輪胎企業(yè)二次能源的綜合利用

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(jìn)行了定義和分類，重點(diǎn)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(xué)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(gè)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(jì)效益，而且還能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的社會(huì)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(huì)全部用盡，都會(huì)產(chǎn)生品質(zhì)有所下降的二次能源；電雖然不會(huì)產(chǎn)生二次能源，但是在不同時(shí)段使用電卻會(huì)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(shí)，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(huì)下降，回收處理后，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(shí)的冷卻。一般情況下，生活用水用后都直接排入下水道進(jìn)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(bǔ)充水源進(jìn)行使用。

循環(huán)水是將原有補(bǔ)充的低溫水或胎面冷卻及其他途徑收集的水進(jìn)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(dú)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(huì)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(jìn)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(kuò)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(dāng)壓力和流量降低到一定程度，壓縮空氣就失去了利用價(jià)值。

在輪胎生產(chǎn)的各個(gè)工序都需用壓縮空氣，以達(dá)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(jī)下頂栓的動(dòng)作、膠片浸泡隔離劑后的吹干以及氣動(dòng)元件的動(dòng)作等；在壓延工序，壓縮空氣主要用在氣動(dòng)元件動(dòng)作的執(zhí)行；在成型工序，壓縮空氣有的是用作動(dòng)力，有的用作氣動(dòng)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(dòng)元件的執(zhí)行等。

在上述各工序中，只有密煉機(jī)氣動(dòng)上頂栓的排風(fēng)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(huì)產(chǎn)生廢棄物或衍生物，但是相同的電量在每天不同時(shí)段進(jìn)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(huì)供電，因此在一天之內(nèi)各個(gè)時(shí)段的用電量不盡相同。在用電高峰時(shí)段，總電量會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)緊張，影響生產(chǎn)和生活；在正常時(shí)段，供需基本平衡；而在用電少的時(shí)段又出現(xiàn)電量過剩，造成浪費(fèi)。為緩解不同時(shí)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(gè)不同時(shí)段，山東省電網(wǎng)則從2008年6月10日起在高峰時(shí)段又分出3 h的尖峰期。山東電網(wǎng)每天各時(shí)段的劃分（不同地域電網(wǎng)的時(shí)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(shí)段的劃分可以看出，每天尖峰時(shí)段最適宜用電，此時(shí)電網(wǎng)的用電量最大，有時(shí)甚至出現(xiàn)電力供應(yīng)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(huì)消耗大量的社會(huì)資源。由于每天出現(xiàn)電力供應(yīng)不足或緊張的時(shí)間較短，通過提高尖峰時(shí)段電價(jià)的方式來緩解該時(shí)段的供電壓力，則可以在一定程度上減少資源的浪費(fèi)，故尖峰時(shí)段的電價(jià)最高。

高峰時(shí)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(shí)段用電進(jìn)行配置，電網(wǎng)供電能力能滿足需求，故該時(shí)段的電價(jià)較尖峰時(shí)段有所降低。

平段用電接近每天各時(shí)段總量的平均值，用電量比較均衡，沒有明顯的電量波動(dòng)，電網(wǎng)可以平穩(wěn)供電，該時(shí)段的電價(jià)比高峰時(shí)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(xí)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(shí)段要增加一定的難度。由此導(dǎo)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(fèi)。為減少此類資源浪費(fèi)，電網(wǎng)采取降低谷段電價(jià)的方式鼓勵(lì)用戶加大谷段用電比例，以便實(shí)現(xiàn)電量均衡利用，故谷段電價(jià)最低。

由上述分析可以看出，谷段用電比其它時(shí)段用電會(huì)增加一定難度，而且電網(wǎng)也鼓勵(lì)用戶加大谷段用電比例，因此可以將谷段的電力供應(yīng)看作是電力系統(tǒng)的二次能源，應(yīng)當(dāng)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(diǎn)，應(yīng)該采取不同的措施進(jìn)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(jìn)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(fù)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(bǔ)充水源或一次循環(huán)水源進(jìn)行使用。

在使用和管理循環(huán)水時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)之二是濃縮，在循環(huán)過程中，通過蒸發(fā)、風(fēng)吹等，水中的Ca(HCO3)2濃縮到一定程度就會(huì)析出CaCO3沉淀，需進(jìn)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(jìn)行處理?；厥蘸蟮亩窝h(huán)水需要進(jìn)行沉淀、降溫、再次加壓使用。如此反復(fù)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(jì)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(shí)，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(shí)若將其直接排放掉，會(huì)造成軟化水的浪費(fèi)，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行回收。按照理論計(jì)算，每條標(biāo)準(zhǔn)胎（以9.00-20-14PR輪胎為準(zhǔn)）的水胎或膠囊內(nèi)腔容積大約為0.04 m3，按80%回收計(jì)算，年產(chǎn)100萬套標(biāo)準(zhǔn)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(jià)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(huì)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(jìn)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(jìn)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(kuò)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(tái)20 t鍋爐每年排污蒸汽作為二次能源可節(jié)約能源價(jià)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(jià)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(jī)械范圍內(nèi)，可以在密煉機(jī)風(fēng)動(dòng)上頂栓的升降動(dòng)作中實(shí)現(xiàn)二次壓縮空氣的部分使用。

密煉機(jī)氣動(dòng)上頂栓的升降是以壓縮空氣的壓力產(chǎn)生動(dòng)力，靠流量來保證速度。在上頂栓上升時(shí)，依靠電磁閥控制，關(guān)閉上進(jìn)風(fēng)口，壓縮空氣從下進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，迅速充滿活塞下部的空間；靠壓力產(chǎn)生的動(dòng)力推動(dòng)活塞，帶動(dòng)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(shí)的動(dòng)作與上升相反。由于上頂栓風(fēng)缸的容量較大，每個(gè)煉膠周期上頂栓要升降2～3次，用風(fēng)量較大。為此，可在原有上頂栓進(jìn)行壓縮空氣回收裝置的改進(jìn)，上頂栓上下進(jìn)風(fēng)口及控制不變，在風(fēng)缸的頂部和底部各開兩個(gè)與進(jìn)風(fēng)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(fēng)閥。當(dāng)上頂栓開始動(dòng)作時(shí)，排風(fēng)閥關(guān)閉，由于活塞兩端風(fēng)缸的容積在變化，使活塞兩端的壓縮空氣產(chǎn)生壓力差，風(fēng)缸內(nèi)的壓縮空氣通過單向閥排向壓力低的另一端。當(dāng)兩端壓力接近一致時(shí)，排風(fēng)閥打開，活塞在進(jìn)風(fēng)壓力的作用下，將活塞推向風(fēng)缸的另一端。上頂栓這樣動(dòng)作時(shí)，風(fēng)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(fēng)缸端部的沖擊。

2.4 電

谷段電量作為二次能源進(jìn)行使用的要點(diǎn)包括兩方面，一是節(jié)約用電，二要盡量擴(kuò)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(jí)、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(shí)現(xiàn)，使生產(chǎn)相同數(shù)量輪胎的用電量最少。因?yàn)楣榷坞妰r(jià)雖然較低，但是畢竟也需要付費(fèi)，因此必須要控制用電總量。

擴(kuò)大谷段用電量的依據(jù)是在不同時(shí)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(shí)段的電度電價(jià)按基礎(chǔ)電價(jià)上下浮動(dòng)60%，尖峰電價(jià)按基礎(chǔ)電價(jià)上浮70%。自2011年12月1日全國普調(diào)電價(jià)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(jià)為0.607 3元/（kW·h）（不同電網(wǎng)、地市、電壓等級(jí)和用途的電價(jià)都不同），則尖峰電度電價(jià)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(jià)包括電度電價(jià)、基本電費(fèi)、基金、力調(diào)電費(fèi)四項(xiàng)，后三項(xiàng)在每個(gè)電費(fèi)收費(fèi)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(yùn)轉(zhuǎn)，像硫化及相應(yīng)的動(dòng)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(yùn)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(yùn)行時(shí)間的設(shè)備和工序遵循“擴(kuò)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(fèi)支出。

例如，大部分輪胎企業(yè)的壓延機(jī)都有產(chǎn)能剩余，一臺(tái)XY-4S-1730型壓延機(jī)每天運(yùn)行8 h就能滿足100萬套標(biāo)準(zhǔn)胎的需要，這8 h的運(yùn)行時(shí)間在不同的時(shí)段用電成本相差比較大。經(jīng)測量和驗(yàn)證，該型號(hào)壓延機(jī)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(gè)時(shí)段生產(chǎn)，則只有8 h的谷段，其電度電價(jià)為：0.242 9×8×700=1 360（元）。

如果在15∶00～23∶00這個(gè)時(shí)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(jià)為：

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

兩個(gè)不同時(shí)段的電度電價(jià)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(dāng)于利用了電的二次能源，可以在一定程度上掌控電度電價(jià)，既可以降低企業(yè)的用電成本，又可以提高電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。

3 結(jié)語

根據(jù)能量守恒定律，能源不會(huì)自動(dòng)消失，只會(huì)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(shí)刻控制、利用二（N）次能源，使能盡其用、源至其所，才能實(shí)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(jì)效益，更會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的社會(huì)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(jí)工程師，總經(jīng)理，1989年畢業(yè)于青島化工學(xué)院橡膠機(jī)械專業(yè)，已發(fā)表論文近190余篇。

2014-07-27