吸附制氧罗茨风机_罗茨鼓风机

吸附制氧罗茨风机：VPSA制氧在富氧曝气上的应用

　　VPSA制氧在富氧曝气上的应用

　　万志国 杨海洋

　　昆山锦程气体设备有限公司

　　摘要：本文介绍了变压吸附制氧（VPSA制氧）的原理和特点，以及VPSA制氧技术在富氧曝气上的使用情况。例举了深圳某河流采用了富氧曝气后，河流的溶解氧的数据变化，结果表明变压吸附制氧具有经济性，灵活性及安全性高的特点，是广大黑臭河流富氧曝气活性污泥的理想选择。

　　关键锦工：变压吸附制氧、VPSA制氧；富氧；曝气

　　1.概述

　　富氧曝气是VPSA制氧设备的最早应用，普莱克斯公司采用以锂基分子筛的VPSA设备将氧气充入本公司的水处理系统。富氧曝气就是用富度为80%~93%的氧气代替传统使用的空气为微生物提供氧气。

　　富氧曝气和空气曝气的比较

　　曝气过程中氧的传输速率(即溶解氧浓度的变化率)和氧亏值成正比，如式(1)所示。所谓氧亏值是氧饱和浓度和实际达到的溶解氧浓度之差。Dc/dt=KLA/V（Cs-CT) (1)式中KL—氧传递系数，h-1 Cs—饱和溶解氧浓度，mg/LCT—实际溶解氧浓度，mg/L，氧亏值为（Cs-CT)在空气曝气时氧的分压为21 kPa，而富氧曝气时氧压力可达101 kPa。于是，富氧曝气时氧饱和浓度是43.74 mg/L(20 ℃),这是空气曝气时9.17 mg/L的4.8倍。如果实际要求达到溶解氧浓度5 mg/L,则空气曝气时氧亏值是4.17 mg/L,而富氧曝气时氧亏值高达38.74mg/L。显然，富氧曝气时溶解氧的增长速率是空气曝气时的38.74/4.17=9.3倍。

　　富氧曝气的优点是投资及运行费用低、处理能力强、占地面积小、系统稳定性高。随着国家对污水处理的政策支持力度加大，作为一种先进污水处理手段的富氧曝气技术将会越来越受到关注和重视。除了环保科技工作者在研究新技术新流程上加倍努力之外，昆山锦程气体设备有限公司作为工业气体设备供应商充分发挥自身的优势，加快研究和开发适用的富氧曝气系统和为之配套的制氧装置，在推动环保技术发展的同时，开拓工业气体的新市场。

　　2.氧气制取的方法

　　目前工业化制氧技术主要有两大类:一种工艺是深冷空气分离制氧,所得的氧气富度高,但是制氧成本高、投资大,只适用于大规模用氧场合;另一工艺是变压吸附制氧 (简称PSA,VPSA制氧),氧气富度只有80%~93%,但投资小、能耗低,适用于中小规模不需要高富度氧的场合。我国中石化公司引进富氧曝气活性污泥工艺处理石化废水,曝气用氧采用深冷空气分离制得。虽然深冷空气分离制氧成本比较高,电耗大约为0.55~0.60 kW·h/m3, 但石化公司的富氧来自其制氮空分装置,是副产品,石化公司以其处理污水是经济的。对于绝大多数的污水处理厂, 如用深冷法制氧特别昂贵。用VPSA制氧却便宜得多。国内变压吸附制氧已有多年经验, 但因所用吸附剂性能差,制氧成本仍很高。近10年来昆山锦程气体采用上海恒业锂基分子筛,其吸氮能力和氮氧分离系数比传统分子筛高得多,利用此吸附剂及德国拜尔传统工艺开发出新变压吸附工程技术,使制氧电耗低达0.30kWh/m3, 达国际先进水平。装置价格比进口设备低约60%,制氧规模可达5000Nm3/h富氧单套,吸附剂一次装填可使用10年以上，气动蝶阀300万次无需更换密封件。目前昆山锦程已在国内及国外有色冶金、化工、高炉富氧、臭氧氧源等行业建成近三百套装置,运行状态良好。昆山锦程气体变压吸附制氧技术的突破, 为我国推广富氧曝气活性污泥工艺进行污水处理创造了有利条件并真正引领了变压吸附制氧技术潮流。

　　VPSA制氧系统主要由鼓风机，真空泵，切换阀，吸附器和氧气缓冲罐组成。原料空气经入口缓冲罐除尘后，被罗茨风机增压至0.45Kpa进入其中一吸附塔内，吸附塔内装填吸附剂，其中水分，二氧化碳，以及其他少量其它其它组分在吸附塔底部的活性氧化铝所吸附而氧气为非吸附组分从吸附塔顶部出口作为产品气排至氧气缓冲罐。当该吸附塔吸附到一定程度，其中的吸附剂将达到饱和状态，此时通过阀门切换，首先经过均压降压过程将吸附塔压力将至微负压，再利用真空泵对之进行抽真空（与吸附方向相反）真空度约为-50Kpa.已吸附的水分，二氧化碳，氮气及少量其它气体被抽出排至大气，吸附剂得到再生。

　　VPSA的每个吸附塔都交替执行以下步骤：---吸附---解析---冲压

　　3.VPSA制氧机在曝气上的应用

　　由于富氧的压力高于空气中氧的分压，富氧曝气可显著提高氧的转移速率。昆山锦程气体协助深圳某公司开发了微气富氧曝气技术，将微孔曝气和富氧曝气的优点结合起来,采用微孔软管曝气，在水深5m处的氧利用率高达80％，该工艺应用于敞开曝气池。此外，该工艺还广泛应用于污染河流的曝气，由于设备简单可靠、噪声治理非常好和对流态不形成扰动等优点，尤其适合于具有旅游景观功能的市区河道的治理。中试时是一条严重污染的河道，河水黑臭，COD高达100～200mg/L。由于受周边居民的影响，河道流态变化复杂。试验装置由一个80Nm3/hVPSA制氧机、小型开放式曝气池组成。软管的供气压力为0.05MPa，氧气流量在0～80Nm3/h范围内可调。试验结果表明，富氧曝气可有效降低黑臭水体中的COD浓度。在三个月的连续运行中整个VPSA制氧机及曝气系统的设备运行正常，无需任何维修。由于VPSA制氧降噪措施和对河道水体的流态不会形成任何明显的扰动和障碍，故工艺尤其适用于非航运、具有旅游景观功能的河道上进行全自动富氧曝气。

　　中试效果非常好，深圳某公司一次性向昆山锦程定购三套大型VPSA制氧设备，三套设备采用模组化设计，动力设备摆放到集装箱内部，吸附塔和其他静设备露天布置，本条河流处理完毕后，可移至其他河流。

　　三套数据如下：第一套产量250M3/h （合同值230M3/h）,富度83%（合同值80%） ，压力51kpa。第二套制氧设备参数：产量580M3/h（合同值560M3/h）,富度84%（合同值80%）,压力52kpa，第三套制氧设备参数; 产量710M3/h（合同值680M3/h）,富度82%（合同值80%），压力53kpa。当河水流速较平缓时，COD浓度降低30%～50%；经过曝气区的BOD/COD值从0.46降至0.40，这表明在富氧曝气过程中不仅发生了硫化物、亚铁等还原物质的化学氧化（表现为水体黑色变浅，臭味减弱），而且发生了一定程度的生物降解作用。同时溶解氧的数据有一定变化，如下图。由图可知，连续进水曝气在0~10min时，溶解氧含量迅速上升，10min之后上升趋势变慢，在17min之后开始趋于平缓，说明溶解氧在水中达到饱和，饱和值在22mg/L左右。

　　4.结论

　　综上所述，富氧曝气活性污泥法具有氧转移率高、剩余污泥量少、污水处理效率高、抗有机物冲击性能高等特点。制氧技术的发展，制氧成本的降低，为这项技术的推广应用提供了可能。昆山锦程气体开发的变压吸附制氧技术及微气泡曝气技术为我国推广富氧氧曝气活性污泥工艺进行污水及河道治理创造了条件。

　　锦程制氧、绿色中国

吸附制氧罗茨风机：一种变压吸附制氧用罗茨鼓风机的制作方法

　　本实用新型涉及制氧领域，具体地涉及一种变压吸附制氧用罗茨鼓风机。

　　背景技术：

　　罗茨鼓风机广泛运用于各行各业，它是一种双转子压缩机械，两转子由原动机通过一对同步齿轮驱动，作方向相反的等速旋转，两转子的轴线平行，鼓风机进、排气口不直接相通，转子与机壳及墙板围成封闭的内腔，内腔在运转过程中基本不发生变化，在内腔开启的瞬间，来自排气腔的高压气体迅速回流，使内腔内的气体压力突然升高，由此形成气体压缩并产生气流冲击噪声。罗茨鼓风机运行中强度最高、影响最大的正是气动噪声，它在风机内形成噪声声源并经鼓风机进、出风口向外辐射，严重污染环境。

　　技术实现要素：

　　为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种变压吸附制氧用罗茨鼓风机。其结构简单，能够有效的消除噪音。

　　具体地，本实用新型提供一种变压吸附制氧用罗茨鼓风机，包括壳体，所述壳体具有进风口和出风口，所述进风口和所述出风口分别位于所述壳体的上下端，所述进风口与所述壳体的内腔之间设有第一消音单元，所述出风口与所述壳体的内腔之间设有第二消音单元，

　　所述第一消音单元为圆管状结构，所述圆管状结构包括第一圆管以及第二圆管，所述第一圆管套设在所述第二圆管内部，所述第一圆管与所述第二圆管之间形成一空腔，所述空腔内填充有消音材料，所述第一圆管内部设置有一个或多个消音槽，消音槽为一个或多个锥形结构，

　　所述第二消音单元为长方体凹槽，所述长方体凹槽的内部上包覆有消音层，所述消音层内填充有消音材料，

　　所述壳体外部设置有手柄、风机组件以及阀门，所述风机组件连接有电机，所述电机驱动所述风机组件的运动，所述电机电连接有控制组件。

　　优选地，所述消音材料为阻燃隔音面。

　　优选地，所述进风口为圆形，所述出风口为方形。

　　优选地，所述长方体凹槽内部设置有多个导流槽。

　　优选地，所述锥形结构包括第一锥形结构和第二锥形结构，所述第一锥形结构的底面面积和所述第二锥形结构的顶面面积一致。

　　优选的，所述进风口附近设置有风扇。

　　与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

　　本实用新型提供一种变压吸附制氧用罗茨鼓风机。其结构简单，能够有效的消除噪音，在使用过程中，风由进风口进入，并依次通过第一消音单元和第二消音单元进行消音后，从鼓风机壳体的出风口吹出。通过设置的消音槽，能够将声音消除到最小，从而提高变压吸附制氧用罗茨鼓风机的使用寿命并减少声音污染。

　　附图说明

　　图1为本实用新型的结构示意图；

　　图2为本实用新型的第一消音单元的结构示意图；

　　图3为本实用新型的第三消音单元的结构示意图；

　　图4为本实用新型的长方体凹槽的侧壁的结构示意图。

　　具体实施方式

　　以下将参考附图详细说明本实用新型的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

　　具体地，本实用新型提供一种变压吸附制氧用罗茨鼓风机，如图1所示，包括壳体1，所述壳体1具有进风口2和出风口3，所述进风口2和所述出风口3分别位于所述壳体的上下端，所述进风口2与所述壳体1的内腔之间设有第一消音单元4，所述出风口3与所述壳体1的内腔之间设有第二消音单元5。进风口2附近设置有进风装置21。壳体1的一侧设置有安装部11。

　　如图2所示，所述第一消音单元4为圆管状结构，所述圆管状结构包括第一圆管41以及第二圆管42，所述第一圆管41套设在所述第二圆管内部42，所述第一圆管41与所述第二圆管42之间形成一空腔43，所述空腔内填充有消音材料，所述第一圆41管内部设置有一个或多个消音槽44，消音槽44为锥形结构。

　　如图3所示，所述第二消音单元5为长方体凹槽，所述长方体凹槽的内部上包覆有消音层51，所述消音层51内填充有消音材料。

　　优选地，所述消音材料为阻燃隔音面。

　　优选地，所述进风口2为圆形，所述出风口3为方形。

　　优选地，如图4所示，长方体凹槽的侧壁53上设置有多个导流槽52，导流槽的设置用于使风沿导流槽前进，以降低声音。

　　优选地，所述锥形结构包括第一锥形结构441和第二锥形结构442，所述第一锥形结构441的底面面积和所述第二锥形结构442的顶面面积一致。

　　优选的，所述进风口3附近设置有风扇。

　　在具体实施例中，壳体1具有进风口2和出风口3，所述进风口2和所述出风口3分别位于所述壳体的上下端，所述进风口2与所述壳体1的内腔之间设有第一消音单元4，所述出风口3与所述壳体1的内腔之间设有第二消音单元5。进风口2附近设置有进风装置21。壳体1的一侧设置有安装部11。

　　所述第一消音单元4为圆管状结构，所述圆管状结构包括第一圆管41以及第二圆管42，所述第一圆管41套设在所述第二圆管内部42，所述第一圆管41与所述第二圆管42之间形成一空腔43，所述空腔内填充有消音材料，所述第一圆41管内部设置有一个或多个消音槽44，消音槽44为锥形结构。锥形结构的数量可以根据需要进行设置。

　　如图3所示，所述第二消音单元5为长方体凹槽，所述长方体凹槽的内部上包覆有消音层51，所述消音层51内填充有消音材料。

　　在使用过程中，风由进风口2进入，并依次通过第一消音单元和第二消音单元进行消音后，从鼓风机壳体的出风口吹出。

　　本实用新型提供一种变压吸附制氧用罗茨鼓风机。其结构简单，能够有效的消除噪音。

　　最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

吸附制氧罗茨风机：氧压罗茨风机在制氧行业的应用

　　变压吸附又称PSA在制氧较传统的深冷制氧在许多方面具有独特的优势，因此在氧气纯度要求不太高的场合，使用日益广泛，具有装置逐步扩大的趋势，其装置示意图见图1。罗茨风机先将原料空气送入塔内，塔中分子筛吸附空气中的氮气、二氧化碳及水份等，在塔内获得一定纯度的氧气，吸附剂饱和后切换空气进入塔B，同时利用真空泵抽气，使塔A的压力下降，将氮气等从分子筛中脱离出来，这样循环，则可获得氧气，氧气再经过压缩机的加压进入两个缓冲罐，由缓冲罐向用氧单位供气。变压吸附装置中的关键动力设备，原料空气的正压输送一般采用罗茨鼓风机，真空解吸过程中废气的抽除，通常也采用罗茨真空泵。关于向用户加压供气的压缩机，以前一般采用螺杆或活塞式压缩机，但这两种机器的压力比较高，适合高压气体的输送，但随着工艺水平的不断改进，对于低压小流量产品的气体输送也开始转向使用罗茨鼓风机，简称氧压罗茨鼓风机，本文针对氧压罗茨鼓风机的市场、结构特点、设计制造关键及使用运行作简单的说明，进一步推进罗茨鼓风机在制氧行业的应用。

吸附制氧罗茨风机：氧压罗茨风机在制氧行业的应用_1

　　原标题：氧压罗茨风机在制氧行业的应用

　　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。

　　变压吸附又称PSA在制氧较传统的深冷制氧在许多方面具有独特的优势，因此在氧气纯度要求不太高的场合，使用日益广泛，具有装置逐步扩大的趋势，其装置示意图见图1。罗茨风机先将原料空气送入塔内，塔中分子筛吸附空气中的氮气、二氧化碳及水份等，在塔内获得一定纯度的氧气，吸附剂饱和后切换空气进入塔B，同时利用真空泵抽气，使塔A的压力下降，将氮气等从分子筛中脱离出来，这样循环，则可获得氧气，氧气再经过压缩机的加压进入两个缓冲罐，由缓冲罐向用氧单位供气。变压吸附装置中的关键动力设备，原料空气的正压输送一般采用罗茨鼓风机，真空解吸过程中废气的抽除，通常也采用罗茨真空泵。关于向用户加压供气的压缩机，以前一般采用螺杆或活塞式压缩机，但这两种机器的压力比较高，适合高压气体的输送，但随着工艺水平的不断改进，对于低压小流量产品的气体输送也开始转向使用罗茨鼓风机，简称氧压罗茨鼓风机，本文针对氧压罗茨鼓风机的市场、结构特点、设计制造关键及使用运行作简单的说明，进一步推进罗茨鼓风机在制氧行业的应用。

　　2　应用范围

　　目前，作为50000 t/a的铜厂所需氧气量为50～75m3/min，压力29.4～39.2kPa，它与空气混合后送入冶金炉助燃，从性能来说刚好落在罗茨风机的型谱范围内，但因输送的介质为氧气，它是一种对温度、油料、火花特别敏感的助燃、易爆性气体，因此很多厂家一直以来也十分谨慎，使得国内罗茨鼓风机在这一领域的运用受到限制，氧压机多采用国外进口配套产品。

　　最近，在北大先锋及四川天一科技等制氧行业厂家的要求与配合下，我公司首制的第一批共4台氧压罗茨鼓风机已完工下线，并成功实现了与PSA装置的顺利对接。

　　3　 设计要点

　　罗次鼓风机作为输送氧气这种特殊介质的机械，保证它的安全性、可靠性则是首要任务，因此从忌温、忌油、忌火花及忌振等方面入手，在以下几个方面对罗茨鼓风机作了特殊处理。

　　3.1 密封结构

　　首先要保证氧气能够密封在机壳与墙板所形成的密封腔内，不会由于轴封泄漏到两端的油箱内与油接触，致使在达到一定的温度、浓度时发生爆炸而酿成事故。为达此目的，选用了合肥通用机械研究所的机械密封结构（见图2），该结构为非平衡式双端面机械密封，具有结构简单、装配方便、密封可靠等特点，端面配以衬套上的两组“O”型圈1和2，可以从径向、轴向两个方向实现气体的可靠密封，以保证气体不外漏，端面配以“O”型圈3和4，可以保证机械密封的密封冷却液不向内、外泄漏。

　　考虑到万一有少量氧气泄露的特殊情况下，会在墙板间形成的氧气聚积，将风机墙板改为开式结构，确保漏出的氧气不产生聚积，能在低浓度下立即向外扩散，从而可减少事故发生。

　　3.2 润滑油（脂）与封液

　　普通的油（脂）在有氧气的条件下，极易燃烧而产生气体膨胀爆炸，同时，由于油脂的氧化变质，还会使其失去润滑功能，因此对于任何有可能与氧气接触的油和脂均必须采取特殊处理，选用抗氧化性，阻燃性、润滑性及稳定性俱佳的特种合成油，一般有合成硅基压缩机油、氟基硅油两种，它们均具有优异的热稳定性和化学稳定性，不易形成残碳和胶质，可防止由于气体的稀释导致的油品粘度下降而引起润滑不良，以适合氧压罗茨鼓风机的需要。

　　如果同时采用润滑油作为封液，那么势必会采用循环使用的方式，从而导致油池温度升高，增加了安全隐患，而且一旦密封失效，产生内漏，将会对系统介质产生严重污染，因此经过与厂家协商，决定用软水作为封液（系统压力低时可用自来水，系统压力高时可采用加压泵加压），对机封密封端面进行冷却与润滑，充分消除了用油作为封液可能存在的隐患。密封材质必须考虑与氧气的适应性，机封座采用不锈钢，密封面动环采用硬质合金，静环采用石墨。既有良好的抗磨性，又有充分的抗氧化性。

　　3.3 冷却

　　为进一步降低油箱内润滑油的油温，保证风机轴承与齿轮的可靠运行，减少由于机械故障产生的擦机壳、擦墙板，以避免引起火花，对主、副油箱均采用了水冷结构。，

　　3.4 油污

　　机械设备的所有零部件（包括标准件、外购件），无论是在加工过程中，还是在防锈保存过程中均有油污的粘染，通常装配前的清洗均不能满足深度除油的要求，根据HG20202-2000《脱脂工程施工及验收规范》的要求，按以下工艺过程对所有零部件（部件散体）进行脱脂：（1）用香蕉水全面清洗两遍，后用四氯化碳浸泡（小件）或局部逐渐淋洗抹擦（大件）至材料本色，直至抹布无锈迹、油污为止；（2）油除干净后，立即用无油的干热空气（50～60℃）对各表面进行吹除，以达到深度除油和防锈的作用；（3）管道系统由用户按标准进行除油处理。

　　3.5 主机零部件的精度

　　为避免风机在运行中出现危险，除了零部件加工精度外，机械密封的密封性能也对零部件的精度，特别是几何精度、形位公差特别敏感，稍有不慎就会密封失效，因此装配前必须按照图纸对主机的各零部件进行细致的检验，采用选优的办法选定所需的零件。

　　同时机壳、叶轮、墙板部位的间隙可适当放大0.05mm左右，以保证风机在运行过程中不出现磕碰。

　　3.6 装配

　　首先要求必须绝对的干净，包括吊索、抹布等均不能粘油，工作场地做初步除油处理后也需要用干净的塑料或抹布与零部件隔开。

　　在机械密封的装配过程中，轴承不能采用敲击的方法强行打入，只能采用热套或用锁母锁紧的方法压入，否则，由于敲击时产生强烈的振动会使机封的静环产生跳动且不复位，在动静环的密封面间也可能产生一个小间隙，最后导致密封失效而返工；同样在主机装好后，联轴器或皮带轮的装配也只能采用热装的方式装配到位，不能敲击，以免震碎机封。

　　最后在装配过程中，所有“O”型圈、骨架油封以及所有有垫的地方均可涂上少量的特种润滑脂，这对密封及润滑均有好处；同时所有联接螺栓在装配前均需粘取少量这种特种油，以免由于除油过净，在拧紧的过程中由于润滑程度不够而将螺丝拧坏。

　　3.7 试验

　　先对机封通水进行密封试验，通水压力比系统介质压力高0.1MPa左右即可，30min后，以每分钟漏水不超过5滴为合格。

　　密封合格后，对整机进行气密封试验，通入洁净氮气，压力为1.5倍系统压力，浸水保压15min，无气泡外冒为合格。

　　按JB/T 8941.2-1999《一般用途罗茨鼓风机性能试验方法》进行性能试验。

　　按HG 20202-2000《脱脂工程施工及验收规范》进行脱脂验收。

　　4　实际效果

　　根据以上工艺方案及技术要求，已成功地为北大先锋、包头、杭州项目以及四川天一科技配套了锦工牌JGR-200H、JGR-200AJGR-125A共3种机型4台氧压罗茨鼓风机，均已投入正常使用，为这些企业节约了大量的资金，并在售后服务和配件供应上提供了一条更为便捷的渠道，解决了使用单位的后顾之忧，成为国产罗茨鼓风机在制氧行业成功应用的良好范列，为国产罗茨鼓风机开创了一个新的应用领域。

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