注塑機(jī)節(jié)能減排改造路徑研究的論文
摘要：從零件設(shè)計(jì)、加工成本兩方面對機(jī)械加工當(dāng)中的零件結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。合理的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠影響零件和機(jī)械之間的契合度，還能夠有效提升機(jī)械的工作性能，在一定程度上延長機(jī)器使用壽命，減少加工成本。
關(guān)鍵詞：注塑機(jī)；降低碳排放強(qiáng)度；路徑
在國內(nèi)生產(chǎn)總值穩(wěn)定增長的條件下，降低碳排放，作為約束性指標(biāo)已納入我國“十二五”、“十三五”及其之后的國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中長期規(guī)劃。碳強(qiáng)度（單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量）下降目標(biāo)，分解落實(shí)至各省市，節(jié)能減排成為全社會的責(zé)任。制造業(yè)中的注塑機(jī)是耗能的電老虎之一，且數(shù)量龐大，僅珠江三角洲地區(qū)就有各型號注塑機(jī)約10萬多臺，其中東莞約3萬臺，深圳約2萬臺，注塑機(jī)數(shù)量多，使用壽命長，經(jīng)濟(jì)使用年限在12~16年[1]，因注塑機(jī)設(shè)備價(jià)值量高，實(shí)際服役期超過20年很普遍[1]。在深圳制造業(yè)細(xì)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t[2]，可見，塑料制品業(yè)機(jī)器設(shè)備的能耗之重，因此，對深圳能耗大戶注塑機(jī)的節(jié)能措施分析具有顯著的代表性。
1注塑機(jī)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)
2014年10月我國頒布實(shí)施了國標(biāo)《橡膠塑料成型機(jī)能耗檢測辦法》（GB/T30200—2013），制定了單螺桿注塑機(jī)的能耗標(biāo)準(zhǔn)，單螺桿注塑機(jī)能耗分為1~6級，在標(biāo)準(zhǔn)工況下，額定鎖模力不大于1000kN，判定節(jié)能評價(jià)值不大于0.7kWh/kg的注塑機(jī)符合節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證的技術(shù)要求；額定鎖模力大于1000~10000kN的注塑機(jī)符合節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證的`技術(shù)要求；判定節(jié)能評價(jià)值不大于0.55kWh/kg；額定鎖模力大于10000kN，判定節(jié)能評價(jià)值不大于0.40kWh/kg的注塑機(jī)符合節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證的技術(shù)要求。大于0.7kWh/kg的注塑機(jī)均不符合節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證的技術(shù)要求，按照東莞市工信局的核查，東莞具有節(jié)能改造價(jià)值的注塑機(jī)1.5萬臺，占保有量的50%，推算深圳有改造價(jià)值的注塑機(jī)1萬臺。通過對注塑機(jī)部分部件進(jìn)行改造，包括“注塑機(jī)智能變頻節(jié)能控制技術(shù)”、“塑料注射成型伺服驅(qū)動與控制技術(shù)”、“注塑機(jī)定量泵系統(tǒng)改為變量泵系統(tǒng)”等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其控制方式的改變來減少注塑機(jī)的耗電量。
2注塑機(jī)技術(shù)改造選項(xiàng)
根據(jù)《國家重點(diǎn)節(jié)能低碳推廣目錄》《國家重點(diǎn)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)向目錄》《工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排電子信息應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)向目錄》《國家重點(diǎn)推廣的電機(jī)節(jié)能先進(jìn)技術(shù)目錄》等國家部委發(fā)布的節(jié)能減排技術(shù)目錄，以及國內(nèi)外塑機(jī)行業(yè)專有技術(shù)，通用技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，對現(xiàn)存注塑機(jī)的技術(shù)改造的選項(xiàng)分為：1）“注塑機(jī)伺服驅(qū)動與控制技術(shù)”將普通電機(jī)更換為交流同步伺服電機(jī)，并更換油泵，安裝驅(qū)動器、壓力傳感器（見下頁圖1），伺服電機(jī)通過驅(qū)動器控制輸出電場帶動電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，電機(jī)自帶編碼器將角速度或角位移進(jìn)行反饋，驅(qū)動器比較計(jì)算后調(diào)整輸出，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力和流量雙閉環(huán)控制，使伺服電機(jī)運(yùn)行功率與負(fù)載需求功率完好匹配，節(jié)能量約為40%以上。按深圳現(xiàn)具有改造價(jià)值的注塑機(jī)保有量計(jì)算，最大CO2減排潛力為82.3萬t，占注塑機(jī)技術(shù)類減排潛力的17.5%，其對應(yīng)的節(jié)能量為41.4萬t標(biāo)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(jī)智能變頻節(jié)能控制技術(shù)”，其原理如圖2所示，針對定量泵電機(jī)進(jìn)行改造，加裝變頻控制器，讀取注塑機(jī)控制系統(tǒng)的流量、壓力、行程開關(guān)等信號，分析處理后調(diào)節(jié)液泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制各工藝階段的壓力和流量，每個(gè)工作周期內(nèi)油泵的流量隨著負(fù)載的變化而改變，基本消除了溢流損耗，油泵電機(jī)的平均功率降低，此改造成本低，但電機(jī)加減速響應(yīng)較慢，對設(shè)備的產(chǎn)能有影響，企業(yè)要結(jié)合自己的情況選用改造方案，其節(jié)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t，占注塑機(jī)技術(shù)類減排潛力的21.2%，其對應(yīng)的節(jié)能量為50.2萬t標(biāo)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(jī)定量泵系統(tǒng)改為變量泵系統(tǒng)”是在轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變液壓泵排量，同時(shí)電機(jī)負(fù)載也會隨著排量而改變，達(dá)到省電的目的，節(jié)電量在38%左右。最大CO2減排潛力為63.5萬t，占注塑機(jī)技術(shù)類減排潛力的13.5%，其對應(yīng)的節(jié)能量為32.0萬噸標(biāo)煤，全部推行需要的投資額約為20億元。4）“注塑機(jī)安裝炮筒熱套和電磁加熱技術(shù)”是一項(xiàng)改造成本低、改造操作簡便的技術(shù)，節(jié)能措施是安裝保溫防護(hù)罩、保溫毯、電磁加熱圈、納米遠(yuǎn)紅外加熱圈。保溫防護(hù)罩和保溫毯主要使用環(huán)保材料通過隔熱保溫的方式來降低電能損耗。電磁加熱圈是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)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(yuǎn)紅外加熱圈利用鏡面反射層將表面反射紅外線又折射聚焦于物體體內(nèi)，從而達(dá)到加熱速度快能量利用率高，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。通過減少注塑機(jī)的加熱器暴露在空氣中熱量損失來減少注塑機(jī)電耗，節(jié)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t，占注塑機(jī)技術(shù)類減排潛力的23.7%，其對應(yīng)的節(jié)能量為56.0萬t標(biāo)煤，全部推行需要的投資額為11.2億元。5）“注塑機(jī)余熱回收改造”是注塑機(jī)技術(shù)技術(shù)中減排潛力最大的一項(xiàng)技術(shù)，用集熱罩收集炮筒外散的熱能(代替?zhèn)鹘y(tǒng)干燥機(jī)的發(fā)熱管)，通過熱風(fēng)輸送系統(tǒng)將集熱罩收集的熱能通過風(fēng)機(jī)送到干燥桶內(nèi)，作為烘干塑膠原料使用，節(jié)省電能，能夠節(jié)省35%以上的電熱部分。此項(xiàng)技術(shù)的最大CO2減排潛力為112.6萬t，占注塑機(jī)技術(shù)類減排潛力的24.0%，其對應(yīng)的節(jié)能量為56.7萬t標(biāo)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(biāo)情況比較普遍，利用廢熱烘干更具有現(xiàn)實(shí)意義[3-4]。上述部分技術(shù)是針對同一設(shè)備同一環(huán)節(jié)采取的不同方式的改造，對于這類技術(shù)，企業(yè)在進(jìn)行技術(shù)選擇時(shí)可在多項(xiàng)技術(shù)中選擇一項(xiàng)即可，如：注塑機(jī)智能變頻節(jié)能控制技術(shù)、塑料注射成型伺服驅(qū)動與控制技術(shù)、注塑機(jī)定量泵系統(tǒng)改為變量泵系統(tǒng)，理論上有技術(shù)替代關(guān)系，為三選一。
3注塑機(jī)技術(shù)改造推行難易程度和優(yōu)先級分類
以單位減排成本和推行的難易程度為依據(jù)對節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行排序，據(jù)此對技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先級分類。優(yōu)先推廣能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，且技術(shù)相對成熟、較易推行的節(jié)能減排技術(shù)。適時(shí)、適度推廣會造成額外成本且技術(shù)難度較大的節(jié)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(jì)因素、技術(shù)因素、市場因素、政策因素
3.1經(jīng)濟(jì)因素
某項(xiàng)技術(shù)生命周期內(nèi)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(jì)因素。企業(yè)更傾向于采用能夠帶來經(jīng)濟(jì)效益（即單位減排成本為負(fù)）的節(jié)能減排技術(shù)。此外，技術(shù)的投資成本、維護(hù)成本等也是重要考量因素。若技術(shù)所需的投資額和運(yùn)行維護(hù)成本過大，企業(yè)無法一次性支付這項(xiàng)成本，技術(shù)也就不易被采用。盡管部分節(jié)能減排技術(shù)能通過長期地節(jié)約能源和原料費(fèi)用，給投資者帶來收益，但許多投資者面臨著較為急迫的財(cái)務(wù)壓力，會選擇收益率高、回收期短的技術(shù)，而放棄使用對應(yīng)的節(jié)能減排技術(shù)。同時(shí)，雖然一些節(jié)能減排技術(shù)會帶來收益，但由于企業(yè)投資者的收益目標(biāo)較高，最終導(dǎo)致這些技術(shù)難以在私人部門中得到應(yīng)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(xiàng)技術(shù)比較成熟，那么其運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)較低，將會使得它更容易被接受和推廣。另外，操作較為簡便的技術(shù)通常比較容易被接受，潛在應(yīng)用范圍廣的技術(shù)會被更頻繁地使用。在其他技術(shù)無法解決問題的情況下，如果某節(jié)能減排技術(shù)能夠解決該問題，即使是操作復(fù)雜的技術(shù)也有可能被選用。
3.3市場因素
市場成熟度對于節(jié)能減排技術(shù)的推廣應(yīng)用也很重要。在市場成熟度不高，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，也可能由于其市場占有率較低、企業(yè)管理者對其不夠了解等原因，導(dǎo)致該技術(shù)不能被廣泛應(yīng)用。
3.4政策因素
政策導(dǎo)向也很大程度地影響各項(xiàng)節(jié)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(jié)能減排技術(shù)較難在市場上得到廣泛應(yīng)用。如果政府為了達(dá)到節(jié)能減排的目的，出臺政策要求相關(guān)企業(yè)應(yīng)用該部分技術(shù)，則在此情況下這些技術(shù)的覆蓋率將會大幅提高。
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