罗茨风机变频节能改造方法实例能耗对比：
原标题：曝气罗茨鼓风机节能技术
山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机，赢得了市场好评和认可。
罗茨风机是污水处理曝气池中最主要也是最重要的机电设备。罗茨风机的工作能耗占整个污水处理环节能耗的比例较大。随着经济和社会的发展，污水处理需求量增加，使得罗茨风机的应用扩大，产生的能耗也随之加大。为响应国家节能减排的号召，同时也为了降低污水处理的成本，罗茨风机的节能技术显得尤为重要。目前，变频改造，使用节能马达、软启节能、预测控制等方法是罗茨风机节能的主要技术。
曝气罗茨风机主要是由机壳、叶轮、墙板以及进出口消声器构成，其中机壳主要是作为支撑与固定的作用，墙板是用来连接机壳与叶轮的作用，支撑叶轮的旋转，而叶轮主要是罗茨风机的旋转部分，具有噪声小、运转平稳的特点，而其中消声器用于降低罗茨风机的噪音。
罗茨风机是容积式风机的一种，主要是采用渐开线的方式进行转动，并且风机中的三个叶片完全相同，旋转的过程中能够保持一定的极小间隙，从而导致进气口呈现真空状态，叶片与墙板、机壳形成一个密封腔，能够形成连续工作。
按照工作方式的不同可以将罗茨风机分为单级和双级风机，将两台单级鼓风机串联起来，对气体连续进行两次压缩的鼓风机我们称之为双级鼓风机。按叶轮头数可以分为两叶罗茨鼓风机和三叶罗茨鼓风机；按照介质种类可以分为煤气鼓风机、二氧化硫鼓风机等；按用途可以分为立窑鼓风机、曝气鼓风机等；按照结构能够将罗茨风机分为立式鼓风机、竖轴式鼓风机、卧式鼓风机、密集成组鼓风机等。 为了做好罗茨风机维修与保养，将罗茨风机安装在适宜的场所，避免将风机安装在经常有人出入、易产生腐蚀性气体等场所，而且周边的排气口留有适当的空间，室外应该设置防雨棚，而且需要采用排气扇做好降温措施。
罗茨风机的风压不受风机限制，但是风量与风机转速成正比，因此采用恒转矩负载的方式，能够具有更高的功率以及节电率，因此在罗茨风机的运行过程中，对罗茨风机进行技术改造，改变以调节阀门开度的方式调节风量等生产方式，能够有效的降低劳动强度和能源消耗，为了做好罗茨风机的节能改造，可以采用节能马达、软启节能、预测控制以及变频技术实现节能。
采用变频节能技术，是采用电力半导体器件的方式，通过智能控制，能够实现节能。在罗茨风机中采用变频的节能方式，因为罗茨风机的风量与风机转速成正比，因此采用变频节能的方式，能够降低风机的耗电量。传统的罗茨风机主要是采用控制排风量的方式控制输出流量，因此采用变频技术能够降低罗茨风机的运行转速，从而减少电能。采用罗茨风机节能技术，能够实现系统软启动、软停止，使罗茨风机的运行更加稳定，从而减少机械磨损，延长罗茨风机以及电机的使用寿命。而且变频技术的能够实现全自动控制，实现智能控制。
罗茨风机变频改造是当前罗茨风机的节能的主要技术，根据罗茨鼓风机的负载特性，采用变频器对罗茨风机进行变频控制，并且人工给定信号进行控制，能够实现变频器自动增加或减少电机运行频率，在保证生产的情况下，实现变频节能。通过变频改造，能够提升节能效率，减少维修费用并且节省劳动力。
马达节能是采用高效节能电机的方式进行节能，采用高效电机节能的方式，能够实现直接启动以及变频器调速，而且起到节约能源，降低长期运行成本的效果，从而能够提升4%左右的节能效率。在罗茨风机中采用节能马达技术，能够实现自动控制，采用稀土永磁高效节能电机，电机功率因数高于0.90，具有电机电流小，延长系统整体运行寿命的效果，能够提升节能效果。在罗茨风机中采用节能马达技术，能够减少人工成本，实现自动控制，并且达到节能的目的。
预测控制是近年发展起来的新型计算机控制算法，预测控制是一种智能控制技术，采用持续优化和反馈校正的方式，能够实现精确控制。在罗茨风机中采用预测控制技术，采用智能化控制，对罗茨风机的转速以及负载进行调节，从而实现节能。采用预测控制的方式，能够对罗茨风机的运行进行有效的控制，实现精确的控制，对于罗茨风机的节能具有重要的意义。由于预测控制具有适应复杂生产过程控制的特点，所以预测控制具有强大的生命力。可以预言，随着预测控制在理论和应用两方面的不断发展和完善，它必将在工业生产过程中发挥出越来越大的作用，展现出广阔的应用的前景。
曝气罗茨风机在当前的工业发展中具有重要的意义，对于污水处理而言，采用有效的方式做好曝气罗茨风机节能，能够节省电能。在罗茨风机运行中，采用变频节能技术、节能马达技术以及预测控制的方式，能够满足工艺的要求，同时能够实现节能的目的，采用有效的节能技术，能够降低噪声，而且能够实现自动控制，降低维修费用，控制企业的运行成本。在污水处理行业广泛的应用罗茨风机节能技术，能够取得显著的节能效果，对于污水处理行业的发展具有重要的意义。
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污水处理工艺中，罗茨鼓风机是曝气池不可或缺的设备之一。罗茨风机通过管道压缩空气送入曝气池，使空气中的氧气溶解在污水中，供给活性污水中的微生物。噪音大小也是污水处理曝气中人们比较关注的问题，下面我们来大体说下此类问题及其解决方法。
风机的噪声问题：
罗茨鼓风机属于容积式压风机。它是通过相互垂直啮合的腰形渐开线叶轮相对地按一定速度旋转而达到输送气体的目的，它的特点在于所输气体的流量为一常量。缺点是在运转中产生一些噪声。
罗茨风机噪声分为是机械噪声和空气动力噪声，机械噪声是随着风机的构造类型和叶轮的圆周速度而变化。其空气动力噪声，随着叶轮直径和圆周速度而变化。当风机的转速增加时，空气动力噪声的增长要比机械噪声快得多。
当风机叶轮的圆周速度超过一定的数值，空气动力噪声即成为优势。而在不能改变风机叶轮尺寸的情况下，采用变频传动技术，使电机工作电流频率低于原工作电流频率，其圆周速度相应的就降低了，即风机的转速降低，相应的空气动力噪声也降低。
调速节能中应注意的问题：
（1）风机的转速范围。当转速低于额定转速40％～50％，风机的效率将明显下降。鼓风机的速度变化范围不宜过大，通常转速不小于额定转速的50％。一般调速范围在70％～80％之间为宜 。
（2）电机不能在低速下长期运行。
（3）运行过程中速度不能太低，要适当的把放散阀门开度打开点，适量放散，罗茨风机电机温度都不高，运行比较良好。
最后但同样重要，要做好罗茨风机的日常保养工作，可延锦工机的寿命。在污水曝气工艺中，对噪音要求比较高的情况下，可增设风机房，但是要注意通风，污水曝气时水位往往会高，压力会比较大，会产生许多热量。
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原标题：生化池罗茨风机鼓风曝气变频调速的PID控制节能途径
山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨风机、回转式鼓风机等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱罗茨鼓风机、水冷罗茨鼓风机、油驱罗茨鼓风机、低噪音罗茨鼓风机，赢得了市场好评和认可。产品和服务远销全国各地及东南亚，深受客户好评。
罗茨鼓风机曝气系统的电耗一般占污水处理系统电耗的40%～60%，是污水处理节能的关键。最根本的节能措施是提高曝气控制效率，降低氧的浪费，减小风量。最显著的节能方法是罗茨鼓风机气量控制节能，即供气供氧设备采用罗茨鼓风机变频控制，在PID自动控制下直到溶解氧（DO）浓度稳定在设定值，可解决两方面问题：第一，溶解氧浓度太低污水不能达标；第二，溶解氧浓度太高，不仅浪费电能还可能使活性污泥上浮使出水也不能达标。根据鼓风曝气变频调速PID控制系统应用在桂林市排水工程管理处北冲污水处理厂污水处理工艺中的良好效果，分析了其系统的控制，对提高污水处理的节能和稳定性有一定的实用性。
1 工程概况1.1 自控概况北冲污水处理厂坐落于桂林市西北面，2003年8月开始扩建，新厂区占地面积38亩，于2005年4月开始试运行，设计日处理能力为3万t，目前实际进厂污水量为2.5万t/日，均达标处理，其进水以生活污水为主。采用A2/O活性污泥法处理工艺，出水水质达到GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B类标准。厂内自动化控制系统由就地控制层、现场PLC控制层和中央监控层组成；控制网络为监控通信光纤工业以太网。PLC控制系统采用西门子SIMETIC S7-300系列可编程控制系统。各现场控制站分布在各工艺段，与中控室监控计算机通过工业以太网实现通信和数据传输。中心控制室对污水处理工艺参数采集、显示、修改、设置和管理，对厂区内被控设备运行状态检测、显示，中控室监控计算机通过工业以太网，与各现场PLC控制站交换数据、采集信息，遥控和管理各现场PLC控制站内的机电设备，并按工艺要求实现对其控制。操作人员可在中心控制室完成集中监控、报警处理、事件处理、报表打印、设备运行能耗管理、单位水量处理成本等工作，实时监视、控制整个污水处理工艺流程的运行工况。1.2 污水处理工艺及工艺流程图北冲污水处理厂采用A2/O活性污泥法处理工艺，具有除磷脱氮功能，采用微孔鼓风曝气，安装有高度自动化控制系统及各类检测设备和仪表，剩余污泥采用离心脱水干化后外运，尾水消毒采用紫外消毒工艺，同时建设有强化除磷加药车间用于稳定除磷效果，处理后的出水排入江体。
2 A2/O生化池鼓风曝气变频调速PID控制系统2.1 系统功能北冲污水处理厂A2/O生化池鼓风曝气变频PID控制系统设计考虑如下两点：第一，曝气池所需风量的变化与水质和水量相关，而水质和水量有一定规律，变化较小，而且A2/O工艺的曝气池水位基本上保持不变。因为送风管压力变化较小，罗茨风机具有恒转矩输出的特性，流量和转速成正比例的关系，轴功率和转速也成正比例关系，与离心风机相比较在控制上更容易把握，所以选用节能、灵活的带变频调速的罗茨鼓风机。第二，用变频器改变交流电机的转速方式控制罗茨风机流量，大幅度减少了用管道调节阀来调节空气流量的机械方式所造成的能量损耗，不会产生附加压力损失，调节风量范围0%～100%，调节范围宽，处于低负荷下运行，可延长设备使用寿命，节能效果显著。第三，鼓风曝气是一种闭环调节的自动控制模式，根据溶解氧的偏差来调整鼓风机流量，这种模式可以实现关于水质、水量的最优控制，曝气效果最佳，节能的效果最显著。2.2 系统构成控制系统由以下设备构成：主送风管路装设空气流量计、压力计、信号上传至曝气系统的控制装置。曝气池上根据氧的理论分布安装溶解氧检测仪，信号上传至曝气系统的控制装置。每台鼓风机配备一套无速度反馈的U/f可调的变频器，变频器具备PI调节功能模块，反馈控制信号可下传至变频器。曝气系统的控制装置采用PLC（可编程逻辑控制器）和相应的HMI（人机界面），PLC具有PID操作指令，并配有全面、安全的输入输出接口，信号通过现场站PLC的模块进行采集后，通过全厂光纤网络送至中心控制室，中心控制室通过工业以太网对现场PLC控制站采集到的信号数据，生成工艺监控实时画面，作为人机操作界面，供操作管理人员实时监控和管理整个污水处理工艺流程。HMI通过文字和图形动态地反映在线数据，如空气流量、溶解氧值、压力、频率、电流以及设备状态等，操作人员可以进行即时的参数修改、分布操作或模式选择。曝气系统的PLC是污水处理厂自控系统的组成部分，与中央控制室的上位计算机实现通信。2.3 系统控制2.3.1 罗茨鼓风机的控制PLC采集每套鼓风机的手动/自动位置、运行状态、故障信号；总出风管风压值、总出风管风量值、每台鼓风机的频率、电流等；同时给出鼓风机的启停指令。PLC记录每台罗茨鼓风机的当前运行时间和累计运行时间，时间以小时进行记录。中控室监控计算机画面上每台罗茨风机设置遥控/自动转换按钮。操作人员可以通过鼠标在中控室监控计算机对鼓风机进行手动启停控制。中控室监控计算机实时显示总出风管风压值、总出风管风量值、每台罗茨鼓风机的频率、电流等，每台罗茨鼓风机的当前运行时间和累计运行时间。当罗茨鼓风机出现故障信号时，停止运行或禁止启动鼓风机。2.3.2 溶解氧（DO）控制点击中控室监控计算机罗茨鼓风机图标，可进入罗茨鼓风机控制画面，罗茨鼓风机的控制根据污水在生化池上出口的溶解氧浓度的溶解氧（DO）值保持在某一设定值（如2 mg/l）（或也可根据ORP来调节），都可根据按钮来选择，DO控制主要参数和PID控制参数都可在上位机设定。在实际控制中，罗茨鼓风机的风量设定值为工艺理论值，这一值经溶解氧反馈信号比较后，根据偏差实时调节风量的增减，最终使污水溶解氧值稳定在设定值（也可根据季节、水质的变化等实际情况不断调整）。在上方的趋势图中可看到实际值和设定的值的曲线，进而可方便的调节工艺参数，使鼓风机的效率、出水水质达到最优化，画面如图2所示。3 系统效应降低电耗：系统能降低污水处理厂曝气系统能耗15%～40%；污水处理厂出水达到排放标准：通过实时监测满足排放要求；增加污水处理厂的处理量：系统对处理工艺进行优化后，可评估污水处理厂的处理量；提高污水处理工艺可控性及稳定性：在曝气量和水量足够的情况下，DO设置值和PID控制动态调整，使出水达到排放标准；预警和工艺帮助：系统能依据数据来判断污水处理厂的工艺何时需调整。4 结 语经过几年的使用，A2/O生化池鼓风曝气变频调速PID控制系统在我厂运行至今系统稳定、可靠、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水处理效果好，提高了劳动生产率，有良好的节能效果，强化了自动化管理。
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在城市污水处理厂，鼓风曝气所占的能耗占到总能耗的一半左右，选择合适的曝气风机在节约运行成本中占着至关重要的作用。
好氧池曝气常用的风机有四类：罗茨鼓风机、多级离心风机、单级高速离心风机和磁(空气)悬浮风机。
1、罗茨鼓风机
罗茨鼓风机目前多为三叶型，每转动一圈由两组三叶型叶轮完成3次吸、排气。结构简单，性能稳定。罗茨鼓风机属于容积式风机，其特点是在最高设计压力范围内，管网阻力变化时，流量变化很小。罗茨风机的性能曲线如下：
从性能曲线可知，罗茨风机风量受压力变化影响小。当曝气池液位变化时，鼓风量基本不变。
风量调节：罗茨风机风量受转速控制，风量调整可通过变频调速进行，变频后风压可以维持。
2、多级离心风机
离心鼓风机是电机带动风机叶轮旋转，使叶片之间的气体在离心力的作用下甩出，外界气体通过叶轮中间形成的负压吸入，达到连续鼓风的目的。在常规转速下单级离心升压有限，采用多级串接的方式可达到升压要求，称为多级离心风机。多级离心风机典型的性能曲线如下：
从性能曲线可知，多级离心风机随风压变化流量变化较大。当曝气池液位变化时，鼓风量会有变化。
风量调节：多级离心风机风量调节可通过变频进行，变频后风压会相应降低，变频范围受到一定限制。
3、单级高速离心风机
单级高速离心风机指提高风机转速，通过单级离心即可达到工艺的升压要求。单级高速离心风机风量大、效率高，对制造水平要求较高。单级高速离心风机的性能曲线如下：
从性能曲线可知，单级高速离心风机随风压变化流量变化非常大。当曝气池液位发生变化时，鼓风量变化会较大。
风量调节：单级高速离心风机可通过进口导叶调整，风量调整时不影响风压，同时可以降低风机轴功率，达到节能效果。由于变频调节时，风压下降幅度会较大，可能会无法满足工艺要求，单级高速离心风机一般不用变频调节风量。
4、磁(空气)悬浮风机
磁(空气)悬浮离心风机是通过磁或空气的作用，使转动轴形成悬浮状态，摩擦阻力小，效率高，也可以通过进口导叶调整风量。悬浮离心风机由于摩擦力小，风机效率会更高。
磁(空气)悬浮风机叶轮也为单级高速类型，性能曲线与单级高速离心风机类似。
不同的曝气风机有着不同的适用范围，罗茨风机、多级离心风机和单级高速离心风机各自的流量范围也有较大的差异，罗茨风机在小流量范围，多级离心中流量范围，单级高速离心风机在高流量范围。罗茨风机：1~100m3/min;多级离心风机：20~400m3/min;单级高速离心风机：40~1000m3/min。
三种风机的流量与功率的比较见下图。
从上图中可知，在风机的效率方面单级高速离心风机最高，多级离心风机其次，罗茨风机最低。同样的供风量，罗茨风机能耗最高，单级高速离心风机能耗最低。
从设备采购成本看，罗茨风机成本最低，多级离心风机居中，单级高速离心风机最高。综合考虑能耗、设备采购及运行维护费用等因素，三种风机的流量与单位综合成本比较见下图。
其中，罗茨风机由于能耗较高，单位流量综合成本高于多级离心和单级高速离心风机。在100m3/min以上的流量时，由于单级高速离心风机具有更高的运行效率，综合成本优于多级离心风机。
在小流量范围内罗茨鼓风机具有价格优势，在中流量范围内，多级离心风机性价比较好，高流量时，单级高速离心风机综合成本最低。在实际选型中还要考虑流量调节的需求、安装条件以及运行维护方便性等因素。
磁(空气)悬浮风机相对于其他三种鼓风机，效率更高，更节能，而且噪音很低，但是成本最高，维护复杂，目前应用于现场环境标准要求高，舍得花成本的企业。一般的污水处理厂承担不起，随着磁(空气)悬浮风机的国产化，以后成本会越来越亲和！
1、按实际情况计算参数
在污水厂鼓风机选型时，风机厂家产品样本上给出的均是标准进气状态下的性能参数，然而风机在实际使用中并非标准状态，当鼓风机的环境工况如温度、大气压力以及海拔高度等不同时，风机的性能也将发生变化，设计选型时就不能直接使用产品样本上的性能参数，而需要根据实际使用状态将风机的性能要求，换算成标准进气状态下的风机参数来选型。
2、出口压力影响因素的分析
容积式鼓风机排气压力的高低并不取决于风机本身，而是气体由鼓风机排出后装置的情况，即所谓“背压”决定的， 曝气鼓风机具有强制输气的特点。
鼓风机铭牌上标出的排气压力是风机的额定排气压力。实际上，鼓风机可以在低于额定排气压力的任意压力下工作，而且只要强度和排气温度允许，也可以超过额定排气压力工作。
对于污水处理厂而言，排气系统所产生的绝对压力(背压)为管路系统的压力损失值、曝气池水深和环境大气压力之和。若由于某种原因，如曝气头或管路堵塞，使管路系统的压力损失增加，背压也会升高，于是鼓风机的压力也就相应升高;又若曝气头破裂或管路泄漏等原因，管路系统的压力损失则会减少，背压便不断降低，鼓风机的压力也随之降低。
综上所述，确定曝气鼓风机压力时，只需要鼓风机在标准状态下所能达到的绝对压力等于使用状态下的大气压力、曝气池水深和管路损失之和。
3、鼓风机空气流量因素
在计算污水处理的需氧量时，其结果为标准状态下所需氧的质量流量qm(kg/min) ，再将其换算成标准状态下所需空气的容积流量qv1(m3/min) ，如果鼓风机的使用状态不是标准状态，例如在高原地区使用，则空气密度、含湿量会发生变化，鼓风机所供应的空气容积流量与标准状态是相同的，而所供空气的质量流量将减少，有可能导致供氧量不足。
因此，必须计算出能供应相同质量流量的容积流量，即换算流量qv2。在高原地区使用时，环境大气压力也会发生变化，压力比相应升高，那么，罗茨鼓风机的泄漏流量qvb则会增大，这将导致鼓风机所供应的空气容积流量减少，也可能造成供氧量不足。
因此，设计时必须考虑使用条件发生变化时各种因素的影响，以保证风机所供应的实际空气流量能够满足使用要求，并需计算出换算流量qv2和泄漏流量qvb2。
4、注意冬季和夏季的区别
鼓风机选型应关注鼓风机供气流量的变化规律对于同一台鼓风机，在冬季和夏季，其容积流量是不会发生变化的，但因空气密度的不同质量流量会发生变化，也就是说供氧量会有所不同。
鼓风机在标准状态与使用状态下的容积流量是不变的，但因为空气密度(ρ)、含湿量(ds) 等发生了变化，导致鼓风机输送至曝气池的供氧量( FOR) 在冬季温度降低时增加、夏季温度升高时降低。例如，某一污水处理厂，选用上述计算例题中的罗茨鼓风机，根据环境温度变化，计算出鼓风机的实际供氧量(FOR)，其一年的变化规律在实际运行过程中，由于进水量、水质、水温等参数的变化，系统需氧量(SOR)也会发生变化在夏季，水温较高，曝气池需氧量(SOR)增大，但鼓风机的供氧量(FOR)在减少，这是设计时考虑需氧量的最不利工况点，此时，供氧量、需氧量基本相当;在冬季，水温降低，曝气池需氧量(SOR)减少，但鼓风机的供氧量(FOR)增大，此时，供氧量较需氧量大出许多。这是由于冬季气温降低，空气密度增加，那么风机所供给的干空气的质量流量较标准状态大幅度增加，从而引起供氧量增加，从运行的实际测量情况来看，每年冬季曝气池的溶解氧较夏季会高出1～3mg/L。
因此，在生产运行过程中，需要针对这种变化对设备进行及时的调整，使鼓风机的充氧能力与实际运行中的需氧量相适应。对于罗茨鼓风机来说，使用变频器，通过改变风机转速来调整供风量是很经济实用的。结论同一台鼓风机在不同的使用条件下，其性能的变化非常大，所以必须通过严谨的计算进行选型，否则有可能导致生化系统的供氧不足;另外，在冬季和夏季由于空气密度发生了变化，鼓风机所供应氧气的质量流量变化很大，冬季供氧量大大超过了需氧量，所以，应采取变频调速等措施使生化系统的溶解氧浓度保持稳定。
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