港口集装箱轮胎吊节能减排的新途径

1 前言

随着国际原油市场的动荡及燃油价格的上扬,轮胎吊的运行成本不断攀升, 国内乃至全球的各个码头公司已感受到高油价带来的沉重负担。同时轮胎吊排放废气黑烟和柴油机的巨大噪音也与日益严格的环保要求有距离。国家在“十一五”规划中明确提出节能降耗和防污减排的目标, 具有非常重要的战略意义。港口起重机是码头生产中的用能大户,节能降耗任务非常严峻, 同样也承担着相当的防污减排环保义务。

我振东分公司的油耗成本随吞吐量的上升而成倍增长, 据统计, 2004 年能源消耗为 5231 万元, 占生产总成本的 12.8%, 其中油耗成本为 3258 万元,占生产总成本的 8%; 2005 年能源消耗为 7071 万元,占生产总成本的 15.4%, 其中油耗成本为 4587 万元,占生产总成本的 10%; 2006 年能源消耗为 8136 万元, 占生产总成本的 16.9%, 其中油耗成本为 5456万元, 占生产总成本的 11.35%, 见图 1。随着油价的上涨和吞吐量的增长, 油耗成本将继续大幅增加。

由于上述问题具有普遍性, 目前全世界各大港口都投入大量资金用于 RTG 节能减排的研发。如果能够为轮胎吊提供市电, 代替了传统的柴油发电机,可以有效地解决原先用柴油发电机带来的高能耗、高污染、高噪音、维护量大、成本高等缺点。

目前在国内港口已有两种实验性方案: 电缆卷筒 和安全滑线 的形式。前 者是将电缆 卷 筒 安 装 在RTG 上, 利用供电电缆将市电采集到 RTG 上, 该方式对场地有影响, RTG 跑道上须挖设电缆沟, 以防止车辆或 RTG 压到供电电缆, 且机上改造较复杂,箱区内移动受限。后者是采用刚体滑触线作为 RTG供电的导体, 一般架设高度为 2~3 m, 每隔 3 m 必须由一个电线杆作为滑触线的支撑, 该方式占地面积也较大、对场地影响也较大; 且限制了 RTG 作业方式, 需要 RTG 驾驶走直线, 转场不灵活。由于码头轮胎吊必须满足机动性要求, 即不改变现有集装箱码头操作工艺, 不改变现行轮胎吊操作方式, 而满足其转场需求。上述方法经过很多港口码头的实践,发现在满足轮胎吊机动性方面有一定不足。

由此, 在港务集团的领导下, 我们和上海海得公司联合研发和实施了具有自主**技术的油改电方案——高架滑线轮胎吊供电方式, 有效地解决了上述问题。

2 高空滑线式轮胎吊

本次 RTG 油改电项目是在集装箱 4 个箱区进行油改电场地供电系统的建造, 采用 5 座自立铁塔、4根承重索、悬挂固定架及 5 根滑触线组成一个整体

结构体系。为保证滑触线位于同一高度, 铁塔每侧的 2 根承重索通过可调节高度的悬挂固定架与 5 根滑触线连接, 同时在滑触线两端通过铁塔设置挂重。

供电系统和现场布置分别见图 2、图 3 及图 4。项目试验段总长 600 m ( 线路总长 1 200 m, ** 阶 段 实 施 600 m; 每 条 线 路 同 时 可 供 10~12 台

RTG 作业, **阶段实施 4 台 RTG) , 架设的 5 座架线铁塔间距为 150 m, 横跨 4 个箱区、纵跨 2 个箱区, 两端配重水箱代替端塔。供电设施布置在中间

位置, 供电电压 460V/AC。铁塔由无缝钢管构成,高度为 35.5 m ( 相对高度, 以地面作为基准) 。铁塔*上端为避雷索安装位置, 高度为 34 m; 中间为承

重索安装位置高度为 29 m; *下端为滑触线安装位置, 滑触线安装离地面高度为 25.5 m。每 10 m 的滑触线安装吊线器, 以保证滑触线基本水平; 在滑触

线端部设有端部配重横担, 防止滑触线在室外温度随季节变化而导致的热胀冷缩引起的其下垂度的变化; 同时设有防摇横担, 保证在大风情况下尽量减少滑触线的摆动幅度。

项目的电源由变电所提供 10KV 电源, 经过变压器, 二次侧降压到 460V/AC, 电源供给设在当中的铁塔处, 电源由底部电缆连接到双沟铜滑线上, 可以确保每片场地上的电源能够供给二台 RTG 的正常工作。考虑以后的扩容需要, 本次设计按 3KV 的标准设计, 在需要扩容时可以随时提高电压等级, 扩大装机容量。供电装置中的铜滑线和滑线导电器是关键, 其中双沟铜滑线具有运行可靠、压降小、造价低、通用性强等多种优点, 几根铜滑线水平放置,间距在 400 mm 左右, 截面积为 185 mm2; 滑线导电器主要由导电头、调整支架、联接底座三部分组成,导电头与输电滑线接触, 将滑触线上的电能可靠地输送给轮胎吊。

项目还需要对 RTG 进行改造, 见图 5。在 RTG一侧设计安装 1 个平台, 用于安装 4 个滑线导电器,平台高度为 2 m 左右, 以便人员检修和更换相应零件。使用柴油发电机供电时, 必须用铁链将集电器固定住, 保证供电系统的安全可靠。电源控制柜将电源分为两路, 分别为纵向的两边堆场提供电源。每路电源都 有刀开关 、断路器、三相 电 源 保 护 器( 含过压、欠压、相序保护) 、漏电保护, 并装有三相电源电压表、三相电流表用于检测电源的情况。

在 RTG 电气房内布置有三刀双掷刀开关, 用于轮胎吊的电源切换, 刀开关向上合上为柴油发电机电源,向下合上为滑触线电源, 使得 RTG 的供电方式在柴油机供电和滑触线供电两种方式中任意切换。

结构抗风能力是港口安全的重要保证, 本项目设计保证整体结构能够抵御 50 年一遇的大风。且滑触线的摆动是直接影响 RTG 受电可靠的重要因素,本次项目经测量在六级东南风的情况下, 其摇摆度小于 2 cm ( 用经纬仪测量) , 能够保证 RTG 在八级大风情况下正常工作, 九级风下应急行走。

同时考虑到 RTG 的运行实际, 采用的集电器能够承受 RTG 启动的大电流冲击, 同时集电器左右各有 1 m 的摆动自由度, 保证 RTG 在跑偏的状况下也能够可靠供电。

另外, 结合港区车辆多、车流大的特点, 我们在每个铁塔的周围筑有防撞墙, 防止集装箱卡车、工程车等发生撞击意外, 对塔体的安全构成威胁。

3 节能和减排效果及展望

经过几个月的施工, 本试验项目从 2007 年 5 月17 日开始试运行, 取得了初步成效。据统计, 截至2007 年 6 月底 4 台 RTG 共完成 55427TEU, 用电量为 72589 kwh, 单箱耗电 1.31 kwh, ( 折合标准煤)单 箱 耗 能 0.529 kg, 较 用 柴 油 在 费 用 上 节 省 了 约75.87%, 在能耗上节省了 50.83%。按每台 RTG 年消耗燃油费 55 万元计算, 每台一年可节约 41.77 万元,按配置 4- 6 台 RTG 计算, 一年节约能源费用 167-250 万元人民币, 按投资额约 490 万元计算, 2- 3 年可收回投资成本。

同时我们对项目进行了用电电气参数测试, 经测试功率因素为: 空载 0.53、重载 0.95; 谐波为 5次和 7 次谐波, 为 2～3V 左右; 末端重载压降测量为0V。项目能有效抑制电网谐波干扰, 稳定工作电压、电流, 提高功率因素, 是电力“绿色工程”。而且由于采用清洁的市电作为能源, 彻底杜绝了柴油机排出的大量废气污染, 并且没有柴油机发出的巨大噪音污染, 真正做到了绿色环保。

同时, 采用高架滑线的供电方式可为 RTG 提供安全稳定的电源。改造后的 RTG, 对驾驶和操作几乎不产生任何影响, 驾驶员可保留原有的操作习惯,不需要为油改电限制驾驶速度, 维修和故障也少;且在一条直线上, RTG 可跨箱区作业, 保持 RTG 纵向堆场“灵活转场”特性。总体运行性能稳定, 较其他油改电方式在可靠性和机动性上更有优势。

通过高架滑线 RTG 油改电节能成效的初显, 我们计划 将对项目进 行完善, 设 想建立 3 条 完 整 的RTG 油改电生产线; 同时检测架线的抗风抗灾能力,观察功率因素, 系统对电网的影响, 以取得实际应用数据; 在改造的同时改进 RTG 能耗回馈装置, 并且探索直流供电方案的可行性等等, 以此进一步完善项目, 为项目的推广实施提供便利。

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