王其營

(山東慧通輪胎有限公司，山東 萊蕪 271114)

輪胎企業(yè)二次能源的綜合利用

Comprehensive utilization of secondary energy for tire enterprises

王其營

(山東慧通輪胎有限公司，山東 萊蕪 271114)

對二次能源進行了定義和分類，重點闡述了輪胎企業(yè)二次能源的綜合利用。

輪胎企業(yè)；二次能源；綜合利用

按照科學界定，一次能源是指直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源，如原煤、原油、天然氣、太陽能、水力等；二次能源是指由一次能源經(jīng)過加工直接或轉(zhuǎn)換得到的能源，如電力、蒸汽、煤氣、石油制品等。本文所涉及的二次能源僅是一個借用概念，是指輪胎生產(chǎn)所用水、蒸汽、壓縮空氣和電等能源在經(jīng)過初次使用后的衍生物或比正常使用有一定難度的能源。雖然輪胎企業(yè)二次能源的品質(zhì)低于初次使用的能源，但是只要合理利用，也可以產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益，而且還能產(chǎn)生深遠的社會效益。

1 輪胎企業(yè)二次能源的產(chǎn)生

輪胎生產(chǎn)需要的能源主要有水、蒸汽、壓縮空氣和電等，水、蒸汽和壓縮空氣在經(jīng)過初次使用后，不會全部用盡，都會產(chǎn)生品質(zhì)有所下降的二次能源；電雖然不會產(chǎn)生二次能源，但是在不同時段使用電卻會產(chǎn)生不同的效果。

1.1 水

在輪胎生產(chǎn)過程中，所用的水主要有自來水（新鮮地下水）、循環(huán)水和軟化水三類，其中自來水是循環(huán)水和軟化水最初的來源。這三類水在每次正常使用時，都可以看作是初次水源。使用后，其品質(zhì)（包括水質(zhì)、壓力等）都會下降，回收處理后，可根據(jù)實際情況進行處理使用。

未經(jīng)水質(zhì)處理的自來水，在生活方面可直接用于茶爐房、食堂、澡塘等用水；在生產(chǎn)方面，可以根據(jù)輪胎生產(chǎn)工藝要求，用于胎面和內(nèi)胎胎筒壓出時的冷卻。一般情況下，生活用水用后都直接排入下水道進入城市排水管網(wǎng)；生產(chǎn)用水則可以在使用后回收，作為循環(huán)水的補充水源進行使用。

循環(huán)水是將原有補充的低溫水或胎面冷卻及其他途徑收集的水進行閉路循環(huán)，主要用于設(shè)備冷卻。循環(huán)水用泵加壓后，作為一次水源使用，在設(shè)備中完成熱交換后，回收后成為二次循環(huán)水水源。

軟化水一般是消除鈣、鎂離子（Ca2+、Mg2+）等硬度的自來水，按照用途分為常溫軟化水、過熱軟化水和內(nèi)冷軟化水三類。

常溫軟化水主要用于設(shè)備冷卻和鍋爐供水，一般分開使用。設(shè)備冷卻用軟化水與普通循環(huán)水的使用方式相同，但是不能混入自來水或循環(huán)水，要單獨閉路循環(huán)。鍋爐用軟化水是經(jīng)除氧加熱后，輸送到鍋爐產(chǎn)生蒸汽；蒸汽在完成熱交換后，最后變成冷凝水。大部分冷凝水經(jīng)處理后，可以成為鍋爐用軟化水的二次水源。

過熱軟化水主要用于輪胎硫化過程的充壓和加熱，由除氧加熱器、熱水循環(huán)泵、硫化設(shè)備、閥門以及輸水管線等組成閉路循環(huán)系統(tǒng)，一次過熱水的回水可以成為二次過熱水源。

內(nèi)冷軟化水主要用于輪胎正硫化后的內(nèi)部降溫，由內(nèi)冷水箱、循環(huán)泵、硫化設(shè)備、冷卻塔、閥門以及輸水管線等組成循環(huán)系統(tǒng)，一次內(nèi)冷水的回水可以成為二次水源。

1.2 蒸汽

蒸汽在使用過程中，主要利用其攜帶的熱量和壓力。在完成熱交換后，蒸汽的溫度和壓力都會降低，就不能再被直接使用，但是可以回收處理后成為二次蒸汽的汽源；二次蒸汽再次進行熱交換后，可以成為三次蒸汽的汽源，直至變成冷凝水。

另外，鍋爐排污膨脹擴容器蒸汽內(nèi)的水分因鹵根高、堿性大，也不能直接利用，但是可以成為二次蒸汽的汽源。

1.3 壓縮空氣

壓縮空氣的使用特征主要體現(xiàn)在其壓力和流量上，當壓力和流量降低到一定程度，壓縮空氣就失去了利用價值。

在輪胎生產(chǎn)的各個工序都需用壓縮空氣，以達到不同的目的。在煉膠工序，壓縮空氣主要用在碳黑輸送、密煉機下頂栓的動作、膠片浸泡隔離劑后的吹干以及氣動元件的動作等；在壓延工序，壓縮空氣主要用在氣動元件動作的執(zhí)行；在成型工序，壓縮空氣有的是用作動力，有的用作氣動元件的執(zhí)行；在硫化和內(nèi)胎生產(chǎn)工序，壓縮空氣主要用于胎坯及內(nèi)胎的定型、輪胎硫化后的充氣冷卻以及氣動元件的執(zhí)行等。

在上述各工序中，只有密煉機氣動上頂栓的排風可以回收一小部分作為壓縮空氣的二次能源，其它工序的壓縮空氣因壓力驟降或流量太低而不能成為二次能源。

1.4 電

正常情況下，電在使用過程中只能被一次性消耗掉，不會產(chǎn)生廢棄物或衍生物，但是相同的電量在每天不同時段進行使用，其使用難度及效果卻有明顯的區(qū)別。

由于供電電網(wǎng)是面向全社會供電，因此在一天之內(nèi)各個時段的用電量不盡相同。在用電高峰時段，總電量會出現(xiàn)供應緊張，影響生產(chǎn)和生活；在正常時段，供需基本平衡；而在用電少的時段又出現(xiàn)電量過剩，造成浪費。為緩解不同時段電量的供需矛盾，供電電網(wǎng)根據(jù)正常的用電規(guī)律，將一晝夜分為用電的峰、平、谷三個不同時段，山東省電網(wǎng)則從2008年6月10日起在高峰時段又分出3 h的尖峰期。山東電網(wǎng)每天各時段的劃分（不同地域電網(wǎng)的時段劃分不一樣）為尖峰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。

由上述各時段的劃分可以看出，每天尖峰時段最適宜用電，此時電網(wǎng)的用電量最大，有時甚至出現(xiàn)電力供應不足的現(xiàn)象。如果完全按照最大需求量來配置發(fā)、輸、供電設(shè)施，則會消耗大量的社會資源。由于每天出現(xiàn)電力供應不足或緊張的時間較短，通過提高尖峰時段電價的方式來緩解該時段的供電壓力，則可以在一定程度上減少資源的浪費，故尖峰時段的電價最高。

高峰時段比較適宜用電，用電量較多，雖然電網(wǎng)的供電壓力較大，但是由于發(fā)、輸、供電設(shè)施是依據(jù)尖峰時段用電進行配置，電網(wǎng)供電能力能滿足需求，故該時段的電價較尖峰時段有所降低。

平段用電接近每天各時段總量的平均值，用電量比較均衡，沒有明顯的電量波動，電網(wǎng)可以平穩(wěn)供電，該時段的電價比高峰時段又有所降低。

谷段的8 h全部在夜間，由于人的生理大都習慣于白天工作，在谷段期間組織、安排工作和生產(chǎn)比在其它時段要增加一定的難度。由此導致谷段用電量最少，電網(wǎng)中部分電量無法消耗，使發(fā)電設(shè)備閑置、輸送線路損耗增加、供電量下降，造成資源較大的浪費。為減少此類資源浪費，電網(wǎng)采取降低谷段電價的方式鼓勵用戶加大谷段用電比例，以便實現(xiàn)電量均衡利用，故谷段電價最低。

由上述分析可以看出，谷段用電比其它時段用電會增加一定難度，而且電網(wǎng)也鼓勵用戶加大谷段用電比例，因此可以將谷段的電力供應看作是電力系統(tǒng)的二次能源，應當充分利用。

2 輪胎企業(yè)二次能源的綜合利用

針對二次能源的特點，應該采取不同的措施進行合理利用。

2.1 水

自來水作為生活用水，其用途和去向多種多樣，不易全部回收，即使容易回收的部分（如洗澡用水），因水質(zhì)發(fā)生變化也不能作為二次水源繼續(xù)使用，一般都是進入城市排水管網(wǎng)，由污水處理中心處理成中水，統(tǒng)一調(diào)配使用（用后可作為中水的二次水源反復使用）。生產(chǎn)用自來水在使用后，水質(zhì)雖然發(fā)生變化不能作為自來水的二次能源，但是可以回收作為循環(huán)水的補充水源或一次循環(huán)水源進行使用。

在使用和管理循環(huán)水時，由于對水質(zhì)要求不高，要盡量回收所有可回收的水源，作為循環(huán)水的一次水源。循環(huán)水的特點之一是脫二氧化碳作用，不存在二氧化碳侵蝕問題，但要防止碳酸鈣沉淀；特點之二是濃縮，在循環(huán)過程中，通過蒸發(fā)、風吹等，水中的Ca(HCO3)2濃縮到一定程度就會析出CaCO3沉淀，需進行水質(zhì)穩(wěn)定處理。一般對循環(huán)水管道上的CaCO3沉淀采用酸洗法、高壓水沖洗法以及在管道上增加量子管通環(huán)等方法進行處理。回收后的二次循環(huán)水需要進行沉淀、降溫、再次加壓使用。如此反復循環(huán)使用，可以節(jié)約大量一次自來水。

設(shè)備冷卻用軟化水在完成熱交換后，回收作為二次水源循環(huán)使用。蒸汽冷凝水是鍋爐用軟化水最重要的二次水源，必須盡最大可能地回收，每回收1 m3冷凝水，可以產(chǎn)生5元以上的經(jīng)濟效益，并且可以減少常溫軟化水的用量。

過熱軟化水系統(tǒng)完全閉路循環(huán)，第一次過熱水水源的回水經(jīng)升溫、加壓后都可以成為二次水源，故必須做好保溫工作，并減少系統(tǒng)泄露。

內(nèi)冷軟化水在完成熱交換后回收成為二次水源，經(jīng)降溫、加壓后可以繼續(xù)使用。為此，要確保充內(nèi)冷軟化水之前那股過熱軟化水回收，以免混入到內(nèi)冷軟化水的回水，造成溫度升高；同時，要確保內(nèi)冷軟化水冷卻充分。另外，輪胎硫化周期結(jié)束后，硫化罐內(nèi)的水胎和膠囊內(nèi)存有一部分內(nèi)冷軟化水，在拉水胎或膠囊時若將其直接排放掉，會造成軟化水的浪費，應設(shè)法進行回收。按照理論計算，每條標準胎（以9.00-20-14PR輪胎為準）的水胎或膠囊內(nèi)腔容積大約為0.04 m3，按80%回收計算，年產(chǎn)100萬套標準胎（按在硫化罐內(nèi)生產(chǎn)），每年可回收節(jié)約軟化水3.2萬m3，價值在15萬元以上。

2.2 蒸汽

滿足使用要求的蒸汽在完成熱交換后，其溫度和壓力都會有不同程度的下降。將這部分用后蒸汽回收作為二次蒸汽，對要求不高的可直接使用；要求較高的，可在進行脫水或升溫等處理后使用；如果有可能，可以在處理后再作為三次甚至四次蒸汽使用，直至最后變成溫度較高的冷凝水。將這部分冷凝水回收到集水罐，用泵加壓后，冬季可用于辦公區(qū)域的采暖；其他季節(jié)在進行雜質(zhì)過濾后，可以作為鍋爐軟化水的二次水源輸送到鍋爐除氧器。蒸汽在這幾次熱交換過程中，每一次使用都可以看做是上一次的二次能源，這樣蒸汽所含有的熱值得到最大限度的利用，節(jié)能潛力得到充分的挖掘。

鍋爐排污膨脹擴容器內(nèi)的蒸汽由連續(xù)排污、定期排污兩部分組成，其中排污蒸汽的熱值較高，冬季可用于采暖，夏季可通過制作套管式換熱裝置加熱鍋爐除氧器的供水；排污蒸汽內(nèi)含的水分因鹵根高、堿性大，在完成熱交換后，可排至鍋爐水膜除塵的循環(huán)水池內(nèi)，中和循環(huán)水因吸附二氧化硫而增加的酸性。如果利用充分，每臺20 t鍋爐每年排污蒸汽作為二次能源可節(jié)約能源價值20余萬元。

2.3 壓縮空氣

由于壓縮空氣的壓力和流量降低到一定程度，就失去了利用價值，因此壓縮空氣回收、循環(huán)的難度較大。在目前使用的輪胎機械范圍內(nèi)，可以在密煉機風動上頂栓的升降動作中實現(xiàn)二次壓縮空氣的部分使用。

密煉機氣動上頂栓的升降是以壓縮空氣的壓力產(chǎn)生動力，靠流量來保證速度。在上頂栓上升時，依靠電磁閥控制，關(guān)閉上進風口，壓縮空氣從下進風口進入，迅速充滿活塞下部的空間；靠壓力產(chǎn)生的動力推動活塞，帶動上頂栓上升，活塞上部的壓縮空氣不斷被排出；下頂栓下降時的動作與上升相反。由于上頂栓風缸的容量較大，每個煉膠周期上頂栓要升降2～3次，用風量較大。為此，可在原有上頂栓進行壓縮空氣回收裝置的改進，上頂栓上下進風口及控制不變，在風缸的頂部和底部各開兩個與進風口內(nèi)徑一致的螺紋孔，用兩根無縫鋼管分別連接上下開口，在連接管中間部位按相反方向分別安裝單向閥，用光電開關(guān)和壓力開關(guān)控制上下排風閥。當上頂栓開始動作時，排風閥關(guān)閉，由于活塞兩端風缸的容積在變化，使活塞兩端的壓縮空氣產(chǎn)生壓力差，風缸內(nèi)的壓縮空氣通過單向閥排向壓力低的另一端。當兩端壓力接近一致時，排風閥打開，活塞在進風壓力的作用下，將活塞推向風缸的另一端。上頂栓這樣動作時，風缸內(nèi)有35%左右的壓縮空氣成為二次能源被循環(huán)使用，而且由于背壓的存在，減輕了活塞對風缸端部的沖擊。

2.4 電

谷段電量作為二次能源進行使用的要點包括兩方面，一是節(jié)約用電，二要盡量擴大谷段用電量，減少尖峰和高峰用電量。

節(jié)約用電可以通過提高電壓等級、淘汰高能耗用電設(shè)備、合理調(diào)整生產(chǎn)工藝、使用變頻控制、利用新型節(jié)電技術(shù)等途徑來實現(xiàn)，使生產(chǎn)相同數(shù)量輪胎的用電量最少。因為谷段電價雖然較低，但是畢竟也需要付費，因此必須要控制用電總量。

擴大谷段用電量的依據(jù)是在不同時段使用相同電量的成本差別。以山東省電網(wǎng)為例，高峰、低谷時段的電度電價按基礎(chǔ)電價上下浮動60%，尖峰電價按基礎(chǔ)電價上浮70%。自2011年12月1日全國普調(diào)電價后，山東省電網(wǎng)泰安市35～110 kV大工業(yè)用電的基礎(chǔ)電價為0.607 3元/（kW·h）（不同電網(wǎng)、地市、電壓等級和用途的電價都不同），則尖峰電度電價為1.032 4元/（kW·h），高峰為0.971 7元/（kW·h），平段為0.607 3元/（kW·h），而谷段僅為0.242 9元/（kW·h）。（注：總電價包括電度電價、基本電費、基金、力調(diào)電費四項，后三項在每個電費收費期間不變。）

在輪胎生產(chǎn)過程中，有一部分設(shè)備和工藝必須連續(xù)運轉(zhuǎn)，像硫化及相應的動力設(shè)備等；也有一部分設(shè)備和工藝受產(chǎn)能、市場及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等因素的影響可以間歇運轉(zhuǎn)，像煉膠、壓延、胎面及內(nèi)胎擠出等。如果對所有可以調(diào)整運行時間的設(shè)備和工序遵循“擴大谷段用電、控制平段用電、減少峰段用電、杜絕尖峰用電”的原則，就能在一定程度上減少電費支出。

例如，大部分輪胎企業(yè)的壓延機都有產(chǎn)能剩余，一臺XY-4S-1730型壓延機每天運行8 h就能滿足100萬套標準胎的需要，這8 h的運行時間在不同的時段用電成本相差比較大。經(jīng)測量和驗證，該型號壓延機及其配套設(shè)備平均用電總量為700（kW·h）/h，如果在23∶00～7∶00這個時段生產(chǎn)，則只有8 h的谷段，其電度電價為：0.242 9×8×700=1 360（元）。

如果在15∶00～23∶00這個時段生產(chǎn)，則有3 h平段、3 h峰段、2 h尖峰段，所用電度電價為：

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

兩個不同時段的電度電價差為：4 761-1 360=3 401（元），用電成本差別很大。

因此，在不增加任何投入和設(shè)施的前提下，只要充分利用谷段的電量，就相當于利用了電的二次能源，可以在一定程度上掌控電度電價，既可以降低企業(yè)的用電成本，又可以提高電網(wǎng)的運行質(zhì)量。

3 結(jié)語

根據(jù)能量守恒定律，能源不會自動消失，只會從一種形式變?yōu)榱硪环N形式。因此，在能源使用過程中，我們一方面要提高一次能源的利用率，另一方面還要時刻控制、利用二（N）次能源，使能盡其用、源至其所，才能實現(xiàn)能源的效益最大化。這不但能給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟效益，更會產(chǎn)生深遠的社會效益。

（XS-04）

TQ330.9

：1009-797X(2015)11-0054-05

BDOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.11.011

王其營（1967-），男，山東慧通輪胎有限公司高級工程師，總經(jīng)理，1989年畢業(yè)于青島化工學院橡膠機械專業(yè)，已發(fā)表論文近190余篇。

2014-07-27