轮胎企业二次能源的综合利用

2015-08-16王其营

橡塑技术与装备 2015年11期

关键词：压缩空气电价水源

王其营

(山东慧通轮胎有限公司，山东莱芜 271114)

轮胎企业二次能源的综合利用

Comprehensive utilization of secondary energy for tire enterprises

王其营

(山东慧通轮胎有限公司，山东莱芜 271114)

对二次能源进行了定义和分类，重点阐述了轮胎企业二次能源的综合利用。

轮胎企业；二次能源；综合利用

按照科学界定，一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，如原煤、原油、天然气、太阳能、水力等；二次能源是指由一次能源经过加工直接或转换得到的能源，如电力、蒸汽、煤气、石油制品等。本文所涉及的二次能源仅是一个借用概念，是指轮胎生产所用水、蒸汽、压缩空气和电等能源在经过初次使用后的衍生物或比正常使用有一定难度的能源。虽然轮胎企业二次能源的品质低于初次使用的能源，但是只要合理利用，也可以产生明显的经济效益，而且还能产生深远的社会效益。

1 轮胎企业二次能源的产生

轮胎生产需要的能源主要有水、蒸汽、压缩空气和电等，水、蒸汽和压缩空气在经过初次使用后，不会全部用尽，都会产生品质有所下降的二次能源；电虽然不会产生二次能源，但是在不同时段使用电却会产生不同的效果。

1.1 水

在轮胎生产过程中，所用的水主要有自来水（新鲜地下水）、循环水和软化水三类，其中自来水是循环水和软化水最初的来源。这三类水在每次正常使用时，都可以看作是初次水源。使用后，其品质（包括水质、压力等）都会下降，回收处理后，可根据实际情况进行处理使用。

未经水质处理的自来水，在生活方面可直接用于茶炉房、食堂、澡塘等用水；在生产方面，可以根据轮胎生产工艺要求，用于胎面和内胎胎筒压出时的冷却。一般情况下，生活用水用后都直接排入下水道进入城市排水管网；生产用水则可以在使用后回收，作为循环水的补充水源进行使用。

循环水是将原有补充的低温水或胎面冷却及其他途径收集的水进行闭路循环，主要用于设备冷却。循环水用泵加压后，作为一次水源使用，在设备中完成热交换后，回收后成为二次循环水水源。

软化水一般是消除钙、镁离子（Ca2+、Mg2+）等硬度的自来水，按照用途分为常温软化水、过热软化水和内冷软化水三类。

常温软化水主要用于设备冷却和锅炉供水，一般分开使用。设备冷却用软化水与普通循环水的使用方式相同，但是不能混入自来水或循环水，要单独闭路循环。锅炉用软化水是经除氧加热后，输送到锅炉产生蒸汽；蒸汽在完成热交换后，最后变成冷凝水。大部分冷凝水经处理后，可以成为锅炉用软化水的二次水源。

过热软化水主要用于轮胎硫化过程的充压和加热，由除氧加热器、热水循环泵、硫化设备、阀门以及输水管线等组成闭路循环系统，一次过热水的回水可以成为二次过热水源。

内冷软化水主要用于轮胎正硫化后的内部降温，由内冷水箱、循环泵、硫化设备、冷却塔、阀门以及输水管线等组成循环系统，一次内冷水的回水可以成为二次水源。

1.2 蒸汽

蒸汽在使用过程中，主要利用其携带的热量和压力。在完成热交换后，蒸汽的温度和压力都会降低，就不能再被直接使用，但是可以回收处理后成为二次蒸汽的汽源；二次蒸汽再次进行热交换后，可以成为三次蒸汽的汽源，直至变成冷凝水。

另外，锅炉排污膨胀扩容器蒸汽内的水分因卤根高、碱性大，也不能直接利用，但是可以成为二次蒸汽的汽源。

1.3 压缩空气

压缩空气的使用特征主要体现在其压力和流量上，当压力和流量降低到一定程度，压缩空气就失去了利用价值。

在轮胎生产的各个工序都需用压缩空气，以达到不同的目的。在炼胶工序，压缩空气主要用在碳黑输送、密炼机下顶栓的动作、胶片浸泡隔离剂后的吹干以及气动元件的动作等；在压延工序，压缩空气主要用在气动元件动作的执行；在成型工序，压缩空气有的是用作动力，有的用作气动元件的执行；在硫化和内胎生产工序，压缩空气主要用于胎坯及内胎的定型、轮胎硫化后的充气冷却以及气动元件的执行等。

在上述各工序中，只有密炼机气动上顶栓的排风可以回收一小部分作为压缩空气的二次能源，其它工序的压缩空气因压力骤降或流量太低而不能成为二次能源。

1.4 电

正常情况下，电在使用过程中只能被一次性消耗掉，不会产生废弃物或衍生物，但是相同的电量在每天不同时段进行使用，其使用难度及效果却有明显的区别。

由于供电电网是面向全社会供电，因此在一天之内各个时段的用电量不尽相同。在用电高峰时段，总电量会出现供应紧张，影响生产和生活；在正常时段，供需基本平衡；而在用电少的时段又出现电量过剩，造成浪费。为缓解不同时段电量的供需矛盾，供电电网根据正常的用电规律，将一昼夜分为用电的峰、平、谷三个不同时段，山东省电网则从2008年6月10日起在高峰时段又分出3 h的尖峰期。山东电网每天各时段的划分（不同地域电网的时段划分不一样）为尖峰3 h—10∶30～11∶30、19∶00～21∶00；高峰5 h—8∶30～10∶30、18∶00～19∶00、21∶00～23∶00；平段8 h—11∶30～18∶00、7∶00～8∶30；谷段8 h，23∶00-7∶00。

由上述各时段的划分可以看出，每天尖峰时段最适宜用电，此时电网的用电量最大，有时甚至出现电力供应不足的现象。如果完全按照最大需求量来配置发、输、供电设施，则会消耗大量的社会资源。由于每天出现电力供应不足或紧张的时间较短，通过提高尖峰时段电价的方式来缓解该时段的供电压力，则可以在一定程度上减少资源的浪费，故尖峰时段的电价最高。

高峰时段比较适宜用电，用电量较多，虽然电网的供电压力较大，但是由于发、输、供电设施是依据尖峰时段用电进行配置，电网供电能力能满足需求，故该时段的电价较尖峰时段有所降低。

平段用电接近每天各时段总量的平均值，用电量比较均衡，没有明显的电量波动，电网可以平稳供电，该时段的电价比高峰时段又有所降低。

谷段的8 h全部在夜间，由于人的生理大都习惯于白天工作，在谷段期间组织、安排工作和生产比在其它时段要增加一定的难度。由此导致谷段用电量最少，电网中部分电量无法消耗，使发电设备闲置、输送线路损耗增加、供电量下降，造成资源较大的浪费。为减少此类资源浪费，电网采取降低谷段电价的方式鼓励用户加大谷段用电比例，以便实现电量均衡利用，故谷段电价最低。

由上述分析可以看出，谷段用电比其它时段用电会增加一定难度，而且电网也鼓励用户加大谷段用电比例，因此可以将谷段的电力供应看作是电力系统的二次能源，应当充分利用。

2 轮胎企业二次能源的综合利用

针对二次能源的特点，应该采取不同的措施进行合理利用。

2.1 水

自来水作为生活用水，其用途和去向多种多样，不易全部回收，即使容易回收的部分（如洗澡用水），因水质发生变化也不能作为二次水源继续使用，一般都是进入城市排水管网，由污水处理中心处理成中水，统一调配使用（用后可作为中水的二次水源反复使用）。生产用自来水在使用后，水质虽然发生变化不能作为自来水的二次能源，但是可以回收作为循环水的补充水源或一次循环水源进行使用。

在使用和管理循环水时，由于对水质要求不高，要尽量回收所有可回收的水源，作为循环水的一次水源。循环水的特点之一是脱二氧化碳作用，不存在二氧化碳侵蚀问题，但要防止碳酸钙沉淀；特点之二是浓缩，在循环过程中，通过蒸发、风吹等，水中的Ca(HCO3)2浓缩到一定程度就会析出CaCO3沉淀，需进行水质稳定处理。一般对循环水管道上的CaCO3沉淀采用酸洗法、高压水冲洗法以及在管道上增加量子管通环等方法进行处理。回收后的二次循环水需要进行沉淀、降温、再次加压使用。如此反复循环使用，可以节约大量一次自来水。

设备冷却用软化水在完成热交换后，回收作为二次水源循环使用。蒸汽冷凝水是锅炉用软化水最重要的二次水源，必须尽最大可能地回收，每回收1 m3冷凝水，可以产生5元以上的经济效益，并且可以减少常温软化水的用量。

过热软化水系统完全闭路循环，第一次过热水水源的回水经升温、加压后都可以成为二次水源，故必须做好保温工作，并减少系统泄露。

内冷软化水在完成热交换后回收成为二次水源，经降温、加压后可以继续使用。为此，要确保充内冷软化水之前那股过热软化水回收，以免混入到内冷软化水的回水，造成温度升高；同时，要确保内冷软化水冷却充分。另外，轮胎硫化周期结束后，硫化罐内的水胎和胶囊内存有一部分内冷软化水，在拉水胎或胶囊时若将其直接排放掉，会造成软化水的浪费，应设法进行回收。按照理论计算，每条标准胎（以9.00-20-14PR轮胎为准）的水胎或胶囊内腔容积大约为0.04 m3，按80%回收计算，年产100万套标准胎（按在硫化罐内生产），每年可回收节约软化水3.2万m3，价值在15万元以上。

2.2 蒸汽

满足使用要求的蒸汽在完成热交换后，其温度和压力都会有不同程度的下降。将这部分用后蒸汽回收作为二次蒸汽，对要求不高的可直接使用；要求较高的，可在进行脱水或升温等处理后使用；如果有可能，可以在处理后再作为三次甚至四次蒸汽使用，直至最后变成温度较高的冷凝水。将这部分冷凝水回收到集水罐，用泵加压后，冬季可用于办公区域的采暖；其他季节在进行杂质过滤后，可以作为锅炉软化水的二次水源输送到锅炉除氧器。蒸汽在这几次热交换过程中，每一次使用都可以看做是上一次的二次能源，这样蒸汽所含有的热值得到最大限度的利用，节能潜力得到充分的挖掘。

锅炉排污膨胀扩容器内的蒸汽由连续排污、定期排污两部分组成，其中排污蒸汽的热值较高，冬季可用于采暖，夏季可通过制作套管式换热装置加热锅炉除氧器的供水；排污蒸汽内含的水分因卤根高、碱性大，在完成热交换后，可排至锅炉水膜除尘的循环水池内，中和循环水因吸附二氧化硫而增加的酸性。如果利用充分，每台20 t锅炉每年排污蒸汽作为二次能源可节约能源价值20余万元。

2.3 压缩空气

由于压缩空气的压力和流量降低到一定程度，就失去了利用价值，因此压缩空气回收、循环的难度较大。在目前使用的轮胎机械范围内，可以在密炼机风动上顶栓的升降动作中实现二次压缩空气的部分使用。

密炼机气动上顶栓的升降是以压缩空气的压力产生动力，靠流量来保证速度。在上顶栓上升时，依靠电磁阀控制，关闭上进风口，压缩空气从下进风口进入，迅速充满活塞下部的空间；靠压力产生的动力推动活塞，带动上顶栓上升，活塞上部的压缩空气不断被排出；下顶栓下降时的动作与上升相反。由于上顶栓风缸的容量较大，每个炼胶周期上顶栓要升降2～3次，用风量较大。为此，可在原有上顶栓进行压缩空气回收装置的改进，上顶栓上下进风口及控制不变，在风缸的顶部和底部各开两个与进风口内径一致的螺纹孔，用两根无缝钢管分别连接上下开口，在连接管中间部位按相反方向分别安装单向阀，用光电开关和压力开关控制上下排风阀。当上顶栓开始动作时，排风阀关闭，由于活塞两端风缸的容积在变化，使活塞两端的压缩空气产生压力差，风缸内的压缩空气通过单向阀排向压力低的另一端。当两端压力接近一致时，排风阀打开，活塞在进风压力的作用下，将活塞推向风缸的另一端。上顶栓这样动作时，风缸内有35%左右的压缩空气成为二次能源被循环使用，而且由于背压的存在，减轻了活塞对风缸端部的冲击。

2.4 电

谷段电量作为二次能源进行使用的要点包括两方面，一是节约用电，二要尽量扩大谷段用电量，减少尖峰和高峰用电量。

节约用电可以通过提高电压等级、淘汰高能耗用电设备、合理调整生产工艺、使用变频控制、利用新型节电技术等途径来实现，使生产相同数量轮胎的用电量最少。因为谷段电价虽然较低，但是毕竟也需要付费，因此必须要控制用电总量。

扩大谷段用电量的依据是在不同时段使用相同电量的成本差别。以山东省电网为例，高峰、低谷时段的电度电价按基础电价上下浮动60%，尖峰电价按基础电价上浮70%。自2011年12月1日全国普调电价后，山东省电网泰安市35～110 kV大工业用电的基础电价为0.607 3元/（kW·h）（不同电网、地市、电压等级和用途的电价都不同），则尖峰电度电价为1.032 4元/（kW·h），高峰为0.971 7元/（kW·h），平段为0.607 3元/（kW·h），而谷段仅为0.242 9元/（kW·h）。（注：总电价包括电度电价、基本电费、基金、力调电费四项，后三项在每个电费收费期间不变。）

在轮胎生产过程中，有一部分设备和工艺必须连续运转，像硫化及相应的动力设备等；也有一部分设备和工艺受产能、市场及产品结构等因素的影响可以间歇运转，像炼胶、压延、胎面及内胎挤出等。如果对所有可以调整运行时间的设备和工序遵循“扩大谷段用电、控制平段用电、减少峰段用电、杜绝尖峰用电”的原则，就能在一定程度上减少电费支出。

例如，大部分轮胎企业的压延机都有产能剩余，一台XY-4S-1730型压延机每天运行8 h就能满足100万套标准胎的需要，这8 h的运行时间在不同的时段用电成本相差比较大。经测量和验证，该型号压延机及其配套设备平均用电总量为700（kW·h）/h，如果在23∶00～7∶00这个时段生产，则只有8 h的谷段，其电度电价为：0.242 9×8×700=1 360（元）。

如果在15∶00～23∶00这个时段生产，则有3 h平段、3 h峰段、2 h尖峰段，所用电度电价为：

(0.607 3×3+0.971 7×3+1.032 4×2)×700=4 761（元）。

两个不同时段的电度电价差为：4 761-1 360=3 401（元），用电成本差别很大。

因此，在不增加任何投入和设施的前提下，只要充分利用谷段的电量，就相当于利用了电的二次能源，可以在一定程度上掌控电度电价，既可以降低企业的用电成本，又可以提高电网的运行质量。