新型节能场桥在烟台港集装箱公司的应用.doc

在RTG上使用GE节能控制技术烟台港集团公司 能源问题，已经成为困扰企业、组织乃至国家的主要问题，能耗水平也是评价一个企业综合竞争力的重要指标。能耗成本升高，直接造成企业生产成本增加。烟台港按照国家节能降耗的要求，也是为了企业自身发展需要，开展了一些节能降耗措施，以缓解因能源紧张所引起生产成本上升的压力。RTG是我港集装箱码头后方堆场作业的主要机械，经过论证，我们在RTG上选用了一种新型节能控制技术，使其燃料消耗大大下降，取得了令人满意的效果。1. RTG节能改造研究背景目前集装箱码头后方堆场的主要作业机械有轮胎式场桥（以下简称RTG）和轨道式场桥（以下简称RMG）两种：RTG优点是其使用灵活，可方便的实现转场，便于生产组织；缺点是，由于需要柴油发动机驱动，运行和维护成本高。RMG的优点是其直接接岸电工作，运行成本低；缺点是不易实现跨区作业，需要敷设专用轨道，基建投资较大。我港目前主要采用RTG进行堆场作业，国内很多港口都在对RTG进行节能改造，在我港单台轮胎场桥覆盖堆场面积比较大的实际情况下，如何选用一种更适合烟台港实际情况的节能控制技术以达到降耗的目的也是我们一直探讨的课题。RTG上柴油发电机组的工作模式是：柴油发动机驱动发电机工作，发电机产生的电力给RTG上的电动机提供动力。但是，发电机发出的电力电压随着发动机的转速变化而波动，为了满足机上电控系统所要求的电源电压稳定性的条件，柴油发电机组需要一直稳定在一个较高的转速上，设备无论是在作业还是在待机状态，无论从事何种动作，起重货物的重量如何，柴油发电机组都要一直在以一个额定的转速运转，使大量的燃料白白浪费掉。如何降低这部分消耗，各港口正在探索许多的节能方式，归结如下：1） 超级电容式选择较小功率的柴油发电机组，并在电气回路中接入几组较大容量的电容用于回收多余能量，需要时再释放出超级电容中储存的能量补充到系统中，来以达到节能效果。这种方式的不足是，电容成本较高，使用寿命尚待检验，扣除电容更换成本后，其节能的效益会打一定的折扣。 2） 双动力RTG在动力房柴油机处再增加一套小型的辅助发电机组。在设备长时间不作业时关闭工作柴油发电机组，启用辅助发电机组为机上照明、空调、控制和通讯系统等设施供电，以达到节能效果。不足，该方式不适用于短时间内频繁切换，而且又需要增加一套小型的柴油发电机组，增加设备投资和维护保养的费用。3） 油改电式目前油改电式在各码头使用也不尽相同，有高空电车滑线式、低空电车滑线式和电缆卷筒式等几种形式，也有直流和交流之分。在作业时采用外接电源供电，需要转场作业时，再启用柴油发电机组，该形式能够达到很好的节能效果。不足之处是柴油发电机组长期闲置不用或利用率很低，也需要对其进行必要的维护保养，而且对柴油发电机组的寿命会有一定的影响。2. RTG节能控制方案设计在RTG节能方面是否还有其他的方式，我们了解到，GE公司开发了一套新的节能控制技术，可以根据实际负荷的大小来调整发动机的转速，从而降低燃料消耗。能否采用该技术调节RTG发动机转速，使其能够根据需要功率的不同来实时调节自身转速来达到节能效果呢？对此我们和GE公司及上海港机重工有限公司进行了沟通、分析、论证：首先，据我港统计数据表明场桥作业时大负荷运行时间不足总作业时间的30%，怠速或小负荷运行时间超过总作业时间的70%，如果我们能够调节发动机转速实时跟随负荷进行变化，无疑将会减少发动机做无用功，节约燃料消耗；其次，康明斯电喷发动机具有外部调速控制接口，也为这种节能方式实现提供可靠的条件。经分析，要通过调节发动机转速来达到节能效果，需要解决以下问题：1） 如何调节发动机转速才能够达到节能最佳效果；2） 发动机转速变化会引起的输出电压和频率变化，如何解决控制、通讯、空调、吊具及转向油泵等辅助设施的用电问题；3） 在启动力矩不同时发动机跟随速度如何调节才能满足功率需求；4） 如何保证发动机机跟随的及时、可靠性能。针对新型节能RTG实现的关键技术问题，我们制定了初步的实施方案。1） 选用康明斯QSX15型号的电喷发动机，为实现调速功能提供外部电气控制接口。2） 通过24VDC/220VAC逆变器给各变频器提供稳定控制电源。3） 通过起升、大车和小车三大机构变频器的自身的变频调速功能实现在柴油机组不同转速下都能满足各机构电机运转需要。4） 通过闭环电气控制系统，实现设备在不同工作状态和负载情况下柴油机转速实时变化。5） 辅助电源采用单独变频单元输出的稳定的380V、50HZ的电源为机上照明及其它的辅助设施供电。6） 实现怠速和小车机构运行时发动机转速为1100rmp/min,大车机构运行时转时为1300rmp/min,起升机构运行时转速根据负载情况，转速在1300rmp/min1800rmp/min范围内变化。最终我们决定在我们最新采购的4台RTG上采用这种通过实时调节不同负载情况下发动机的转速来达到节能效果的新型节能控制技术。3. RTG节能控制系统的实现31 硬件安装选用GE RX3i系列PLC作为整机控制核心安装于电气房内，控制着变频器、发动机、吊具等各机构的动作（如图1：整机电器控制示意图），整机采用光纤和ETHERNET通讯，有效的保证了与电气房距离较远的动力房和司机室之间通讯的迅速和可靠。 图1 整机电气控制示意图3.2实时调速功能实现如图2发动机实时调速功能示意图所示，PLC实时检测设备所处状态或操作司机发出的动作命令信号，结合吊具下的集装箱重量，计算出所需要输出的功率，通过PLC的控制系统对发动机的发出调速命令，使发动机根据自身的功率转速曲线来调整其运行转速，以达到实时输出设备所需功率的目的，而且不同功率下发动机的转速变化是连续可调的。同时，PLC还随时检测发动机执行命令的情况，从而实时、准确、有效地保证发动机根据设备负荷的变化情况调整其运行转速，以满足负载对设备功率的需要。 图2 发动机实时调速功能示意图3.3发动机的燃油消耗与转速之间对应关系如图3所示，不同载荷的情况下，实际所需要的发动机的功率不同，所对应的发动机转速变化也不相同。而且，由图3可以看出，即使发动机的输出功率相同，不同的发动机转速，其燃油消耗量也是不同的，转速越高发动机的燃油消耗量越大，在保证发动机前提下，应当尽量降低发动机的转速，从而达到节省燃油的目的。图3 输出功率与发动机转速对应关系示意图3.4增设一个辅助变频器为控制系统提供稳定的380V、50HZ的电源发动机处在不同的转速时所产生的电压和频率是不同的，如何满足我们现有设备器件所要求的电压、频率稳定的条件，也是调节发动机转速后需要解决的问题。起升、大车和小车等三大机构电机变频器电源取自直流母排，能够满足工作需要。但设备上照明、通讯、空调及吊具油泵、倾转电机等设备不能够直接使用，因此为满足需要我们在驱动系统上单独增加一个辅助变频器把460V/380V辅助变压器作为一个驱动单元使用，从而为辅助设施提供所需稳定的380V、50HZ的电源。这也是新型节能型RTG的一个特点。4. 系统调试2007年8月份我们4台新型节能RTG全部到港，并开始投入使用。我们随即对其节能效果分别进行了测试和统计。4.1模 拟 测 试对节能型RTG和普通型RTG分别采用外接油箱方法供油（保证用油量测量的准确性），按照我港场桥作业的实际情况，在规定的时间（6小时）内，两台场桥同步用试验水箱模拟作业动作，平均每小时都作业19个箱，然后用加油车对用油进行标定。调试结果如图46所示，显示节能型RTG比普通型RTG能够有效节能29%（见表1：油耗测试统计表）。图4 普通型RTG外接油箱图5 节能型RTG外接油箱图6 加油车对试验用油标定表1 油耗测试统计表设备编号箱量发动机小时数油耗单箱油耗发动机每小时油耗作业效率小车大车起升总控制合时间普通型RTGA214#846116.711.38919.452140.812.65.3节能型RTGA220#84682.810.98513.802140.981.062.95.12节能效果0.290.294.2实际作业统计对比我们对节能型RTG和普通型RTG连续6个月作业的油耗情况进行对比统计表明，节能型RTG与普通型RTG比单箱油耗能够节约27.6%（见表2）。表2 油耗对比统计表时间普通型RTG（单箱油耗）节能型RTG（单箱油耗）A213#A214#A215#A216#A217#A218#A219#A220#A221#A222#2007.091.481.551.621.421.541.461.211.121.071.12007.101.521.481.461.611.531.521.11.21.141.042007.111.621.421.351.481.461.611.121.111.021.132007.121.461.531.481.521.61.421.091.161.11.042008.011.421.571.521.621.531.611.141.141.091.142008.021.591.531.621.621.621.461.121.051.11.12平均值1.5151.511.511.5451.551.511.131.131.091.11总平均值1.5361.112节能效果节能型RTG与普通型RTG相比，节能27.6%5. 结 束 语通过几个月来使用表明，我们4台新型节能RTG可以节约燃料消耗0.42升/自然箱，若按照我港目前箱量统计，我们4