1 概述
当前再制造技术是国内外掀起的一股“绿色浪潮”,是新兴的产业领域,是具有重大实用价值和优质、高效、少污染的绿色技术,因此也称其为绿色再制造。环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主要问题。20世纪全球经济高速发展,与此同时,对自然资源的任意开发和对环境的无偿利用造成全球的生态破坏、资源浪费、资源短缺和环境污染等重大问题。最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物,是解决环境和资源问题的治本之道。在新旧世纪之交之时一个全新的制造领域(产业)— 绿色再制造应运而生。它是解决资源浪费、环境污染和废旧装备翻新改造的最佳方法和有效途径之一,是符合国家可持续发展战略的一项绿色系统工程。
电力是我国国民经济的支柱,是资金密集,技术密集的行业。我国WTO的加人,电力行业的改革与快速发展,这种行业之间,区域之间,国际之间的竞争势不可当,市场的竞争将十分的激烈。只有优质的服务,低廉的价格,方可赢得市场的占有量。绿色再制造工程技术就是以低的成本,少的污染,高的效率为电力行业提供了技术支持和保证,能增加电力的总体竞争实力。因此,具有广阔的应用前景。
1.1 绿色再制造工程的概念
绿色再制造工程是以产品全寿命周期设计和管理为指导,以优质、高效、节能、节材、环保为目标,以先进技术和产业化生产为手段,是对废旧产品进行修复和改造等一系列技术措施和工程活动的总称。
1.2 发展绿色再制造工程的意义
1.2.1 为先进制造技术带来新的理念
先进制造技术是指在制造业中不断采用机械、冶金、电子、信息、材料和现代管理等领域的最新成就,应用于产品的设计、制造和运行的全过程,以生产出高质量、高效益、低消耗、清洁和灵活生产的产品并获得最佳的技术和经济效益的一系列通用制造技术。再制造工程的目标、手段、途径及效果,符合先进制造技术的定义,因而是先进制造技术的重要组成部分。同时,再制造工程又丰富和发展了先进制造技术的内涵,它使设备全寿命管理的过程不是到设备报废就截止,而是扩展到设备报废后的再生利用;它使设备的设计除考虑共性技术(可靠性、维修性、保障性、检测性)外,还必须增加“再制造性”,即在新设备的设计时,就要为今后报废时的再制造注人“基因”,使其具备优异的再制造特性,为今后的再制造创造良好的基础;它使新设备的设计与制造可以更多地借鉴再制造过程中采用的新技术、新材料、新工艺,使新设备的质量大幅度提高。
1.2.2 是一项低廉高质的制造系统工程
我国设备资产已达几万亿,若其中10%报废的设备能利用再制造技术形成产品,就能创造巨大的经济效益和社会效益。同时,再制造工程的最大优势是能够以表面工程和多种先进成形技术制造出优于本体材料性能的零部件,赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等多种性能。一个明显的再制造产品是坦克的行星框架,制造一个行星框架,毛坯重713kg,而零件重量只有19。skg,价格是120元,新品使用寿命是6O00km。再制造一个行星框架只需消耗铁基合金粉末0.25 kg,费用只有新品的1/l0,而使用寿命达到1200Okm,节材率为9.65%,寿命延长一倍。由此可见,再制造工程是解决资源浪费、环境污染和废旧设备难以处理的最佳方法和途径之一,是符合国家可持续发展战略的一项绿色系统工程。
1.2.3 是一种省时高效的制造工艺技术
经过再制造的零部件,不仅可以使用在旧设备上,也可以使用在新设备上。那种认为新设备中的零部件必须是新品的概念已经过时,已经不适应环保时代的要求。在新设备研制时尽可能地采用再制造的零部件,可以缩短研制周期,加速产品更新换代,同时可以降低研制费用和全寿命周期费用。我国生产的直一九型直升机,从由法国引进技术,到国产化批量生产共用了14年的时间。而美国先进的F一16战斗机研制期仅用了3年时间,其中一个重要奥秘是它使用了再制造的零部件。再制造产品在新机型上的应用,使飞机制造商争
取了时间,占据了市场,赢得了订单。
要想使绿色再制造工程在电站中得到很好的应用,应该首先很好地把握绿色再制造工程在国际、国内其他相关领域的发展水平。
2 目前国际绿色再制造工程发展的总体水平
目前,国际上绿色再制造工程的发展仅有十几年的历史,总体水平以美国、日本及欧洲等国家和地区最具有代表性,我国则刚刚起步。关于再制造工程的研究体系目前还正在探讨和完善之中。
2.1 美国
1984年美国“技术评论”提倡旧品翻新或再生,并称为“再制造”。
1993年,美国福特、通用、克莱斯勒等大汽车公司结成回收联盟,在密西根建立汽车拆卸中心,专门研究开发汽车零部件的拆卸、再制造和再循环利用。
1996年在美国Argonne国家实验室的资助下,波士顿大学制造工程学教授RobertT.Lund领导下的一个研究小组,对美国的再制造业进行了深人的调查,撰写了研究报告《再制造业:潜在的巨人》。他们建立了一个有9903个再制造公司的数据库,并随机抽选调查了其中的1003个,获得了大量的有关年销售额、雇员人数、再制造产品种类等信息,其范围涉及到汽车、压缩机、电子仪器、机械制造、办公设备、轮胎、墨盒、阀门等8个工业领域,在这些数据的基础上,研究小组对整个美国再制造业的规模进行了评价:美国专业化再制造公司数量超过73ono个,每年的销售额超过530亿美元,直接雇员48 万人,生产46 种主要再制造产品。再制造业已经成为美国经济中的支柱产业之一。
美国罗切斯特理工学院有一个全国再制造和资源恢复中心,在1998年6月主办了再制造技术会议;田纳西大学无污染产品和技术研究中心将进行汽车行业的再制造技术研究;北卡罗来纳大学凯南一弗拉格勒商学院进行逆向后勤学的教学,逆向后勤学是把产品收回,然后对其进行再制造。许多学校在工业设计课程中讲授再制造技术,要求在工业产品设计中考虑设备部件的再制造性,认为在设计产品时只考虑一次性使用是不合理的。再制造在汽车行业发展最快。
美国《纽约时报》1998年7月14 日文章“再制造业在美国的公司界正越来越为人们所接受”。再制造是把旧部件取出,对它们进行检验、翻新,然后再次使用,它是降低成本、节能、节材、改善环保的有效措施。
《今日美国报》199年4月27 日报道,福特汽车公司正在建立一个旧部件交流中心,从环保出发,充分利用回收再制造的部件,一年将实现10亿美元的营业额。包括国际商用机器公司在内的计算机公司正在回收旧机器的芯片.包括朗讯科技公司在内的通讯设备公司正在再制造开关装置。一直再制造自己的打印机墨盒的莱克斯马克国际公司,正在试验在其打印机上使用再制造部件。惠普公司提出了名为“地球伙伴计划”的全球环保硒鼓回收计划,可将硒鼓质量的90%重新利用;收回的硒鼓一部分被转换成原材料,另一部分无损的部件可经过再制造后重新用于制造过程。美国波音公司为了延长大型客机的使用寿命,拨出专款进行被称为“恢复工程”的研究工作。
2000年1月巧日,美国前总统克林顿宣布将当日定为“美国再循环日”并发表讲话。他指出:产品再循环不但可以节约资源和能源,降低水和空气污染,减少温室气体排放,而且还能够建立新的经济增长点,创造更多的就业机会。他呼吁美国商业机构致力于产品的再循环工作,鼓励消费者购买再循环产品,从而支持经济建设,改善环境。克林顿还说:“作为一个国家,每次环境的挑战都将有助于经济的加强,它是通过新思想、新技术、新领域的创新来实现的。”另外,在他正式宣布实施的一项新的国家计划— 国家纳米技术计划(NNI)中,也把研究开发强度和硬度更高、质量更轻、安全性更好,并能自行修复的纳米材料列为重要发展方向之一。再制造业要抓住当前的机遇,为市场提供既环保又经济的产品。美国再制造业已经建立经济增长的一系列目标:到2005年,雇佣员工100万,年销售额100亿美元,再制造工业范围内75%的公司通过150认证;到2010年,保证100%再制造产品性能等同或超过原产品;到2020年,美国再制造业基本实现零浪费,并确保产品的质量和服务。
2.2 欧洲
德国《商报》199年1月刊登的《未来10年的科技》中认为,2006、2007 年全球将普及节能汽车,这种汽车材料和部件的90%均可重新使用。
2000年2月初,欧盟委员会通过了一项有利于环境保护的新规定,未来所有欧盟的汽车用户,将享受免费旧车回收。从200年起,废旧汽车的可再生利用率将达到85%,到2015年将达到95%。
德国奔驰汽车公司在汽车的整个生命周期(包括设计、制造、使用、维修和报废)都体现了回收利用的概念,从设计开始就注重汽车的可回收性,到报废时再拆卸回收利用。大众汽车公司已将可回收设计法应用于新一代汽车开发。瑞士的卡斯特林公司专门向世界各国提供再制造服务。
俄罗斯学者班内赫院士在1992年向国际热处理联合会(IFHr)提出了设立“修复热处理技术委员会”的想法。
2.3 日本
日本丰田、本田、马自达等大汽车公司也都积极开展了汽车的可回收性设计,开发回收利用新技术。一次性“用后丢弃”的照相机的名称已经不恰当了,从20世纪90 年代初以来,富士公司和柯达公司开始回收这种相机,然后把它的闪光灯和其它部件重新用在新相机上。柯达公司开发出的“相迷救星”相机销量最大,赢利最高。富士施乐公司在日本全国建立了50个废弃旧复印机回收点。旧复印机被分解拆卸后,按质量情况将零部件实行数据化管理,对零件进行再加工处理后循环再利用,并开发了预测废弃复印机的回收数据、管理零部件质量的计算机软件,做到使用旧零部件也丝毫不影响复印机质量。该厂曾计划到200 年将废旧复印机的零件循环利用率提高到50%以上,拥有旧零部件的复印机产量达到总产量的25%。日本已提出了“再生工厂技术”的概念。
3 目前我国绿色再制造工程发展的总体水平
我国对再制造工程的研究应用尚处于起步阶段,很多有识之士积极倡导和宣传建立再制造工程学科,受到了政府有关部门的高度重视并将再制造成形技术、寿命评估技术等拟列人“十五”先进制造技术发展前瞻性课题和国家自然科学基金优先资助领域项目。
国内有许多单位正在进行再制造领域的研究。全军装备维修表面工程研究中心、西安交通大学等单位使用表面工程技术进行设备零部件的再制造研究和应用;装甲兵工程学院、空军第一研究所、空军工程大学和海军工程大学对装甲车辆、军用飞机、舰艇的延寿作了大量的试验和研究工作,取得了明显的成绩。
例如海军对某型导弹驱逐舰进行再制造工程延寿的论证后得出结论,某型导弹驱逐舰更换新舰使用10年比延寿10年的费效比高0.42倍,说明采用再制造工程使旧舰延寿比购新舰花费小。
北京首钢从比利时引进的二手连铸设备,以废钢价格廉价购进,其中有300多件大轴承座和轧辊报废,装甲兵工程学院科研人员对其再制造加工,使设备投人正常使用。
1995年全军装备维修表面工程研究所在新建造的油污水监测处理船钢结构上采用电弧喷涂技术进行了防腐综合治理,将热喷涂工艺直接运用于舰船的制造工艺中,这在我国的造船史上尚属首次,经过4年多海上运行检验效果良好。
目前一些单位已经开始汽车、计算机、空调、电冰箱、摩托车等产品零部件再制造的研究工作。
清华大学加大了对绿色工程技术领域研究的支持力度,上海交大与美国通用公司合作开展了轿车的回收再制造研究。
1999年9月工程机械维修研究会召开第九次全国机械维修学术会议,会议的主题就是“21世纪的维修— 绿色再制造工程”。徐滨士院士的文章《21世纪再制造工程》是被15届欧洲国际维修学术会议唯一选中的中国论文,并在200年3月瑞典会议上宣读,这也反映出欧洲国家维修联盟对再制造的重视。我 国对 绿 色再制造工程十分重视,2002 年装甲兵工程学院获得国家自然科学基金重点项目:《再制造工程设计基础及关键技术》,使装甲兵工程学院装备再制造技术实验室成为国防科技重点实验室。
当然,由于我国对再制造的研究开展较晚,还有许多问题需要探讨,除再制造设计、再制造技术外,还包括市场运作方面的许多问题及法律、法规、标准的配套等问题。但是,再制造肯定是发展方向,是一门跨专业,跨学科的系统工程,是一门新兴学科。它需要精心组织,科学管理,专题研究。我们坚信绿色再制造工程肯定会有大的发展空间和应用市场。
4 绿色再制造工程在电站中的应用前景
回顾绿色再制造工程的应用历程,不难发现,绿色再制造工程最早是在汽车的零部件上得到应用,而后迅速扩展到其他行业,并且在许多领域已经形成规模相当大的产业。这是因为,再制造工程技术不仅能够恢复产品原技术性能,而且能够及时引进新技术、新工艺和新材料,改进提高产品的技术性能和可靠性,实现系统升级,从而延长产品的使用寿命。再制造产品的费用仅为新品的40%一60%。
在我国的电力行业中,火力发电站占据着举足轻重的地位。在火电站中,又以解决各易损部件最为急迫。电站每年易损部件失效数以千计,损失十分巨大,且失效常导致电站的重大事故的发生,甚至带来灾难性的后果。
绿色再制造技术在电站的应用按易损部件划分应有:主要包括磨煤机的筒体和轴瓦、风机(送风机、引风机、排粉机)叶轮、大轴及气轮机叶片、疏水管弯头、受热面管道(炉膛水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空气预热器等)、高温、高压阀门密封面、缸体结合面等易损部件。绿色再制造技术在电站的应用按工艺方法划分应有:堆焊、喷焊、喷涂、刷镀、粘接、粘涂;自蔓延;表面清洗;恢复性热处理等技术。
绿色再制造应用为广大电站解决易损部件的失效问题提供了先进制造技术。邹县电厂利用氧一乙炔喷涂工艺修复轴瓦乌金,操作方便、费用低(Ikg巴氏合金粉价约巧5元)、时间短、用工少,特别适应于现场抢修。新浇铸已损坏轴瓦:一是时间比较长,工艺复杂;二是用工多,费用也要花几万元。更换一个新轴瓦价格更贵,至少也要花十几万元。在阳逻电厂30 MW发电机组检修中,引风机叶片采用等离子喷涂NIWC35 涂层,使用近4年叶片仍未受磨损。199 年9月宜宾发电总厂豆坝发电厂3号炉大修期间,对其水冷壁进行了防腐防磨超音速电弧喷涂,喷涂完成后,进行外观检查,涂层表面较为致密、均匀,颗粒细小,厚度达到要求,可以保证工程质量。20世纪90 年代初以来,国内一些部门对修复热处理已经作了尝试,如对长期服役过的发电设备上的主蒸汽管道进行回复性热处理,取得了显著效果。
绿色再制造为广大电站中易损部件的设计、制造带来了新的思想理念。传统的“从设计到坟墓”的设计思想已难以适应今天的电站长远发展的需要。今后对易损部件的设计、制造,不但要满足其服役期间的性能要求,还要满足在其失效后,具有可再制造性的要求。而且,要求整个设计、制造过程要考虑到保护环境、节省资源,与我国的可持续发展战略相统一。
电站中易损部件的再制造将为广大电站带来新的经济增长点。每年我国电站由于易损部件的失效所造成的直接、间接的经济损失数目巨大。而再制造的应用在很大程度上可以挽回这些损失。再制造技术不但能恢复报废易损部件的使用性能,而且能对现役的易损部件进行技术改造,赋予其更高的新技术含量,使其在最少的投人下获得最大的经济效益。
5 展望
绿色再制造不仅仅是一项技术,还是一种思维,一套经营理念。
电站巨大的市场潜力必将为绿色再制造的实施提供广阔的空间,而再制造又为电站的稳定安全运行带来了理论依据和实践指导。绿色再制造理论作为一套开放的理论,需要包括电站在内的诸行业的不断研究,完善和发展;同时,电站也应努力为绿色再制造工程切实付诸于实践创造条件。
我们必须看到,尽管绿色再制造技术在电站中得到了初步应用,可是目前依然停留在对单件的修复及产品升级上,没有形成一定的规模,离形成针对电站的产业化的再制造企业还有很长一段路要走。因此,要切实在电站中应用绿色再制造技术,用再制造思维去设计、修复、改造、升级电站中部件及设备,将再制造的经营理念渗透到电站的管理中。这样,不但会使我国的电站走一条可持续发展的道路,而且会在同国外同行的竞争中立于不败之地。