管樁行業(yè)能耗高的原因分析

管樁行業(yè)能耗高的原因分析

自主研發(fā)預應(yīng)力高強混凝土管樁生產(chǎn)線管道連接是橋梁和各種建筑的基礎(chǔ)，關(guān)系到安全和長度等重要問題。我國鐵道部豐臺橋梁工廠在20世紀60年代就開始生產(chǎn)先張法預應(yīng)力混凝土管樁(PC管樁)。在20世紀70年代上海寶鋼建設(shè)時,大量使用從日本引進的鋼管樁,其造價高,耐久性也差。為了適應(yīng)港口建設(shè),1987年交通部三航局從日本引進全套預應(yīng)力高強混凝土管樁生產(chǎn)線(PHC管樁)。其后,為適應(yīng)我國長三角與珠三角沿海地帶經(jīng)濟快速發(fā)展,解決當?shù)氐刭|(zhì)松軟等問題,寧波浙東水泥制品有限公司與有關(guān)科研院所合作,對PC管樁進行了改造,開發(fā)了先張法預應(yīng)力混凝土薄壁管樁(PTC管樁)。20世紀90年代,蘇州混凝土水泥制品研究院與番禺市橋豐水泥制品有限公司合作,對引進生產(chǎn)線進行消化吸收,自主開發(fā)了國產(chǎn)化的預應(yīng)力高強度混凝土管樁生產(chǎn)線,列入國家重點推廣項目,在長三角與珠三角地區(qū)需求量猛增,并很快由南向北向全國擴展,應(yīng)用領(lǐng)域到所有建筑業(yè),特別是鐵路、公路、市政、港口、冶金、石化等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計,到2007年末,全國已有400多家生產(chǎn)企業(yè),年產(chǎn)各類管樁2.5億m,產(chǎn)值達300多億元,占全國水泥制品產(chǎn)值的50%以上,輔助配套產(chǎn)業(yè)隨之很快跟上,年產(chǎn)值達250億元。國家組織制定了一系列標準、規(guī)章制度,管樁行業(yè)為改革開放做出了重要貢獻,成為一個朝氣蓬勃的新型產(chǎn)業(yè)。1分析主行業(yè)的能耗特征(1)蒸養(yǎng)時間及設(shè)備管樁生產(chǎn)耗能有蒸汽、電和水。沙石、水泥等原料經(jīng)攪拌、離心成型后,需在蒸養(yǎng)池中用80±5℃蒸汽進行常壓養(yǎng)護,方可進行放張、拆模并初檢。然后移至蒸壓釜內(nèi)經(jīng)180±5℃、1.0MPa壓力下用蒸汽進行二次蒸養(yǎng)。每釜用汽量為10~12t,以提高強度,縮短蒸養(yǎng)時間。蒸養(yǎng)合計耗蒸汽35kg/m左右,占總能耗的90%、占成本的6.5%,其中蒸養(yǎng)池耗汽6.8~7.4kg/m以上。生產(chǎn)線內(nèi)各種機械動力設(shè)備較多,主要耗電,約為1.0~1.5kWh/m,占總成本的1.8%左右。在創(chuàng)業(yè)初期,由于種種原因,企業(yè)多選擇價格較低的燃煤小型簡易快裝鍋爐,裝備水平太低。10~20t/h鍋爐不配空氣預熱器,無上排污;排煙溫度高達250~350℃;6t/h鍋爐不配省煤器,爐膛溫度低,燃燒不完全,灰渣含碳量在20%以上,致使排煙熱損失q2和機械不完全燃燒熱損失q4加大。加之對水處理重視不夠,無專業(yè)人員管理,有時直接勾兌深井水,鍋爐內(nèi)結(jié)垢較為嚴重,影響熱交換效果,致使排污率在20%以上。因而,鍋爐熱效率只有60%~65%,單位產(chǎn)品煤耗高達54~65kg/m。(2)蒸汽帶水下降,易發(fā)生爆管事故蒸壓釜為周期性生產(chǎn),用汽時開大節(jié)門,耗汽量突然加大,汽壓很快下降,造成蒸汽帶水瞬時高達20%以上,水位隨之下降,發(fā)出報警;有時水位降到火線以下,易發(fā)生爆管事故,危及安全。不但鍋爐操作難以適應(yīng),而且蒸汽品質(zhì)無法保證,拖長了充汽時間,使煤耗升高,產(chǎn)量也會受到影響。(3)管樁的管樁基礎(chǔ)蒸汽帶水進入蒸壓釜沉到釜底,隨釜內(nèi)壓力、溫度升高,變?yōu)楦邷仫柡退?使管樁上下溫差加大,對產(chǎn)品質(zhì)量不利,須及時排掉;再加上鍋爐排污率高,二者均會釋放出大量閃蒸汽。目前企業(yè)均不回收利用,造成極大浪費。據(jù)初步測算,鍋爐煤耗升高8%左右。(4)預熱器、省煤器管樁行業(yè)是由小到大逐漸擴展的,所購置的燃煤小型簡易快裝鍋爐,不設(shè)空氣預熱器,有的甚至不設(shè)省煤器。隨著鍋爐服役期的增加,爐內(nèi)積灰、結(jié)垢越來越嚴重,排煙溫度隨之升高,有的高達350℃,均未回收利用,因而鍋爐熱效率低、煤耗高。(5)交流變壓器的影響管樁行業(yè)機電設(shè)備多,電耗較高。近年來有些企業(yè)對節(jié)電工作比較重視,風機、水泵、空壓機等進行變頻調(diào)速,對變壓器進行諧波治理并增設(shè)無功補償,使功率因數(shù)達到0.9左右。特別是有的廠對重型離心機采用變頻調(diào)速技術(shù),節(jié)電效果明顯,使電耗降到1.0~1.4kWh/m。但隨著電價的上漲,電耗在成本中的比重仍然較高,應(yīng)繼續(xù)加強節(jié)電工作。2在管式行業(yè)的應(yīng)用2.1高壓透過蒸汽利用目前使用的小型簡易快裝鍋爐不但熱效率低、煤耗高,而且所排放的煙塵、二氧化硫、氮氧化物等很難治理,鍋爐壽命臨近期限,即使投入很多財力,也很難達到環(huán)保標準要求。因而,應(yīng)采取早淘汰、早更新、早主動的辦法,采用大型循環(huán)流化床鍋爐,生產(chǎn)高壓過熱蒸汽實施熱電聯(lián)產(chǎn)(見圖1)。大型循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)高壓過熱蒸汽可進行熱能梯級利用。高壓過熱蒸汽先帶動汽輪機、發(fā)電機發(fā)電供本企業(yè)用電需求,而后汽輪機排出的蒸汽經(jīng)減溫減壓或蒸汽蓄熱器后,輸出的低壓飽和蒸汽供蒸壓釜等用汽。如以過熱蒸汽計算成本,蒸汽做功產(chǎn)生的電能可認為是純利潤部分。2.2燃煤小鍋爐循環(huán)流化床鍋爐是國家產(chǎn)業(yè)政策推薦的高效、環(huán)保鍋爐,熱效率高達85%左右,比目前所用小鍋爐高20個百分點~25個百分點,并可燃燒次煤,降低成本,是小鍋爐更新?lián)Q代的首選產(chǎn)品。且在燃煤時可適量摻混石灰石,進行爐內(nèi)脫硫,脫硫效率為80%左右。該鍋爐屬于中低溫燃燒,爐內(nèi)溫度可控制在850~950℃,適宜脫硫反應(yīng)溫度要求,還可減少熱力型氮氧化物的排放,并裝設(shè)布袋或電除塵器,保證污染物達標排放。2.3“以熱定電”,以電為主產(chǎn)品熱電聯(lián)產(chǎn)是國家在《節(jié)約能源法》中明確提倡的產(chǎn)業(yè)政策,與“小火電”不同。實行“以熱定電”原則,熱為主產(chǎn)品,電為副產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計,與小鍋爐相比,熱電聯(lián)產(chǎn)每噸蒸汽成本可降低20~30元,電為純利潤部分。如以年產(chǎn)管樁300萬m概算,每年可節(jié)省電費300~350萬元,投資回收期1.5年左右。2.4熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運行情況熱電聯(lián)產(chǎn)是綜合利用能源的項目,可顯著降低能耗,符合環(huán)保低碳政策要求,在我國造紙、印染、化肥、石化、制堿、制糖等行業(yè)早已得到成功而廣泛的應(yīng)用,取得良好的經(jīng)濟與社會效益。廣東省佛山市水泥制品有限公司、三和管樁有限公司于2005年前后均已成功進行了熱電聯(lián)產(chǎn)改造?，F(xiàn)已前者為例,其年生產(chǎn)管樁約300萬m,經(jīng)過2005年5月投產(chǎn)2年的生產(chǎn)實踐,運行正常,其投資效益簡要分析如表1所示。由表1可知,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)雖比煤爐供汽系統(tǒng)多投資550萬元,但每年僅電費收益就達到363萬元,1.5年內(nèi)便可收回項目投資,還不包含因鍋爐熱效率提高所帶來的額外效益。實施熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)改造涉及的問題比較多,要很好地加以解決,如要通過正規(guī)設(shè)計院進行設(shè)計、廠內(nèi)高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電、與當?shù)仉娏植⒕W(wǎng)問題、過熱蒸汽轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽以及更高要求的運行管理等問題,都要在項目改造之初經(jīng)過全面考慮加以妥善解決。3設(shè)置蒸汽加熱，回收高溫能力3.1自然倒汽回收回收20%40%余汽蒸壓釜加熱結(jié)束后,釜內(nèi)有1.0MPa壓力的余汽要排出,目前各廠多采用自然倒氣法,把部分余汽排入待加熱的空釜內(nèi)。當兩釜間的壓力很快達到平衡時(0.35~0.45MPa),自然倒汽停止,約可回收40%~55%的余汽,其余排空,造成浪費。因為壓力越低,自然倒汽時間拖得越長,這是生產(chǎn)節(jié)奏和產(chǎn)量要求所不允許的。自然倒汽后釜內(nèi)存有近50%的余汽,可采用蒸汽噴射熱泵進行強制倒汽,排入另一空釜或蒸養(yǎng)池內(nèi),可回收30%~40%余汽(約1.5~2.0t蒸汽),并可縮短倒汽時間,提高產(chǎn)量。當釜內(nèi)壓力降至0.05MPa時,倒汽結(jié)束、排空。此法只需購置熱泵與相關(guān)管道、閥門及控制設(shè)備,投資少,回收期只有2個月左右。3.2在高溫下，飽和水的剩余3.2.1鍋爐汽化潛熱的計算管樁生產(chǎn)排出的高溫飽和水主要有鍋爐排污水與蒸壓釜排出水。由于排出后壓力突然降低,產(chǎn)生大量閃蒸汽直接排空,造成大量熱能白白流失。對此可設(shè)置擴容器與蒸汽熱泵進行回收,其回收的蒸汽量為:DK=ibη?ikxγ(1)DΚ=ibη-ikxγ(1)式中:DK—每千克高溫水可回收的閃蒸汽量,kg/kg;ib—鍋爐汽包或蒸壓釜內(nèi)絕對壓力下的飽和水焓值,kJ/kg;η—擴容器與管道的散熱損失系數(shù),取η=0.98;ik—擴容器內(nèi)絕對壓力下的飽和水焓值,kJ/kg;x—擴容器內(nèi)蒸汽干度,取x=0.97~0.98;γ—擴容器內(nèi)絕對壓力下水的汽化潛熱,kJ/kg。通過計算,每千克高溫飽和水可回收0.28kg左右的閃蒸汽。由于鍋爐排污率高,蒸壓釜內(nèi)積水多,回收的閃蒸汽量相當可觀,完全可用于蒸養(yǎng)池或除氧器加熱,節(jié)省鍋爐供汽,實現(xiàn)較好的經(jīng)濟與社會效益。3.2.2熱交換器采暖在擴容器內(nèi)設(shè)置一級熱交換器或熱管換熱器,通過回收余熱加熱軟化水,送到除氧器內(nèi)。經(jīng)熱交換后剩余水流到水處理池內(nèi)仍具有較高溫度,再設(shè)置二級熱交換器或熱管換熱器加熱采暖用熱水或軟化水箱中水。剩余水溫度在50~60℃,還可送往脫硫除塵器用水(pH高的堿性水,有較強的脫硫作用)、洗砂、和水泥、沖渣、澆煤等用水。最后經(jīng)水處理合格后,僅余少量廢水排放,提高了企業(yè)水的重復利用率,節(jié)約用水,防止污染地下水源,符合循環(huán)經(jīng)濟的要求。3.3蓄熱器構(gòu)造與設(shè)置蒸壓釜用蒸汽是周期性的,用汽量大,必然造成汽壓波動,給汽輪機正常運行與鍋爐操作帶來了一系列問題。為解決此種供、用汽的矛盾,歐美各國、日本和俄羅斯等多采用蒸汽蓄熱器來解決,在我國冶金、造紙等企業(yè)也已成功應(yīng)用,不但起到了穩(wěn)定汽壓、適應(yīng)汽輪機與鍋爐的操作要求,同時可帶來11.0%左右的綜合節(jié)能效果,投資回收期為10個月左右。蓄熱器(圖1中序號4)的構(gòu)造與設(shè)置如圖2所示。當用汽負荷低時,鍋爐照常穩(wěn)定運行,多余高壓過熱蒸汽先發(fā)電,做功后排出的蒸汽送往蓄熱器儲存起來。其原理很簡單,蒸汽送往蓄熱器后,罐內(nèi)水溫、壓力隨之升高,形成一定壓力下的高溫飽和水;當用汽量增大時,罐內(nèi)與管網(wǎng)的汽壓必然下降,于是過熱水沸騰,可釋放出一定量的蒸汽,相當于增大了鍋爐的出力。當蒸壓釜用汽時可達到近于2倍的鍋爐處理進行供汽;蒸汽蓄熱器的使用大大縮短了供汽時間,提高了產(chǎn)量,保持了鍋爐工作的穩(wěn)定、高效運行,這對汽輪機正常、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)發(fā)電是極為重要的。4做好生產(chǎn)技術(shù)服務(wù),提高機械化、自動化程度管樁行業(yè)經(jīng)過30年的艱苦創(chuàng)業(yè),擴展速度飛快,對國家的貢獻是肯定的。但目前仍然屬于勞動密集型企業(yè),勞動強度大,有些20t/h鍋爐采用人工上煤,計量設(shè)施不齊全,能源消耗難以正常統(tǒng)計,專業(yè)人才較少,機械化、自動化程度低。要實施第二次創(chuàng)業(yè),就要跟上時代步伐,充分應(yīng)用現(xiàn)代科技成果武裝企業(yè),引