多功能高效曝氣機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解讀

陸 斌，王春蘭，毛國峰（.江蘇亞太水處理工程有限公司，江蘇 泰興 5400；.機(jī)械工業(yè)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，北京 0083）

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多功能高效曝氣機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解讀

陸 斌1，王春蘭2，毛國峰1
（1.江蘇亞太水處理工程有限公司，江蘇 泰興 225400；2.機(jī)械工業(yè)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，北京 100823）

摘 要：從表面曝氣機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)的角度，對該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)規(guī)范進(jìn)行了解讀分析，有助于相關(guān)設(shè)計(jì)和制造人員掌握表面曝氣機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，幫助表面曝氣機(jī)加工制造和檢驗(yàn)人員加強(qiáng)質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：曝氣機(jī)；能效比；技術(shù)設(shè)計(jì)；制造；檢驗(yàn)

1　概述

曝氣機(jī)是污水處理工藝中最關(guān)鍵的高能耗設(shè)備，其能耗占污水處理工藝中總能耗的60%以上，高效低耗曝氣設(shè)備的推廣應(yīng)用可大幅度降低污水處理費(fèi)用，更符合國家節(jié)能、減排、降耗、增效的產(chǎn)業(yè)政策。

2016年3月1日，《多功能高效曝氣裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)首次實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)從曝氣機(jī)關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)范，尤其是曝氣機(jī)的性能要求、能效比有了很大的提升。該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，標(biāo)志著國產(chǎn)污水處理表面曝氣機(jī)技術(shù)在國際污水處理表面曝氣領(lǐng)域贏得了話語權(quán)，占據(jù)了主導(dǎo)性地位。

2　制定《多功能高效曝氣裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的意義

國內(nèi)的環(huán)保裝備制造起步于20世紀(jì)80年代，雖然經(jīng)歷了長期的發(fā)展，但曾在一段時(shí)期內(nèi)處于簡單的仿制，或只進(jìn)行了不適宜的簡化，導(dǎo)致產(chǎn)品普遍存在能效低下、耐用性差、壽命短、曝氣充氧能力嚴(yán)重不足等問題，更沒有國際市場。如科威特、菲律賓、甚至斯里蘭卡等國家的項(xiàng)目業(yè)主，在進(jìn)行水處理項(xiàng)目談判時(shí)，對中國生產(chǎn)的環(huán)保裝備基本都予以否定。造成這種情況的主要原因，既有對我國部分產(chǎn)品粗制濫造的固有成見，更因?yàn)槲覈沫h(huán)保裝備行標(biāo)或國標(biāo)要求太低，過程控制及檢測不嚴(yán)格，導(dǎo)致整機(jī)質(zhì)量無法保障。

標(biāo)準(zhǔn)，對于一個(gè)行業(yè)的重要性毋庸置疑，因?yàn)橐粋€(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)就是該行業(yè)的門檻，標(biāo)準(zhǔn)要求的高低關(guān)系到一個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

國內(nèi)關(guān)于表面曝氣機(jī)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，如《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求豎軸式機(jī)械表面曝氣裝置》（HJ/T247-2006）規(guī)定的充氧性能：動力效率為1.88kgO2/kW·h，該標(biāo)準(zhǔn)中的曝氣充氧性能要求偏低，主要是因?yàn)樵谥贫ㄔ摌?biāo)準(zhǔn)時(shí)的曝氣機(jī)技術(shù)還未得到發(fā)展；《倒傘型表面曝氣機(jī)》（JB/T10670-2014）規(guī)定豎軸式表面曝氣機(jī)動力效率為2.2kgO2/kW·h，但此后未再進(jìn)行修訂，隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)中要求的動力效率太低，嚴(yán)重誤導(dǎo)了用戶的選型應(yīng)用，更成為了阻礙行業(yè)健康發(fā)展的“絆腳石”。

近年來，國內(nèi)大多數(shù)環(huán)保設(shè)備制造企業(yè)加快了研發(fā)的步伐，有些企業(yè)制造的表面曝氣機(jī)已在污水處理現(xiàn)場無故障連續(xù)運(yùn)行10年以上，國產(chǎn)曝氣機(jī)技術(shù)已取得了長足的進(jìn)步。

《多功能高效曝氣裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，響應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的步伐，該標(biāo)準(zhǔn)代表了大多數(shù)曝氣裝置制造企業(yè)的設(shè)計(jì)水平和制造實(shí)力，也是污水處理曝氣裝置行業(yè)真實(shí)水平的體現(xiàn)。

3　新標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

3.1首次提出能效比值概念

《多功能高效曝氣裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，首次提出了能效比值的概念。之前在一些手冊和書本中，對于理論動力效率和能效比值沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，由于概念不清，極易造成混淆。新標(biāo)準(zhǔn)對理論動力效率和能效比值重新進(jìn)行了定義，便于統(tǒng)一認(rèn)識、理解。

理論動力效率是評價(jià)曝氣裝置的水力構(gòu)件—葉輪的技術(shù)指標(biāo)，因?yàn)閷θ~輪來說，其充氧理論動力效率是按軸功率計(jì)算的結(jié)果，該值并不隨電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)的變更而改變，且不同結(jié)構(gòu)的葉輪具有不同的理論動力效率值，因此該值具有同類可比性。

能效比值是評價(jià)曝氣裝置的實(shí)際充氧量與實(shí)際總能耗的指標(biāo)數(shù)值，即在同等條件下，每消耗1度電與向水體充入的氧的比值，該指標(biāo)數(shù)值能直觀地反映曝氣裝置的節(jié)能、降耗效果。

曝氣裝置是污水處理工藝中不可缺少的關(guān)鍵高能耗設(shè)備，其能效比已被越來越多的人所關(guān)注，但因國產(chǎn)曝氣裝置的能效比值差別較大（不同能效等級曝氣裝置的工作效果圖見圖1），有的能效比值較低的曝氣裝置只能采用虛夸的方法吸引用戶，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中因嚴(yán)重充氧不足而影響了污水的處理效果。

圖1　不同能效等級曝氣裝置工作效果圖

新標(biāo)準(zhǔn)將曝氣裝置的能效等級分為三類，兼顧了不同技術(shù)含量的曝氣裝置，沒有將性能較差的曝氣裝置否定排除，給一些老企業(yè)留下了市場發(fā)展的空間。通過能效等級的劃分，不同能效等級的曝氣裝置更利于市場發(fā)展導(dǎo)向，同時(shí)也能警醒相關(guān)企業(yè)不能安于現(xiàn)狀，要認(rèn)識到能效等級的差距即是其被市場淘汰與否的決定條件，可有效激勵(lì)這些企業(yè)不斷自主創(chuàng)新，提升產(chǎn)品技術(shù)含量和制造質(zhì)量，避免落伍而被市場淘汰。

3.2對電機(jī)提出高效要求

新標(biāo)準(zhǔn)對曝氣裝置的驅(qū)動電機(jī)作出了較為嚴(yán)格的規(guī)定，要求設(shè)備必須使用最新的高效電機(jī)，不允許因?yàn)槭袌龈偁巸r(jià)格因素而采用非標(biāo)或已淘汰的電機(jī)。因?yàn)?，曝氣裝置選用的電機(jī)能效等級直接影響裝置的能效比值，同時(shí)，新標(biāo)準(zhǔn)對變頻電機(jī)的使用也作出了規(guī)范化要求。在實(shí)際應(yīng)用中，還存在一些采用普通電機(jī)加變頻裝置來實(shí)現(xiàn)變頻的案例，這種不科學(xué)的變頻裝置，既浪費(fèi)了能源，又缺少安全可靠性。

3.3對減速機(jī)構(gòu)提出規(guī)定

新標(biāo)準(zhǔn)對于驅(qū)動減速機(jī)構(gòu)安全工況系數(shù)的選取作出了規(guī)范要求，這項(xiàng)規(guī)定可有效防止一味地強(qiáng)調(diào)保障使用壽命而刻意加大安全工況系數(shù)，從而造成能源浪費(fèi)。如，SEW在為國內(nèi)山東某污水處理廠額定功率為160kW的曝氣裝置配套減速機(jī)時(shí)，采用了2.8的安全工況系數(shù)，這種“大馬拉小車”的形式極大地浪費(fèi)了電能。事實(shí)上，若要延長曝氣裝置減速機(jī)構(gòu)的使用壽命并非僅靠提高安全系數(shù)，而應(yīng)從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)上加以優(yōu)化提升。

新標(biāo)準(zhǔn)特別對減速機(jī)構(gòu)齒輪選用的材質(zhì)及熱處理要求作出了規(guī)定，因國內(nèi)的某些減速機(jī)生產(chǎn)企業(yè)為了追求利益最大化，選用的齒輪材質(zhì)不符合工況要求或熱處理工藝不符合要求，導(dǎo)致減速機(jī)易損壞、壽命短（見圖2），嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，且重新匹配同樣的齒輪不僅周期長，而且價(jià)格高，用戶也不能接受。

圖2　國產(chǎn)某品牌減速機(jī)齒輪嚴(yán)重?fù)p壞

3.4對易損標(biāo)準(zhǔn)件軸承提出技術(shù)要求

新標(biāo)準(zhǔn)對軸承的選用也作出了規(guī)范性要求。軸承選用之前存在許多誤區(qū)，如，一些招投標(biāo)書中均要求軸承應(yīng)能使用106小時(shí)，實(shí)際上，污水處理曝氣裝置不同于普通間歇性工作的減速機(jī)，其是24小時(shí)連續(xù)不能停歇的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，且其工作環(huán)境非常惡劣，軸承是易損件，要求106小時(shí)的工作壽命根本不可能實(shí)現(xiàn)。

3.5對曝氣葉輪提出較高要求

葉輪是曝氣機(jī)的關(guān)鍵水力部件，當(dāng)葉輪的尺寸公差或形位公差較大時(shí)，則在旋轉(zhuǎn)工作時(shí)會產(chǎn)生嚴(yán)重的不平衡，必然會產(chǎn)生擾動和振擺，從而使減速機(jī)更易損壞。

新標(biāo)準(zhǔn)對曝氣葉輪的尺寸公差和形位公差作出了具體的規(guī)范要求，有益于設(shè)計(jì)、制造人員參照執(zhí)行。新標(biāo)準(zhǔn)還在附錄A中圖文并茂地介紹了葉輪尺寸公差和形位公差的測量檢驗(yàn)方法，使標(biāo)準(zhǔn)更具指導(dǎo)性和可操作性。

3.6關(guān)于使用壽命

曝氣裝置是污水處理工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，由于購置費(fèi)用較高，用戶通常希望其使用壽命越長越好。因此，在連續(xù)不停歇運(yùn)轉(zhuǎn)的惡劣工況下，曝氣裝置的可靠性尤其重要。圖3是曝氣裝置使用3年后便損壞的國外某品牌減速機(jī)和因充氧嚴(yán)重不足而報(bào)廢的曝氣葉輪，用戶再投入的費(fèi)用很高。

新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了曝氣裝置整機(jī)的使用壽命不少于8年，這完全是從用戶角度出發(fā)，保護(hù)用戶利益的規(guī)定。用戶使用符合新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的曝氣裝置則無后顧之憂。

圖3　工作數(shù)年后損壞的進(jìn)口減速機(jī)和更換掉的高能耗曝氣葉輪

4　結(jié)語

（1）《多功能高效曝氣裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，較全面地對曝氣裝置的各個(gè)關(guān)鍵零部件進(jìn)行了規(guī)范要求，同時(shí)詳細(xì)介紹了裝置的關(guān)鍵部件—葉輪的檢驗(yàn)檢測方法。國內(nèi)的豎軸式表面曝氣裝置制造企業(yè)，若能完全按新標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)，則國產(chǎn)豎軸式表面曝氣裝置的性能均完全有可能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一級能效等級要求。

（2）《多功能高效曝氣裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼顧了一些企業(yè)的實(shí)際設(shè)計(jì)、制造水平，同時(shí)具有一定前瞻性，既催化了有關(guān)企業(yè)不斷積極創(chuàng)新的步伐，又警示了保守落伍的企業(yè)，并指明了發(fā)展方向，給予企業(yè)足夠的上升空間。

Explain Standards of Aerator with Multi-function and High Efficiency

LU Bin1， WANG Chun-lan2， MAO Guo-feng1
（1.Jiangsu Yatai Water Treatment Engineering Co.， Ltd， Taixing Jiangsu 225400；2.Development Center for Machinery & Environmental Protection Industry， Beijing 100823， China）

Abstract:From the point of view of the surface aerator manufacturing enterprises， the paper explains and analyzes the main technical criteria of the industry standards， so as to assist the designers and producers to grasp the key points of surface aerator， and assist the producers and inspectors of the surface aerator to enhance the quality control.

Keywords:aerator； effciency ratio； technical design； manufacture； checking

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）05-0017-03