橡膠節(jié)能工藝與設備的應用

橡膠節(jié)能工藝與設備的應用

0建立節(jié)能型橡膠設備及節(jié)能新措施橡膠行業(yè)是經(jīng)濟中消耗能源最重要的行業(yè)之一。傳統(tǒng)的輪子公司每年消耗約40噸蒸汽和70000噸能耗。目前輪胎企業(yè)用機械式輪胎硫化機硫化1100R20子午胎時,根據(jù)輪胎硫化機采取節(jié)能措施情況,每硫化一條輪胎可消耗蒸汽約110~180kg。因此,減少能耗,節(jié)約能源,降低生產(chǎn)成本,一直是橡膠企業(yè)所關心的問題。研究開發(fā)節(jié)能型橡膠加工設備及利用節(jié)能技術改造設備,提高設備使用性能,是目前降低橡膠行業(yè)能耗的主要措施之一。由于我國國民經(jīng)濟整體生產(chǎn)水平比較落后,屬國際上能源消耗大國,也是能源浪費大國。為此中央提出在“十一五”期間降低能耗20%。橡膠行業(yè)響應中央號召,為實現(xiàn)中央降耗目標而努力,多年來開發(fā)了不少行之有效的降耗節(jié)能設備和節(jié)能新措施,為橡膠行業(yè)的節(jié)能降耗工作作出了貢獻。為便于了解行業(yè)節(jié)能技術情況,根據(jù)個人水平將有關資料收集匯總如下,供同行參考。1密煉膠設備的節(jié)能技術煉膠是橡膠加工中消耗電能最多的一道工序,一臺F270密煉機的裝機功率達1000~1500kW,因此做好煉膠設備的節(jié)能工作極為重要,在設計新機型和提高使用效率方面,出現(xiàn)了許多好經(jīng)驗。1.1混煉膠能耗高提高密煉機轉子轉速和壓砣壓力可以提高生產(chǎn)效率,節(jié)約電能。當采用過去壓砣對物料壓力≤0.2MPa,轉子轉速20r/min的250L低壓低速密煉機煉膠時,每千克混煉膠能耗高達0.25~0.35kW·h;而當采用壓砣對物料壓力≥0.45MPa,轉子轉速40r/min的270L高壓快速密煉機煉膠時,每千克混煉膠耗能0.1173kW·h。因此,每加工1000kg混煉膠,至少比老式密煉機要少消耗100kW·h電能。國內(nèi)過去大量生產(chǎn)的低壓低速密煉機如果不進行改造,就應該淘汰,推廣采用高效節(jié)能密煉機,以減少電能消耗。1.2密煉機安裝使用的系統(tǒng)青島高校軟控和浙江大學共同開發(fā)的兩棲智能密煉機上輔機系列利用統(tǒng)計學理論、人工智能和專家系統(tǒng),解決混煉質(zhì)量的波動。智能密煉軟體由混煉生產(chǎn)過程延模、門尼預報與排膠控制、煉膠工藝優(yōu)化和混煉專家系統(tǒng)組成。密煉機安裝使用該系統(tǒng)后,在正常工作和混煉規(guī)程不變,原材料質(zhì)量穩(wěn)定條件下,同種膠料門尼值波動±2(M100H4)實現(xiàn)的概率在95%以上,±3(M100H4)實現(xiàn)的概率在97%以上,±5(M100H4)實現(xiàn)的概率在99%以上,炭黑分散度提高1個等級以上,混煉時間和能耗分別減少約7%和11%左右。華南理工大學MLJ-300型密煉機微機智能控制系統(tǒng)用于F270密煉機時,可提高煉膠效率20%,并提高膠料合格率。1.3交流交流溫度和轉速混煉將密煉機混煉工藝調(diào)整到最佳點,充分利用輸入的能量同樣可以節(jié)能。山東威海三角輪胎公司有3臺GK400、5臺GK255密煉機,其中4臺為串軸式ZZ2轉子直流無級調(diào)速密煉機,在智能控制儀自動控制下進行變速混煉,在排膠溫度、門尼黏度相當?shù)那闆r下,可以提高綜合效率22%左右,節(jié)能8%。變速混煉對硫化膠的物理機械性能和硫化性能基本沒有影響。因此,采用直流電機變速混煉工藝混煉膠料時,膠料質(zhì)量穩(wěn)定,效率高,節(jié)能。1.4增加混煉均勻性不同結構的轉子對混煉效率、混煉質(zhì)量具有重要影響。目前有一種以分布混煉功能為主設計的凸棱功能型NST轉子,可使膠料在混煉室內(nèi)快速軸向變換,增強混煉功能。F270密煉機使用NST轉子后,可以提高混煉均勻性,如以合成膠為主及以天然膠為主的胎面混煉膠的ODR值標準偏差分別降低28%和69%左右,生產(chǎn)能力分別提高14%和10%左右。另一種新結構6WI型轉子具有6條凸棱、3條長棱、3條短棱,在3條長棱的前、中、后部位交替開有缺口,使膠料流動復雜化,可減少煉焦時間12%,增加填充量1.2%,提高生產(chǎn)效率13%。2新型高效節(jié)能設備2.1銷釘冷喂料擠出機供料方式的對比橡膠擠出機從普通熱喂料擠出機和冷喂料擠出機發(fā)展到銷釘機筒冷喂料擠出機是橡膠擠出機發(fā)展史上的一項重大成就。由于銷釘機筒冷喂料擠出機具有節(jié)能、產(chǎn)量高、膠溫低、總體投資省等諸多優(yōu)點,目前已在許多擠出生產(chǎn)工藝中取代了熱喂料擠出機和一般冷喂料擠出機,并取代開煉機熱煉焦料用作壓延機供膠方向推廣應用。根據(jù)山東泰山輪胎公司改造F610×1730壓延機供膠系統(tǒng)的經(jīng)驗,當用2臺F150×12D銷釘機筒冷喂料擠出機加一臺F560開煉機取代5臺F560開煉機時,每班可減少5名操作人員,每班可節(jié)電800kW·h,年可節(jié)約人工費和電費40余萬元。傳統(tǒng)的鋼絲簾布壓延機供膠系統(tǒng)用4臺F660×2130開煉機供膠。2003年青島黃海橡膠集團和安徽合肥佳通公司采用內(nèi)蒙古富特橡塑機械公司的銷釘冷喂料擠出機取代開煉機作為鋼絲壓延機的供膠系統(tǒng)。該系統(tǒng)由混煉膠片供料系統(tǒng)和2臺F200銷釘冷喂料擠出機等組成,必要時可另加1臺F660×2130開煉機出片供膠。2種不同供料方式的對比數(shù)據(jù)如表1所示。2臺銷釘冷喂料擠出機可由1人操作,而4臺開煉機則要6~8人操作,占地面積大,投資費用高出30%~40%。二者相比,采用銷釘冷喂料擠出機可減少裝機功率560kW,若添加1臺開煉機,仍可減少裝機功率280kW。根據(jù)德國Berstorfs公司資料,用2臺F200銷釘冷喂料擠出機取代4臺F660×2130開煉機向F700×1800S型四輥纖維簾布壓延機供膠時,得出了可節(jié)能40%和減少占地面積75%的結論。由此可以看出,用銷釘冷喂料擠出機取代開煉機向壓延機供膠具有明顯節(jié)能的優(yōu)點,但目前國內(nèi)由于存在工藝方面的分歧,推廣使用有限,應予研究解決。2.2計算機仿真型擠出纏貼工藝高效在成型工程輪胎時采用傳統(tǒng)方式貼合胎面時是一項繁重而復雜的操作,不但勞動強度大,效率低,且貼合質(zhì)量差。采用工程胎胎面計算機仿型擠出纏繞生產(chǎn)線擠出纏貼胎面節(jié)能高效。以山東泰山輪胎公司為例,在成型23.5-25工程胎時,若用整條胎面貼合成型,每班4人成型7~8條胎,而用仿型擠出纏繞成型胎面時,每班3人成型12~14條胎,勞動效率提高1倍以上,能耗少,人員少,產(chǎn)品合格率提高2.5%,降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。2.3生產(chǎn)雙工況六角形鋼絲圈擠出纏卷生產(chǎn)線傳統(tǒng)的子午胎六角形鋼絲圈擠出纏繞生產(chǎn)線一次只能纏卷成型1個六角形鋼絲圈,效率較低。天津賽象和上?？敌窆驹谖∫M技術的基礎上生產(chǎn)了可同時纏卷成型2個六角形鋼絲圈的雙工位六角形鋼絲圈擠出纏卷生產(chǎn)線,生產(chǎn)效率提高了70%。2006年年初,無錫第一橡塑有限公司與普利司通合作,生產(chǎn)了可以同時成型6個鋼絲圈的6工位六角形鋼絲圈擠出纏卷生產(chǎn)線,其生產(chǎn)效率至少是單工位的4倍。輪胎企業(yè)在達到相同產(chǎn)量條件下,高效生產(chǎn)線可節(jié)約設備投資,減少占地面積,節(jié)能。6工位生產(chǎn)線目前僅用于普利司通惠州工廠。2.4鼓機的生產(chǎn)為提高子午胎成型效率,子午胎一次法成型機從兩鼓機發(fā)展到三鼓機和四鼓機。天津賽象、桂林橡機、北京航空制造工程所、青島高校軟控和沈陽藍英等企業(yè)的三鼓成型機的臺班產(chǎn)量可從兩鼓機的50~60條胎提高到120條胎,但價格是兩鼓機的1.7~2倍。四鼓機的成形效率為130條胎左右。國產(chǎn)全鋼載重子午胎四鼓成型機由于觀點和技術等原因,發(fā)展遲緩,目前國內(nèi)輪胎企業(yè)使用的主要從VMI公司進口的四鼓機。VMI公司的轎車子午胎四鼓成型機35s即可成型1條單層簾布、冠包側結構的轎車胎,臺班產(chǎn)量可達到700多條胎。2.5切刀時內(nèi)胎胎體對接紹興精誠橡塑機械公司在生產(chǎn)傳統(tǒng)內(nèi)胎接頭機的基礎上開發(fā)了新型LNJ-D320內(nèi)胎接頭機,改進了切割方式和?？诮Y構。機器切刀從前向后呈水平切割,切割后切刀下降,內(nèi)胎胎體進行對接,在對接過程中切刀復位,節(jié)省了切割和接頭的時間,保證切割面新鮮,提高接頭強度。經(jīng)過改進的模口使內(nèi)胎胎坯在?？趦?nèi)有一定的舒展空間,保證足夠的接頭壓力。新型接頭機可使產(chǎn)品合格率達到99.2%以上,班產(chǎn)量從普通接頭機的400條左右提高到600條,生產(chǎn)效率提高了50%。2.6可利用材料生產(chǎn)的設備由于紙塑包裝材料的大量應用,給環(huán)保工作提出了如何再生利用廢紙塑材料的問題。上海迪勝橡塑機械有限公司研究成功了可將廢紙塑生產(chǎn)成取代木材的包裝、家具及裝潢用材料的成套生產(chǎn)設備,其中10~15層、800~1600t的油壓熱平板機和冷壓機是關鍵設備。該設備的研發(fā)成功,可推進廢紙塑包裝材料的回收利用,有利于環(huán)保和節(jié)能。3輪胎硫化機節(jié)能技術硫化輪胎是輪胎生產(chǎn)過程中消耗蒸汽能源的主要工序。輪胎硫化機蒸汽能源的消耗受硫化機結構及硫化工藝的制約,且輪胎硫化機是定型產(chǎn)品,因此硫化機本身的節(jié)能潛力有限,但硫化機在輪胎企業(yè)的使用中,通過不斷摸索,積累了不少節(jié)能經(jīng)驗。3.1新硫處理3.1.1氮氣硫化技術所謂氮氣硫化是蒸汽加氮氣硫化,蒸汽加熱提供熱能,氮氣保壓節(jié)能。因此,氮氣硫化高效節(jié)能,降低生產(chǎn)成本,提高膠囊使用壽命,減少設備維護修理費用。采用氮氣硫化轎車子午胎時,先用0.13~0.3MPa蒸汽定型,而后充入1.4~1.8MPa高壓蒸汽提供熱量進行硫化,數(shù)分鐘后充入2~2.5MPa高壓氮氣,在正硫化期間保持壓力至硫化結束。北京首創(chuàng)輪胎公司20臺硫化機采用氮氣硫化1年以來,多產(chǎn)輪胎16萬條,新增產(chǎn)值3400萬元。四川川橡公司在子午胎充氮硫化的基礎上,在輕載斜交胎的硫化中也使用了氮氣硫化,但根據(jù)子午胎與斜交胎胎圈寬度和冠厚的差異,需調(diào)整硫化工藝參數(shù)。采用該工藝硫化7.50-1616PR輕載斜交胎時,在不回收氮氣的情況下,硫化每條胎至少可以節(jié)約1.79元。氮氣硫化技術日趨成熟,桂林橡機廠和北京合眾創(chuàng)業(yè)技術公司等可提供適用氮氣硫化的輪胎硫化機和供氮系統(tǒng),并可提供老機改造服務。目前,氮氣硫化雖具有節(jié)能等諸多優(yōu)點,但主要用于胎體較薄的轎車子午胎的硫化。在載重子午胎硫化中如何推廣使用尚需繼續(xù)摸索和研究。3.1.2優(yōu)化產(chǎn)品硫化工藝由桂林橡機廠提出的等壓變溫硫化工藝與上述氮氣硫化具有異曲同工之處,其工藝是在輪胎用定型蒸汽定型后,在1min內(nèi)緩慢充入1.4~1.6MPa高壓蒸汽,保持若干分鐘后充入一次過熱水,將熱水與高溫蒸汽混合,熱水循環(huán)若干分鐘,內(nèi)溫和內(nèi)壓達到過熱水的溫度和壓力,開始硫化。此時關閉熱水回水閥,熱水停止循環(huán),輪胎逐漸達到正硫化,保壓至硫化結束。關閉熱水循環(huán)后,內(nèi)溫漸降。由于在輪胎硫化過程中大量減少過熱水循環(huán)運用時間,通過節(jié)約熱水而節(jié)約熱能和電能,降低生產(chǎn)成本。用該工藝硫化10.00R20輪胎時,消耗過熱水由原來5.25m3/鍋降為2.5m3/鍋,電能消耗僅為原來的30%。此外,由于調(diào)整了硫化工藝,從而可提高產(chǎn)品硫化質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計,行駛里程可提高5%~10%,生產(chǎn)能力提高10%~15%。該工藝在上海載重輪胎廠等單位推廣使用。3.2增設抽真空系統(tǒng)通常B型輪胎硫化機的膠囊用0.8~0.9MPa、200℃過熱蒸汽通過噴射器抽真空,根據(jù)河南風神輪胎公司對F1613(63.5?)硫化機的測定,每臺硫化機用于抽真空的蒸汽消耗量約為0.03t/h,36臺硫化機共消耗1.08t/h,年抽真空耗汽量達9000多噸。每噸蒸汽按55元計算,年耗蒸汽費用50多萬元。為節(jié)約蒸汽,公司對該車間硫化機膠囊蒸汽抽真空系統(tǒng)進行了改造,在熱水除氧站增設1套由1臺37kW水環(huán)式真空泵(一臺備用),1臺3m3真空罐和1臺自吸式真空罐排水泵組成的抽真空系統(tǒng),以取代原膠囊蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)。新的抽真空系統(tǒng)可將表壓抽至0.4~0.7MPa,將膠囊中抽除的汽、水送至真空罐經(jīng)排水泵送到鍋爐除氧器。項目改造費用27.5萬元,年需電費10萬元。改造后每臺硫化機日耗蒸汽從110.35t減至73.46t,36臺硫化機年節(jié)約蒸汽16000t,計88萬元。減去10萬元電費,年降成本78萬元。3.3向無孔板排放冷凝水目前輪胎硫化機外壓蒸汽冷凝水排放有針形閥排放、傳統(tǒng)輸水器排放、節(jié)流孔板排放和PLC定時排放等多種方式。根據(jù)重慶佳通輪胎公司資料,該公司63.5?老硫化機用阿姆斯壯疏水器排放冷凝水,一些65?新硫化機用有無節(jié)流孔板由PLC無定時(常通)排放冷凝水。根據(jù)公司的計算和實測,利用有孔板無定時排放冷凝水比無孔板定時排放冷凝水更浪費蒸汽。當無孔板作常通排放時,浪費蒸汽更多。通過摸索確定排放時間,最后統(tǒng)一為AV3#電磁閥排12s停5s的程序,滿足工藝要求。通過對公司B區(qū)18臺硫化機冷凝水排放系統(tǒng)的統(tǒng)一改造,可節(jié)約約30%的蒸汽。根據(jù)廣州華南橡膠輪胎公司的經(jīng)驗,在生產(chǎn)規(guī)模擴大后,將數(shù)量龐大的輪胎硫化機群外排冷汽用作溴化鋰吸收式制冷機的能源。該公司大胎硫化機外溫蒸汽排放量為8~10t/h,壓力0.3~0.35MPa,用于單效溴化鋰制冷機。小胎硫化機外溫蒸汽排放量為6~8t/h,壓力0.6~0.7MPa,用于雙效溴化鋰制冷機。制冷機的冷凝水回收利用。2臺溴化鋰制冷機每年可節(jié)電535萬kW·h,節(jié)約電費約300萬元,改造投資回收期約為1.5年。3.4新型節(jié)能輪胎硫處理3.4.1樣機開發(fā)及理化指標測定青島科技大學一改傳統(tǒng)輪胎硫化機的結構形式,提出了電動螺旋式輪胎硫化機設計方案,通過42?工業(yè)中式樣機后開發(fā)了63.5?電動螺旋輪胎硫化機,經(jīng)生產(chǎn)考核滿足生產(chǎn)要求。硫化的子午胎經(jīng)山東橡膠輪胎質(zhì)量檢驗測試中心檢驗測試,各項指標符合要求。電動螺旋輪胎硫化機的鋼材消耗和生產(chǎn)成本分別比曲柄連桿式硫化機降低65%和35%,比液壓硫化機降低25%和65%。機器運轉平穩(wěn),對中度高,維護檢驗方便。3.4.2輪胎硫化機節(jié)能技術輪胎硫化機組具有許多技術經(jīng)濟優(yōu)越性,原蘇聯(lián)BIIM-2-200硫化機組與55?輪胎硫化機相比,設備投資減少24.5%,節(jié)約鋼材66.2%,減少占地面積40%,電機總功率減少80%,操作人員減少50%,節(jié)能50%。目前,上海精元機械公司正在開發(fā)63.5?輪胎硫化機組,若能投產(chǎn)成功,將為輪胎硫化闖出一條節(jié)能新路子。3.4.3輪胎硫化機的熱板加熱目前輪胎硫化機外溫加熱有熱板加熱和蒸鍋加熱2種形式,而設計良好的熱板加熱的輪胎硫化機,在開模時可減少熱能損耗。因此,輪胎硫化機有向采用熱板加熱的方向發(fā)展的趨勢。最近桂林橡機廠為普利司通生產(chǎn)的117?大型輪胎硫化機也采用了熱板加熱的形式,打破了熱板加熱只適用于小胎硫化機的傳統(tǒng)觀念。據(jù)介紹,采用熱板加熱可節(jié)約熱能50%。此外,在硫化轎車子午胎時,建議采用液壓硫化機,在提高輪胎硫化機質(zhì)量的同時,也可節(jié)約、提效10%以上。3.5齒輪硫化機控制系統(tǒng)改造橡膠工廠將每噸生膠制成成品輪胎,需消耗電能1400~2200kW·h,消耗蒸汽4~12t。對于規(guī)模相當?shù)妮喬テ髽I(yè)經(jīng)分析,可以采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術節(jié)能。熱電聯(lián)產(chǎn)是熱能梯形利用技術,將鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽通過汽輪發(fā)電機發(fā)電,發(fā)電后的蒸汽變成適合硫化輪胎所需的低壓蒸汽供輪胎硫化機使用。目前已有部分輪胎企業(yè)采用了熱電聯(lián)產(chǎn)技術,安徽佳通輪胎公司在5年前安裝了1臺6000kW背壓式發(fā)電機組和1臺6000kW抽汽凝汽式發(fā)電機機組,每天發(fā)電17.5萬kW·h,按當時情況每天可減少7萬元生產(chǎn)成本,全年減少2450萬元左右,而發(fā)電機投資僅為2000萬元,可見效益明顯,節(jié)約能源。目前,南京、青島等地產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機可供選用。根據(jù)輪胎硫化機供汽鍋爐供汽量的變化,河南風神輪胎公司對1臺20t/h鏈條鍋爐的控制系統(tǒng)進行了改造。改造方案采用了上、下位機控制模式,通過工業(yè)以太網(wǎng)相連。鼓風量、引風量、給煤量通過變頻器控制。燃燒控制系統(tǒng)分為鼓風控制、蒸汽壓力控制、爐膛負壓控制3個部分。鍋爐機組控制系統(tǒng)經(jīng)過改造后,年節(jié)電節(jié)煤費用約50萬元,若全部改造節(jié)能更可觀。采用變頻器控制給煤機、爐排電機速度可有效提高燃燒性能而節(jié)能。4高效節(jié)能力車胎設備應符合市場我國是一個力車胎生產(chǎn)大國,2005年生產(chǎn)自行車外胎5億條,內(nèi)胎約6億條,摩托車外胎1億條,摩托車內(nèi)胎1.2億條。因此,研究生產(chǎn)高效節(jié)能力車胎設備滿足市場需要具有重要意義。近些年來,無錫第一橡塑機械有限公司等單位做了大量工作,開發(fā)了一套高效節(jié)能型換代力車胎設備,其中主要是成型和內(nèi)胎生產(chǎn)設備。4.1成分配保證,勞動產(chǎn)量高這種成型機利用設在成型鼓左右兩側的彈簧反包機構可在2~3s時間內(nèi)交叉完成簾布反包操作,速度快,簾布反包平整無褶皺,成型質(zhì)量好,勞動強度低。當成型26×1.95車胎時,臺班產(chǎn)量可達800條。成型2層簾布摩托車胎時臺班產(chǎn)量約達500條。4.2次內(nèi)胎后平均提高1倍經(jīng)過改進設計的丁基內(nèi)胎接頭機采用水平走刀切割方式和新型?？诮Y構,增大接頭壓力,從而可提高接頭強度30%~50%,一次可接頭4條自行車內(nèi)胎,與一次接頭2條自行車內(nèi)胎的機器相比,提高效率1倍,降低能耗50%。一種新型三工位旋轉式內(nèi)胎接頭機,3個工位程序工作。1條內(nèi)胎的綜合接頭時間為6~7s,其間約有4s的對接時間,使接頭處橡膠彼此進一步溶合而提高接頭質(zhì)量。4.3雙向硫化機+系統(tǒng)力車內(nèi)胎的硫化歷來采用電動蚌殼式單接電動硫化機,噪音大,能耗高,維修量大。而后來開發(fā)的氣動單模硫化機也無明顯優(yōu)越性。液壓框式雙層內(nèi)胎硫化機組具有節(jié)能高效的明顯優(yōu)點。機組由6臺雙層硫化機和1個液壓站組成,共有12副模具,可同時硫化12條內(nèi)胎。內(nèi)外壓均用0.6~0.8MPa蒸汽,以提高硫化速度。該機組是蚌殼式電動硫化機和氣動式硫化機的節(jié)能替代產(chǎn)品,與蚌殼式電動硫化機相比具有無可比擬的優(yōu)點:(1)減少耗能63%;(2)減少占地面積50%;(3)年維修工作量小,可節(jié)約維修費用90%;(4)節(jié)約蒸汽30%;(5)減少操作人員17%;(6)減少設備材料消耗60%。此外,由于機組硫化工藝采用機內(nèi)定型,硫化內(nèi)壓以蒸汽取代壓縮空氣,一個硫化周期可減少到105s,提高了效率。5導熱油加熱平板硫化機導熱油取代蒸汽、電加熱硫化橡膠制品具有明顯的節(jié)能效果。導熱油的最佳應用溫度為100~380℃,完全可以滿足橡膠制品的硫化要求,目前已在少數(shù)橡膠制品生產(chǎn)企業(yè)應用,取得了良好的效果。根據(jù)青島橡膠工業(yè)設計院資料,當導熱油用于中型平板硫化機加熱硫化時,與蒸汽加熱相比,可節(jié)能60%左右,生產(chǎn)效率可提高20%。此外,由于導熱油在低壓下運行,運行成本低,安全可靠。用導熱油加熱平