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轮胎式龙门起重机“油改电”能耗测试及分析*

日期:2024-08-25 02:06
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摘要: 为验证某港轮胎式龙门起重机 “油改电”在节能减排方面的优化效果,对其改造前后的能耗进行对比测试。根据改造情况制定测试方案,进行相同作业工况下柴油发电驱动和市电驱动两种状态下的能耗对比测试,对测试数据进行统计分析。根据测试结果,轮胎式龙门起重机经 “油改电”后,可节约大量能源,降低企业成本,同时减少 CO2 等废气的排放。

0 引言

轮胎式龙门起重机 ( 以下简称 RTG) 以柴油发电机作为动力,具有灵活转场的优点,但同时也存在能耗高的缺点。RTG “油改电”是指用电力驱动来代替原来用柴油驱动,使得 RTG 既利用电力清洁能源环保低耗的优点,又保留灵活转场的优点[1,2]。

近年随着全球燃油价格飞涨,各国对环保、节能要求的不断提高,国内外都在积极推进 RTG“油改电”技术的研究。刘洪波等[3]以及周家海等[4]对 RTG “油改电”的主要 3 种方式 ( 电缆卷筒、低架滑触线和高架滑触线) 进行了研究; 并重点对低架滑触线油改电技术进行探讨,分析了直流及交流 2 种供电方式的优缺点[5]; 大连海事大学的吕靖教授团队以某港集装箱码头为例,深入研究了 RTG “油改电”技术的选型方法[6]; 在“油改电”技术的基础上,Sang-Min Kim 等[7],以及 Chunhc Chang 等[8]对于 RTG 利用超级电容技术达到进一步节能减排进行了深入的研究,FlynnM. M 等[9]提出可以用飞轮储能技术对 RTG 进行“油改电”的改造,以便达到进一步节能减排的目地; 大连海事大学的曾庆成教授团队对 RTG “油改电”碳排放量核算方法及效益分析方法进行了深入研究[10]; 赵德栋等则对 RTG “油改电”涉及到的起重机检验问题展开了研究[11]。

RTG “油改电” 的实际节能效果如何,我院以某港 “油改电”后的 RTG 为研究对象,对其开展改造前后的能耗测试研究。

1 某港 RTG “油改电”工作概况某港某集装箱堆场共有 32 台 RTG,在 2012 年陆续完成了 “油改电”。RTG “油改电”工作主要是选取合适的馈电装置,目前 RTG 馈电装置的供电方式主要有电缆卷筒、高架滑触线和低架滑触线 3 种。该港结合该堆场布局及现有 RTG 性能特点,在对 3 种供电方式论证和比较的基础上,*终选择了低架滑触线供电方式,图 1 为低架滑触线供电方式图。在堆场内架设刚性低架滑触线,并在 RTG 两侧安装取电小车,市电通过电缆接到滑触线上,取电小车沿滑触线与 RTG 同步移动,市电通过取电小车供电到 RTG。当 RTG 在堆场作业时,所需的动力由市电从滑触线输送到 RTG,当 RTG 需要转场到其他堆场箱区作业时,改由保留的柴油发电机组提供动力进行转场操作。当到达新的场桥作业区后,停止柴油发电机组,切换到市电进行作业运行。

2 测试方案

根据该港的委托,结合人员、设备等资源情况,针对该港“油改电”的 RTG 制定了相应的能耗测试方案。为使测试数据具有代表性,随机选取 3 台 RTG ( 自编号分别为 7 号、8 号和 9 号) 用于对比测试。参照年度作业箱的平均质量,选取 3个 21 t 试验箱,加上吊具等质量 9 t,总载荷为300 kN,分别测试其单箱作业的耗电量及耗油量。

2. 1 测试方法

测量耗电量所用的仪器为三相电能质量测试仪 Fluke1750、电能分析软件 FPA 2. 1 等。三相电能质量分析仪接入点为 RTG 供电出线柜,图 2 为三相电能质量测试仪接线图。

根据经验,每台 RTG 完成该耗油量测试大概耗油 40 L,而其自带的油量刻度计精度只能达到± 2 L,远不能达到测试所要求 ± 10 mL 的精度。所以,在进行耗油量测试时,每台 RTG 配备 3 个量程为 20 L 的计量油桶,预先准备 60 L 柴油,将进回油管从自带油箱中拔出,接在计量油桶里,测试完毕后,再由量程为 5 L 的量杯测出剩余油量,即可得出其实际耗油量,采用该方法能确保测试精度达到 ± 10 mL。

2. 2 测试工况

2. 2. 1 测试工况动作分解

为了*大程度地模拟实际工况,测试工况主要可分解为收箱、发箱和大车行走 3 个动作。图3、图 4 分别为收箱示意图和发箱示意图,该箱区共分为 7 列,*左列为拖车道,考虑全年平均吊箱跨度为 4 列,所以,试验箱在拖车道与第 4 列之间吊运。拖车道中集装箱卡车用于模拟实际作业时的集装箱卡车,以增加起箱和落箱时的难度。

该堆场 RTG 设计能力均为堆五过六,考虑全年平均堆箱高度为 3. 4 箱,所以,第 4 列会预备 3 层集装箱。第 1 列到第 3 列预备 3 层集装箱,主要作用

一是为了体现全年平均堆箱高度; 二是防止测试过程中司机偷懒,走捷径完成收箱和发箱动作。由于第 5 列和第 6 列与测试过程无关,所以,就无需准备集装箱,各动作具体方案如下。

1) 收箱

小车位于拖车道上方→吊具下降对位着箱→吊具闭锁→吊箱起升→小车前行到第 4 列→吊具下降对位着箱→吊具开锁→吊具起升→小车后行到拖车道→小车前行到第 4 列,准备下一步的发箱。图 3 为收箱示意图。

2) 发箱

吊具位于第 4 列上方→吊具下降着箱→吊具闭锁→吊箱起升→小车退回拖车道→吊具下降对位着箱→吊具开锁→吊具起升到拖车道上方→小车前行到第 4 列→小车后行到拖车道,准备下一步的收箱。图 4 为发箱示意图。

3) 大车行走

大车往前行走 3 m,再返回到测试箱位,每次行走 6 m,该动作主要是为了模拟实际工况中的大车行走过程。

2. 2. 2 测试工况说明

分别以柴油发电机组和市电电网为动力的作业工况测试。

1) 测试开始前场桥开到测试箱位,小车位于拖车道上方,准备收箱动作;

2) 整个测试过程按收箱—发箱的顺序循环进行,1 次收箱和 1 次发箱均计为 1 次吊箱操作;

3) 整个测试过程持续 2 h,每次测试每台场桥需完成 30 箱次操作量,即吊箱速度为 15 箱次/h,该速度与实际作业速度相近;

4) 每依次完成 1 次收箱和 1 次发箱动作后,则进行 1 次大车行走动作,整个测试过程需完成

15 次大车行走动作;

5) 30 次吊箱必须在 2 h 内完成,如果没完成,则需重新进行测试;

6) 如 30 次吊箱在 2 h 内完成,对于以柴油发电机组为动力的作业工况测试,则让柴油发电机组保持怠速状态,直到完成 2 h 的测试时间。对于以市电为动力的作业工况测试,则让场桥停止一切动作,测试结束;

7) 测试结束,记录总耗油量和总耗电量。

3 测试结果

3. 1 测试统计

为了使测试结果具有代表性,将 7 号、8 号和9 号 RTG 的能耗测试数据进行汇总计算平均能耗量,表 1 为 3 台 RTG 平均能耗表。

3. 2 结果分析

“油改电”主要有 2 大目标,即节约成本和减少污染。由于柴油价格和工业用电价格一直在波动,本文取当前柴油平均价格 7. 00 元/L 和工业用电平均价格每千瓦时 1. 20 元进行成本分析。污染指标则主要以 CO2 排放量为准,其换算标准为: 1kW·h = 0. 000 122 9 t 标煤,1 L 柴油 = 0. 001 253106 t 标煤,1 t 标煤 = 2. 101 0 t CO2[12]。表 2 为 3台 RTG 平均能耗折算表。

4 结论

1) 在设计的测试工况下,柴油发电单箱平均能耗为 1. 42 L,市电单箱平均能耗为 1. 70 kW·h;

2) 柴油发电单箱平均耗费资金 9. 94 元,市电单箱平均耗费资金 2. 04 元,市电相对柴油发电单箱平均节约 79. 5% ;

3) 柴油发电单箱平均排放 CO2 为 3. 74 × 10 - 3t,市电单箱平均排放 CO2 为 4. 39 × 10 - 4 t,市电相对柴油发电单箱平均少排放 88. 3% 。

根据测试结果,可知 RTG 经 “油改电”后,能节约大量能源,降低企业成本,同时减少 CO2排放量。该测试方法尽管能较真实地模拟实际工况,但与实际工况可能有一定差别,为了获得更真实的数据,可以继续改进测试工况,或直接以实际工况为研究对象,进行长期监测。









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