(yīng)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(huán)流化床。循環(huán)流化床用風(fēng)分一次風(fēng)和二次風(fēng),以通過分級配風(fēng)方式控制污泥焚燒中燃料氮向氮氧化物的轉(zhuǎn)化率。

        循環(huán)流化床的一次供風(fēng)選用了羅茨風(fēng)機(jī),二次供風(fēng)選用了高壓離心風(fēng)機(jī),兩臺風(fēng)機(jī)均為變頻控制。其中,干污泥焚燒系統(tǒng)的流程見圖3。在羅茨風(fēng)機(jī)和高壓離心風(fēng)機(jī)出口均設(shè)置了壓力變送器和流量計(jì),可在中控室采集風(fēng)量和風(fēng)機(jī)出口壓力數(shù)據(jù)。

        圖3 干污泥焚燒系統(tǒng)工藝流程

        污泥焚燒過程中,羅茨風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率24 h的變化曲線見圖4??梢?,羅茨風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)的電機(jī)頻率沒有調(diào)整,羅茨風(fēng)機(jī)穩(wěn)定在25 Hz運(yùn)行,離心風(fēng)機(jī)穩(wěn)定在24 Hz運(yùn)行。

        圖4 羅茨風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率變化曲線

        在電機(jī)頻率不變的情況下,羅茨風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量的變化曲線見圖5,離心風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量的變化曲線見圖6。

        圖5 羅茨風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量變化曲線

        圖6 離心風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量變化曲線

        從圖5可知,羅茨風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量基本恒定,穩(wěn)定在1 500 m3/h左右,最小風(fēng)量1 471 m3/h,最大風(fēng)量為1 510 m3/h,風(fēng)量的最大差值為39 m3/h,占平均風(fēng)量的2.6%。

        羅茨風(fēng)機(jī)向循環(huán)流化床提供的風(fēng)量維持在恒定水平,實(shí)現(xiàn)了定流量供風(fēng),對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和控制具有重要作用。

        從圖6可知,在離心風(fēng)機(jī)頻率不變的情況下,離心風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量波動(dòng)較大,平均風(fēng)量為1 310m3/h,最大風(fēng)量為1 658 m3/h,最小風(fēng)量為995 m3/h,風(fēng)量最大差為763 m3/h,占平均風(fēng)量的58.2%。

        離心風(fēng)機(jī)向循環(huán)流化床提供二次風(fēng),風(fēng)量的波動(dòng)性大,不利于污泥在循環(huán)流化床內(nèi)焚燒中的穩(wěn)定控制。

        離心風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量呈現(xiàn)波動(dòng)性的原因與離心風(fēng)機(jī)出口壓力的波動(dòng)有關(guān),離心風(fēng)機(jī)出口壓力隨時(shí)間的變化見圖7。

        圖7 離心風(fēng)機(jī)出口壓力的變化曲線

        從圖7可知,離心風(fēng)機(jī)出口壓力較高點(diǎn)對應(yīng)離心風(fēng)機(jī)風(fēng)量較低點(diǎn),風(fēng)機(jī)出口壓力與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量的變化呈反向關(guān)系。離心風(fēng)機(jī)出口壓力平均值為2.2 kPa,最低壓力點(diǎn)為2.09 kPa,最高壓力點(diǎn)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(fēng)機(jī)的風(fēng)量受風(fēng)機(jī)出口壓力影響極大,若風(fēng)機(jī)出口壓力波動(dòng),則離心風(fēng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)恒流量供風(fēng)。

        羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力隨時(shí)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(fēng)機(jī)出口壓力的變化曲線

        污泥焚燒工程運(yùn)行過程中,即便羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力達(dá)到15 kPa,在電機(jī)頻率為25 Hz時(shí),羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量依然維持在1 500 m3/h左右。

        羅茨風(fēng)機(jī)可克服出口壓力的波動(dòng)對流量的影響,實(shí)現(xiàn)在給定頻率的恒流量供風(fēng),與離心風(fēng)機(jī)有不同的工作特性。

        羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量依靠電機(jī)頻率調(diào)節(jié),當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí),風(fēng)機(jī)風(fēng)量線性增加。

        3 結(jié)論

        根據(jù)羅茨風(fēng)機(jī)與離心風(fēng)機(jī)在杭州七格100 t/d污泥焚燒工程的應(yīng)用情況與運(yùn)行調(diào)節(jié)特性,得出以下結(jié)論:

        (1)離心風(fēng)機(jī)風(fēng)量受出口壓力制約,風(fēng)機(jī)風(fēng)量與壓力的變化呈反向關(guān)系。

        (2)羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān),風(fēng)機(jī)出口壓力的增加或減少不影響風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量,羅茨風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)恒定電機(jī)轉(zhuǎn)速下的恒流量供風(fēng)。

        (3)采用羅茨風(fēng)機(jī)向循環(huán)流化床供風(fēng),較離心風(fēng)機(jī)而言,易于實(shí)現(xiàn)污泥焚燒的穩(wěn)定運(yùn)行和控制。

        [1]孫慶生.國產(chǎn)高壓羅茨風(fēng)機(jī)配套于大型CFB鍋爐的可靠性及經(jīng)濟(jì)性分析[J].中國設(shè)備工程,2007(4):12-15.

        [2]邢國清.流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].中國電力出版社,北京:2009.

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