羅茨風機變頻節能改造方法實例能耗對比：
原標題：曝氣羅茨鼓風機節能技術
山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，贏得了市場好評和認可。
羅茨風機是污水處理曝氣池中最主要也是最重要的機電設備。羅茨風機的工作能耗占整個污水處理環節能耗的比例較大。隨著經濟和社會的發展，污水處理需求量增加，使得羅茨風機的應用擴大，產生的能耗也隨之加大。為響應國家節能減排的號召，同時也為了降低污水處理的成本，羅茨風機的節能技術顯得尤為重要。目前，變頻改造，使用節能馬達、軟啟節能、預測控制等方法是羅茨風機節能的主要技術。
曝氣羅茨風機主要是由機殼、葉輪、墻板以及進出口消聲器構成，其中機殼主要是作為支撐與固定的作用，墻板是用來連接機殼與葉輪的作用，支撐葉輪的旋轉，而葉輪主要是羅茨風機的旋轉部分，具有噪聲小、運轉平穩的特點，而其中消聲器用于降低羅茨風機的噪音。
羅茨風機是容積式風機的一種，主要是采用漸開線的方式進行轉動，并且風機中的三個葉片完全相同，旋轉的過程中能夠保持一定的極小間隙，從而導致進氣口呈現真空狀態，葉片與墻板、機殼形成一個密封腔，能夠形成連續工作。
按照工作方式的不同可以將羅茨風機分為單級和雙級風機，將兩臺單級鼓風機串聯起來，對氣體連續進行兩次壓縮的鼓風機我們稱之為雙級鼓風機。按葉輪頭數可以分為兩葉羅茨鼓風機和三葉羅茨鼓風機；按照介質種類可以分為煤氣鼓風機、二氧化硫鼓風機等；按用途可以分為立窯鼓風機、曝氣鼓風機等；按照結構能夠將羅茨風機分為立式鼓風機、豎軸式鼓風機、臥式鼓風機、密集成組鼓風機等。 為了做好羅茨風機維修與保養，將羅茨風機安裝在適宜的場所，避免將風機安裝在經常有人出入、易產生腐蝕性氣體等場所，而且周邊的排氣口留有適當的空間，室外應該設置防雨棚，而且需要采用排氣扇做好降溫措施。
羅茨風機的風壓不受風機限制，但是風量與風機轉速成正比，因此采用恒轉矩負載的方式，能夠具有更高的功率以及節電率，因此在羅茨風機的運行過程中，對羅茨風機進行技術改造，改變以調節閥門開度的方式調節風量等生產方式，能夠有效的降低勞動強度和能源消耗，為了做好羅茨風機的節能改造，可以采用節能馬達、軟啟節能、預測控制以及變頻技術實現節能。
采用變頻節能技術，是采用電力半導體器件的方式，通過智能控制，能夠實現節能。在羅茨風機中采用變頻的節能方式，因為羅茨風機的風量與風機轉速成正比，因此采用變頻節能的方式，能夠降低風機的耗電量。傳統的羅茨風機主要是采用控制排風量的方式控制輸出流量，因此采用變頻技術能夠降低羅茨風機的運行轉速，從而減少電能。采用羅茨風機節能技術，能夠實現系統軟啟動、軟停止，使羅茨風機的運行更加穩定，從而減少機械磨損，延長羅茨風機以及電機的使用壽命。而且變頻技術的能夠實現全自動控制，實現智能控制。
羅茨風機變頻改造是當前羅茨風機的節能的主要技術，根據羅茨鼓風機的負載特性，采用變頻器對羅茨風機進行變頻控制，并且人工給定信號進行控制，能夠實現變頻器自動增加或減少電機運行頻率，在保證生產的情況下，實現變頻節能。通過變頻改造，能夠提升節能效率，減少維修費用并且節省勞動力。
馬達節能是采用高效節能電機的方式進行節能，采用高效電機節能的方式，能夠實現直接啟動以及變頻器調速，而且起到節約能源，降低長期運行成本的效果，從而能夠提升4%左右的節能效率。在羅茨風機中采用節能馬達技術，能夠實現自動控制，采用稀土永磁高效節能電機，電機功率因數高于0.90，具有電機電流小，延長系統整體運行壽命的效果，能夠提升節能效果。在羅茨風機中采用節能馬達技術，能夠減少人工成本，實現自動控制，并且達到節能的目的。
預測控制是近年發展起來的新型計算機控制算法，預測控制是一種智能控制技術，采用持續優化和反饋校正的方式，能夠實現精確控制。在羅茨風機中采用預測控制技術，采用智能化控制，對羅茨風機的轉速以及負載進行調節，從而實現節能。采用預測控制的方式，能夠對羅茨風機的運行進行有效的控制，實現精確的控制，對于羅茨風機的節能具有重要的意義。由于預測控制具有適應復雜生產過程控制的特點，所以預測控制具有強大的生命力。可以預言，隨著預測控制在理論和應用兩方面的不斷發展和完善，它必將在工業生產過程中發揮出越來越大的作用，展現出廣闊的應用的前景。
曝氣羅茨風機在當前的工業發展中具有重要的意義，對于污水處理而言，采用有效的方式做好曝氣羅茨風機節能，能夠節省電能。在羅茨風機運行中，采用變頻節能技術、節能馬達技術以及預測控制的方式，能夠滿足工藝的要求，同時能夠實現節能的目的，采用有效的節能技術，能夠降低噪聲，而且能夠實現自動控制，降低維修費用，控制企業的運行成本。在污水處理行業廣泛的應用羅茨風機節能技術，能夠取得顯著的節能效果，對于污水處理行業的發展具有重要的意義。
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污水處理工藝中，羅茨鼓風機是曝氣池不可或缺的設備之一。羅茨風機通過管道壓縮空氣送入曝氣池，使空氣中的氧氣溶解在污水中，供給活性污水中的微生物。噪音大小也是污水處理曝氣中人們比較關注的問題，下面我們來大體說下此類問題及其解決方法。
風機的噪聲問題：
羅茨鼓風機屬于容積式壓風機。它是通過相互垂直嚙合的腰形漸開線葉輪相對地按一定速度旋轉而達到輸送氣體的目的，它的特點在于所輸氣體的流量為一常量。缺點是在運轉中產生一些噪聲。
羅茨風機噪聲分為是機械噪聲和空氣動力噪聲，機械噪聲是隨著風機的構造類型和葉輪的圓周速度而變化。其空氣動力噪聲，隨著葉輪直徑和圓周速度而變化。當風機的轉速增加時，空氣動力噪聲的增長要比機械噪聲快得多。
當風機葉輪的圓周速度超過一定的數值，空氣動力噪聲即成為優勢。而在不能改變風機葉輪尺寸的情況下，采用變頻傳動技術，使電機工作電流頻率低于原工作電流頻率，其圓周速度相應的就降低了，即風機的轉速降低，相應的空氣動力噪聲也降低。
調速節能中應注意的問題：
（1）風機的轉速范圍。當轉速低于額定轉速40％～50％，風機的效率將明顯下降。鼓風機的速度變化范圍不宜過大，通常轉速不小于額定轉速的50％。一般調速范圍在70％～80％之間為宜 。
（2）電機不能在低速下長期運行。
（3）運行過程中速度不能太低，要適當的把放散閥門開度打開點，適量放散，羅茨風機電機溫度都不高，運行比較良好。
最后但同樣重要，要做好羅茨風機的日常保養工作，可延錦工機的壽命。在污水曝氣工藝中，對噪音要求比較高的情況下，可增設風機房，但是要注意通風，污水曝氣時水位往往會高，壓力會比較大，會產生許多熱量。
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原標題：生化池羅茨風機鼓風曝氣變頻調速的PID控制節能途徑
山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨風機、回轉式鼓風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。產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的電耗一般占污水處理系統電耗的40%～60%，是污水處理節能的關鍵。最根本的節能措施是提高曝氣控制效率，降低氧的浪費，減小風量。最顯著的節能方法是羅茨鼓風機氣量控制節能，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。根據鼓風曝氣變頻調速PID控制系統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，分析了其系統的控制，對提高污水處理的節能和穩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，出水水質達到GB 18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B類標準。廠內自動化控制系統由就地控制層、現場PLC控制層和中央監控層組成；控制網絡為監控通信光纖工業以太網。PLC控制系統采用西門子SIMETIC S7-300系列可編程控制系統。各現場控制站分布在各工藝段，與中控室監控計算機通過工業以太網實現通信和數據傳輸。中心控制室對污水處理工藝參數采集、顯示、修改、設置和管理，對廠區內被控設備運行狀態檢測、顯示，中控室監控計算機通過工業以太網，與各現場PLC控制站交換數據、采集信息，遙控和管理各現場PLC控制站內的機電設備，并按工藝要求實現對其控制。操作人員可在中心控制室完成集中監控、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速PID控制系統2.1 系統功能北沖污水處理廠A2/O生化池鼓風曝氣變頻PID控制系統設計考慮如下兩點：第一，曝氣池所需風量的變化與水質和水量相關，而水質和水量有一定規律，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，羅茨風機具有恒轉矩輸出的特性，流量和轉速成正比例的關系，軸功率和轉速也成正比例關系，與離心風機相比較在控制上更容易把握，所以選用節能、靈活的帶變頻調速的羅茨鼓風機。第二，用變頻器改變交流電機的轉速方式控制羅茨風機流量，大幅度減少了用管道調節閥來調節空氣流量的機械方式所造成的能量損耗，不會產生附加壓力損失，調節風量范圍0%～100%，調節范圍寬，處于低負荷下運行，可延長設備使用壽命，節能效果顯著。第三，鼓風曝氣是一種閉環調節的自動控制模式，根據溶解氧的偏差來調整鼓風機流量，這種模式可以實現關于水質、水量的最優控制，曝氣效果最佳，節能的效果最顯著。2.2 系統構成控制系統由以下設備構成：主送風管路裝設空氣流量計、壓力計、信號上傳至曝氣系統的控制裝置。曝氣池上根據氧的理論分布安裝溶解氧檢測儀，信號上傳至曝氣系統的控制裝置。每臺鼓風機配備一套無速度反饋的U/f可調的變頻器，變頻器具備PI調節功能模塊，反饋控制信號可下傳至變頻器。曝氣系統的控制裝置采用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，信號通過現場站PLC的模塊進行采集后，通過全廠光纖網絡送至中心控制室，中心控制室通過工業以太網對現場PLC控制站采集到的信號數據，生成工藝監控實時畫面，作為人機操作界面，供操作管理人員實時監控和管理整個污水處理工藝流程。HMI通過文字和圖形動態地反映在線數據，如空氣流量、溶解氧值、壓力、頻率、電流以及設備狀態等，操作人員可以進行即時的參數修改、分布操作或模式選擇。曝氣系統的PLC是污水處理廠自控系統的組成部分，與中央控制室的上位計算機實現通信。2.3 系統控制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、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。中控室監控計算機畫面上每臺羅茨風機設置遙控/自動轉換按鈕。操作人員可以通過鼠標在中控室監控計算機對鼓風機進行手動啟停控制。中控室監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ORP來調節），都可根據按鈕來選擇，DO控制主要參數和PID控制參數都可在上位機設定。在實際控制中，羅茨鼓風機的風量設定值為工藝理論值，這一值經溶解氧反饋信號比較后，根據偏差實時調節風量的增減，最終使污水溶解氧值穩定在設定值（也可根據季節、水質的變化等實際情況不斷調整）。在上方的趨勢圖中可看到實際值和設定的值的曲線，進而可方便的調節工藝參數，使鼓風機的效率、出水水質達到最優化，畫面如圖2所示。3 系統效應降低電耗：系統能降低污水處理廠曝氣系統能耗15%～40%；污水處理廠出水達到排放標準：通過實時監測滿足排放要求；增加污水處理廠的處理量：系統對處理工藝進行優化后，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控制動態調整，使出水達到排放標準；預警和工藝幫助：系統能依據數據來判斷污水處理廠的工藝何時需調整。4 結 語經過幾年的使用，A2/O生化池鼓風曝氣變頻調速PID控制系統在我廠運行至今系統穩定、可靠、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水處理效果好，提高了勞動生產率，有良好的節能效果，強化了自動化管理。
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在城市污水處理廠，鼓風曝氣所占的能耗占到總能耗的一半左右，選擇合適的曝氣風機在節約運行成本中占著至關重要的作用。
好氧池曝氣常用的風機有四類：羅茨鼓風機、多級離心風機、單級高速離心風機和磁(空氣)懸浮風機。
1、羅茨鼓風機
羅茨鼓風機目前多為三葉型，每轉動一圈由兩組三葉型葉輪完成3次吸、排氣。結構簡單，性能穩定。羅茨鼓風機屬于容積式風機，其特點是在最高設計壓力范圍內，管網阻力變化時，流量變化很小。羅茨風機的性能曲線如下：
從性能曲線可知，羅茨風機風量受壓力變化影響小。當曝氣池液位變化時，鼓風量基本不變。
風量調節：羅茨風機風量受轉速控制，風量調整可通過變頻調速進行，變頻后風壓可以維持。
2、多級離心風機
離心鼓風機是電機帶動風機葉輪旋轉，使葉片之間的氣體在離心力的作用下甩出，外界氣體通過葉輪中間形成的負壓吸入，達到連續鼓風的目的。在常規轉速下單級離心升壓有限，采用多級串接的方式可達到升壓要求，稱為多級離心風機。多級離心風機典型的性能曲線如下：
從性能曲線可知，多級離心風機隨風壓變化流量變化較大。當曝氣池液位變化時，鼓風量會有變化。
風量調節：多級離心風機風量調節可通過變頻進行，變頻后風壓會相應降低，變頻范圍受到一定限制。
3、單級高速離心風機
單級高速離心風機指提高風機轉速，通過單級離心即可達到工藝的升壓要求。單級高速離心風機風量大、效率高，對制造水平要求較高。單級高速離心風機的性能曲線如下：
從性能曲線可知，單級高速離心風機隨風壓變化流量變化非常大。當曝氣池液位發生變化時，鼓風量變化會較大。
風量調節：單級高速離心風機可通過進口導葉調整，風量調整時不影響風壓，同時可以降低風機軸功率，達到節能效果。由于變頻調節時，風壓下降幅度會較大，可能會無法滿足工藝要求，單級高速離心風機一般不用變頻調節風量。
4、磁(空氣)懸浮風機
磁(空氣)懸浮離心風機是通過磁或空氣的作用，使轉動軸形成懸浮狀態，摩擦阻力小，效率高，也可以通過進口導葉調整風量。懸浮離心風機由于摩擦力小，風機效率會更高。
磁(空氣)懸浮風機葉輪也為單級高速類型，性能曲線與單級高速離心風機類似。
不同的曝氣風機有著不同的適用范圍，羅茨風機、多級離心風機和單級高速離心風機各自的流量范圍也有較大的差異，羅茨風機在小流量范圍，多級離心中流量范圍，單級高速離心風機在高流量范圍。羅茨風機：1~100m3/min;多級離心風機：20~400m3/min;單級高速離心風機：40~1000m3/min。
三種風機的流量與功率的比較見下圖。
從上圖中可知，在風機的效率方面單級高速離心風機最高，多級離心風機其次，羅茨風機最低。同樣的供風量，羅茨風機能耗最高，單級高速離心風機能耗最低。
從設備采購成本看，羅茨風機成本最低，多級離心風機居中，單級高速離心風機最高。綜合考慮能耗、設備采購及運行維護費用等因素，三種風機的流量與單位綜合成本比較見下圖。
其中，羅茨風機由于能耗較高，單位流量綜合成本高于多級離心和單級高速離心風機。在100m3/min以上的流量時，由于單級高速離心風機具有更高的運行效率，綜合成本優于多級離心風機。
在小流量范圍內羅茨鼓風機具有價格優勢，在中流量范圍內，多級離心風機性價比較好，高流量時，單級高速離心風機綜合成本最低。在實際選型中還要考慮流量調節的需求、安裝條件以及運行維護方便性等因素。
磁(空氣)懸浮風機相對于其他三種鼓風機，效率更高，更節能，而且噪音很低，但是成本最高，維護復雜，目前應用于現場環境標準要求高，舍得花成本的企業。一般的污水處理廠承擔不起，隨著磁(空氣)懸浮風機的國產化，以后成本會越來越親和！
1、按實際情況計算參數
在污水廠鼓風機選型時，風機廠家產品樣本上給出的均是標準進氣狀態下的性能參數，然而風機在實際使用中并非標準狀態，當鼓風機的環境工況如溫度、大氣壓力以及海拔高度等不同時，風機的性能也將發生變化，設計選型時就不能直接使用產品樣本上的性能參數，而需要根據實際使用狀態將風機的性能要求，換算成標準進氣狀態下的風機參數來選型。
2、出口壓力影響因素的分析
容積式鼓風機排氣壓力的高低并不取決于風機本身，而是氣體由鼓風機排出后裝置的情況，即所謂“背壓”決定的， 曝氣鼓風機具有強制輸氣的特點。
鼓風機銘牌上標出的排氣壓力是風機的額定排氣壓力。實際上，鼓風機可以在低于額定排氣壓力的任意壓力下工作，而且只要強度和排氣溫度允許，也可以超過額定排氣壓力工作。
對于污水處理廠而言，排氣系統所產生的絕對壓力(背壓)為管路系統的壓力損失值、曝氣池水深和環境大氣壓力之和。若由于某種原因，如曝氣頭或管路堵塞，使管路系統的壓力損失增加，背壓也會升高，于是鼓風機的壓力也就相應升高;又若曝氣頭破裂或管路泄漏等原因，管路系統的壓力損失則會減少，背壓便不斷降低，鼓風機的壓力也隨之降低。
綜上所述，確定曝氣鼓風機壓力時，只需要鼓風機在標準狀態下所能達到的絕對壓力等于使用狀態下的大氣壓力、曝氣池水深和管路損失之和。
3、鼓風機空氣流量因素
在計算污水處理的需氧量時，其結果為標準狀態下所需氧的質量流量qm(kg/min) ，再將其換算成標準狀態下所需空氣的容積流量qv1(m3/min) ，如果鼓風機的使用狀態不是標準狀態，例如在高原地區使用，則空氣密度、含濕量會發生變化，鼓風機所供應的空氣容積流量與標準狀態是相同的，而所供空氣的質量流量將減少，有可能導致供氧量不足。
因此，必須計算出能供應相同質量流量的容積流量，即換算流量qv2。在高原地區使用時，環境大氣壓力也會發生變化，壓力比相應升高，那么，羅茨鼓風機的泄漏流量qvb則會增大，這將導致鼓風機所供應的空氣容積流量減少，也可能造成供氧量不足。
因此，設計時必須考慮使用條件發生變化時各種因素的影響，以保證風機所供應的實際空氣流量能夠滿足使用要求，并需計算出換算流量qv2和泄漏流量qvb2。
4、注意冬季和夏季的區別
鼓風機選型應關注鼓風機供氣流量的變化規律對于同一臺鼓風機，在冬季和夏季，其容積流量是不會發生變化的，但因空氣密度的不同質量流量會發生變化，也就是說供氧量會有所不同。
鼓風機在標準狀態與使用狀態下的容積流量是不變的，但因為空氣密度(ρ)、含濕量(ds) 等發生了變化，導致鼓風機輸送至曝氣池的供氧量( FOR) 在冬季溫度降低時增加、夏季溫度升高時降低。例如，某一污水處理廠，選用上述計算例題中的羅茨鼓風機，根據環境溫度變化，計算出鼓風機的實際供氧量(FOR)，其一年的變化規律在實際運行過程中，由于進水量、水質、水溫等參數的變化，系統需氧量(SOR)也會發生變化在夏季，水溫較高，曝氣池需氧量(SOR)增大，但鼓風機的供氧量(FOR)在減少，這是設計時考慮需氧量的最不利工況點，此時，供氧量、需氧量基本相當;在冬季，水溫降低，曝氣池需氧量(SOR)減少，但鼓風機的供氧量(FOR)增大，此時，供氧量較需氧量大出許多。這是由于冬季氣溫降低，空氣密度增加，那么風機所供給的干空氣的質量流量較標準狀態大幅度增加，從而引起供氧量增加，從運行的實際測量情況來看，每年冬季曝氣池的溶解氧較夏季會高出1～3mg/L。
因此，在生產運行過程中，需要針對這種變化對設備進行及時的調整，使鼓風機的充氧能力與實際運行中的需氧量相適應。對于羅茨鼓風機來說，使用變頻器，通過改變風機轉速來調整供風量是很經濟實用的。結論同一臺鼓風機在不同的使用條件下，其性能的變化非常大，所以必須通過嚴謹的計算進行選型，否則有可能導致生化系統的供氧不足;另外，在冬季和夏季由于空氣密度發生了變化，鼓風機所供應氧氣的質量流量變化很大，冬季供氧量大大超過了需氧量，所以，應采取變頻調速等措施使生化系統的溶解氧濃度保持穩定。
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