注塑機節能減排改造路徑研究的論文

　　摘要：從零件設計、加工成本兩方面對機械加工當中的零件結構合理設計進(jìn)行了分析。合理的零件結構設計不僅能夠影響零件和機械之間的契合度，還能夠有效提升機械的工作性能，在一定程度上延長(cháng)機器使用壽命，減少加工成本。

　　關(guān)鍵詞：注塑機；降低碳排放強度；路徑

　　在國內生產(chǎn)總值穩定增長(cháng)的條件下，降低碳排放，作為約束性指標已納入我國“十二五”、“十三五”及其之后的國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展中長(cháng)期規劃。碳強度（單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放量）下降目標，分解落實(shí)至各省市，節能減排成為全社會(huì )的責任。制造業(yè)中的注塑機是耗能的電老虎之一，且數量龐大，僅珠江三角洲地區就有各型號注塑機約10萬(wàn)多臺，其中東莞約3萬(wàn)臺，深圳約2萬(wàn)臺，注塑機數量多，使用壽命長(cháng)，經(jīng)濟使用年限在12~16年[1]，因注塑機設備價(jià)值量高，實(shí)際服役期超過(guò)20年很普遍[1]。在深圳制造業(yè)細分30個(gè)子行業(yè)中，塑料制品業(yè)的碳排放占制造業(yè)的相對值高，其工業(yè)增加值雖然占制造業(yè)產(chǎn)值比例3.25%，主要消耗電力，能耗卻占制造業(yè)能耗的10.62%，深圳市塑料制品業(yè)2010年碳排放量為329.4萬(wàn)t[2]，可見(jiàn)，塑料制品業(yè)機器設備的能耗之重，因此，對深圳能耗大戶(hù)注塑機的節能措施分析具有顯著(zhù)的代表性。

　　1注塑機節能標準

　　2014年10月我國頒布實(shí)施了國標《橡膠塑料成型機能耗檢測辦法》（GB/T30200—2013），制定了單螺桿注塑機的能耗標準，單螺桿注塑機能耗分為1~6級，在標準工況下，額定鎖模力不大于1000kN，判定節能評價(jià)值不大于0.7kWh/kg的注塑機符合節能產(chǎn)品認證的技術(shù)要求；額定鎖模力大于1000~10000kN的注塑機符合節能產(chǎn)品認證的`技術(shù)要求；判定節能評價(jià)值不大于0.55kWh/kg；額定鎖模力大于10000kN，判定節能評價(jià)值不大于0.40kWh/kg的注塑機符合節能產(chǎn)品認證的技術(shù)要求。大于0.7kWh/kg的注塑機均不符合節能產(chǎn)品認證的技術(shù)要求，按照東莞市工信局的核查，東莞具有節能改造價(jià)值的注塑機1.5萬(wàn)臺，占保有量的50%，推算深圳有改造價(jià)值的注塑機1萬(wàn)臺。通過(guò)對注塑機部分部件進(jìn)行改造，包括“注塑機智能變頻節能控制技術(shù)”、“塑料注射成型伺服驅動(dòng)與控制技術(shù)”、“注塑機定量泵系統改為變量泵系統”等技術(shù)，實(shí)現其控制方式的改變來(lái)減少注塑機的耗電量。

　　2注塑機技術(shù)改造選項

　　根據《國家重點(diǎn)節能低碳推廣目錄》《國家重點(diǎn)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)導向目錄》《工業(yè)領(lǐng)域節能減排電子信息應用技術(shù)導向目錄》《國家重點(diǎn)推廣的電機節能先進(jìn)技術(shù)目錄》等國家部委發(fā)布的節能減排技術(shù)目錄，以及國內外塑機行業(yè)專(zhuān)有技術(shù)，通用技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，對現存注塑機的技術(shù)改造的選項分為：1）“注塑機伺服驅動(dòng)與控制技術(shù)”將普通電機更換為交流同步伺服電機，并更換油泵，安裝驅動(dòng)器、壓力傳感器（見(jiàn)下頁(yè)圖1），伺服電機通過(guò)驅動(dòng)器控制輸出電場(chǎng)帶動(dòng)電機永磁轉子轉動(dòng)，電機自帶編碼器將角速度或角位移進(jìn)行反饋，驅動(dòng)器比較計算后調整輸出，實(shí)現液壓系統壓力和流量雙閉環(huán)控制，使伺服電機運行功率與負載需求功率完好匹配，節能量約為40%以上。按深圳現具有改造價(jià)值的注塑機保有量計算，最大CO2減排潛力為82.3萬(wàn)t，占注塑機技術(shù)類(lèi)減排潛力的17.5%，其對應的節能量為41.4萬(wàn)t標煤，平均投資額3200元/kW，全部推行需要的投資額為49.3億元[3]。2）“注塑機智能變頻節能控制技術(shù)”，其原理如圖2所示，針對定量泵電機進(jìn)行改造，加裝變頻控制器，讀取注塑機控制系統的流量、壓力、行程開(kāi)關(guān)等信號，分析處理后調節液泵電機的轉速，從而控制各工藝階段的壓力和流量，每個(gè)工作周期內油泵的流量隨著(zhù)負載的變化而改變，基本消除了溢流損耗，油泵電機的平均功率降低，此改造成本低，但電機加減速響應較慢，對設備的產(chǎn)能有影響，企業(yè)要結合自己的情況選用改造方案，其節電量約25%~60%。在深圳市全部推行的最大CO2減排潛力為99.7萬(wàn)t，占注塑機技術(shù)類(lèi)減排潛力的21.2%，其對應的節能量為50.2萬(wàn)t標煤，平均投資額750元/kW，全部推行需要的投資額為21.2億元[2]。3）“注塑機定量泵系統改為變量泵系統”是在轉速不變的情況下，通過(guò)改變液壓泵排量，同時(shí)電機負載也會(huì )隨著(zhù)排量而改變，達到省電的目的，節電量在38%左右。最大CO2減排潛力為63.5萬(wàn)t，占注塑機技術(shù)類(lèi)減排潛力的13.5%，其對應的節能量為32.0萬(wàn)噸標煤，全部推行需要的投資額約為20億元。4）“注塑機安裝炮筒熱套和電磁加熱技術(shù)”是一項改造成本低、改造操作簡(jiǎn)便的技術(shù)，節能措施是安裝保溫防護罩、保溫毯、電磁加熱圈、納米遠紅外加熱圈。保溫防護罩和保溫毯主要使用環(huán)保材料通過(guò)隔熱保溫的方式來(lái)降低電能損耗。電磁加熱圈是利用電磁感應原理將電能轉換為熱能的裝置，有升溫快，熱效率高、熱慣性小的優(yōu)點(diǎn)。納米遠紅外加熱圈利用鏡面反射層將表面反射紅外線(xiàn)又折射聚焦于物體體內，從而達到加熱速度快能量利用率高，實(shí)現節能的效果。通過(guò)減少注塑機的加熱器暴露在空氣中熱量損失來(lái)減少注塑機電耗，節電率約為15%~35%。在深圳市制造業(yè)中最大CO2減排潛力為111.3萬(wàn)t，占注塑機技術(shù)類(lèi)減排潛力的23.7%，其對應的節能量為56.0萬(wàn)t標煤，全部推行需要的投資額為11.2億元。5）“注塑機余熱回收改造”是注塑機技術(shù)技術(shù)中減排潛力最大的一項技術(shù)，用集熱罩收集炮筒外散的熱能(代替傳統干燥機的發(fā)熱管)，通過(guò)熱風(fēng)輸送系統將集熱罩收集的熱能通過(guò)風(fēng)機送到干燥桶內，作為烘干塑膠原料使用，節省電能，能夠節省35%以上的電熱部分。此項技術(shù)的最大CO2減排潛力為112.6萬(wàn)t，占注塑機技術(shù)類(lèi)減排潛力的24.0%，其對應的節能量為56.7萬(wàn)t標煤，全部推行需要的投資額為14.8億元。在廣東空氣濕度大，存量塑膠原料中含水分超標情況比較普遍，利用廢熱烘干更具有現實(shí)意義[3-4]。上述部分技術(shù)是針對同一設備同一環(huán)節采取的不同方式的改造，對于這類(lèi)技術(shù)，企業(yè)在進(jìn)行技術(shù)選擇時(shí)可在多項技術(shù)中選擇一項即可，如：注塑機智能變頻節能控制技術(shù)、塑料注射成型伺服驅動(dòng)與控制技術(shù)、注塑機定量泵系統改為變量泵系統，理論上有技術(shù)替代關(guān)系，為三選一。

　　3注塑機技術(shù)改造推行難易程度和優(yōu)先級分類(lèi)

　　以單位減排成本和推行的難易程度為依據對節能減排技術(shù)進(jìn)行排序，據此對技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先級分類(lèi)。優(yōu)先推廣能夠為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟效益，且技術(shù)相對成熟、較易推行的節能減排技術(shù)。適時(shí)、適度推廣會(huì )造成額外成本且技術(shù)難度較大的節能減排技術(shù)。技術(shù)的推行難易程度影響因素包括：經(jīng)濟因素、技術(shù)因素、市場(chǎng)因素、政策因素

　　3.1經(jīng)濟因素

　　某項技術(shù)生命周期內的單位減排成本是考量它是否適合選用的一個(gè)重要經(jīng)濟因素。企業(yè)更傾向于采用能夠帶來(lái)經(jīng)濟效益（即單位減排成本為負）的節能減排技術(shù)。此外，技術(shù)的投資成本、維護成本等也是重要考量因素。若技術(shù)所需的投資額和運行維護成本過(guò)大，企業(yè)無(wú)法一次性支付這項成本，技術(shù)也就不易被采用。盡管部分節能減排技術(shù)能通過(guò)長(cháng)期地節約能源和原料費用，給投資者帶來(lái)收益，但許多投資者面臨著(zhù)較為急迫的財務(wù)壓力，會(huì )選擇收益率高、回收期短的技術(shù)，而放棄使用對應的節能減排技術(shù)。同時(shí)，雖然一些節能減排技術(shù)會(huì )帶來(lái)收益，但由于企業(yè)投資者的收益目標較高，最終導致這些技術(shù)難以在私人部門(mén)中得到應用[5]。

　　3.2技術(shù)因素

　　技術(shù)成熟與否也是影響推廣難易程度的一個(gè)重要因素。如果一項技術(shù)比較成熟，那么其運用風(fēng)險較低，將會(huì )使得它更容易被接受和推廣。另外，操作較為簡(jiǎn)便的技術(shù)通常比較容易被接受，潛在應用范圍廣的技術(shù)會(huì )被更頻繁地使用。在其他技術(shù)無(wú)法解決問(wèn)題的情況下，如果某節能減排技術(shù)能夠解決該問(wèn)題，即使是操作復雜的技術(shù)也有可能被選用。

　　3.3市場(chǎng)因素

　　市場(chǎng)成熟度對于節能減排技術(shù)的推廣應用也很重要。在市場(chǎng)成熟度不高，信息傳播途徑較為缺乏的情況下，即使某技術(shù)較為新穎，潛在收益很大，也可能由于其市場(chǎng)占有率較低、企業(yè)管理者對其不夠了解等原因，導致該技術(shù)不能被廣泛應用。

　　3.4政策因素

　　政策導向也很大程度地影響各項節能減排技術(shù)的推廣。由于成本和外部性因素的存在，部分節能減排技術(shù)較難在市場(chǎng)上得到廣泛應用。如果政府為了達到節能減排的目的，出臺政策要求相關(guān)企業(yè)應用該部分技術(shù)，則在此情況下這些技術(shù)的覆蓋率將會(huì )大幅提高。

　　參考文獻：

　　[1]楊志明.資產(chǎn)評估常用數據與參數手冊：第3版[M].北京：中國機械工業(yè)出版社，2010.

　　[2]深圳統計局.2011深圳統計年鑒[EB/OL].[2012-02-16]

　　[3]馬曉明，胡貝蒂，粟輝，等.2016年深圳市制造業(yè)碳減排潛力研究[R].深圳：深圳市城市發(fā)展研究中心，2016.

　　[4]朱冬嘯，宋丹丹.企業(yè)常用注塑機節能措施及應用實(shí)效[J].上海節能，2013（10）：35-39.

　　[5]馬小剛，鮑建輝，沈玉梅.我國注塑機能耗標準及節能技術(shù)研究進(jìn)展[J].塑料，2015，44（4）：22-24.

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