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，在一定程度上延長機器使用壽命，減少加工成本。
關鍵詞：注塑機；降低碳排放強度；路徑
在國內生產總值穩定增長的條件下，降低碳排放，作為約束性指標已納入我國“十二五”、“十三五”及其之后的國民經濟和社會發展中長期規劃。碳強度（單位國內生產總值二氧化碳排放量）下降目標，分解落實至各省市，節能減排成為全社會的責任。制造業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10萬多臺，其中東莞約3萬臺，深圳約2萬臺，注塑機數量多，使用壽命長，經濟使用年限在12~16年[1]，因注塑機設備價值量高，實際服役期超過20年很普遍[1]。在深圳制造業細分30個子行業中，塑料制品業的碳排放占制造業的相對值高，其工業增加值雖然占制造業產值比例3.25%，主要消耗電力，能耗卻占制造業能耗的10.62%，深圳市塑料制品業2010年碳排放量為329.4萬t[2]，可見，塑料制品業機器設備的能耗之重，因此，對深圳能耗大戶注塑機的節能措施分析具有顯著的代表性。
1注塑機節能標準
2014年10月我國頒布實施了國標《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，判定節能評價值不大于0.7kWh/kg的注塑機符合節能產品認證的技術要求；額定鎖模力大于1000~10000kN的注塑機符合節能產品認證的技術要求；判定節能評價值不大于0.55kWh/kg；額定鎖模力大于10000kN，判定節能評價值不大于0.40kWh/kg的注塑機符合節能產品認證的技術要求。大于0.7kWh/kg的注塑機均不符合節能產品認證的技術要求，按照東莞市工信局的核查，東莞具有節能改造價值的注塑機1.5萬臺，占保有量的50%，推算深圳有改造價值的注塑機1萬臺。通過對注塑機部分部件進行改造，包括“注塑機智能變頻節能控制技術”、“塑料注射成型伺服驅動與控制技術”、“注塑機定量泵系統改為變量泵系統”等技術，實現其控制方式的改變來減少注塑機的耗電量。
2注塑機技術改造選項
根據《國家重點節能低碳推廣目錄》《國家重點行業清潔生產技術導向目錄》《工業領域節能減排電子信息應用技術導向目錄》《國家重點推廣的電機節能先進技術目錄》等國家部委發布的節能減排技術目錄，以及國內外塑機行業專有技術，通用技術的發展動態，對現存注塑機的技術改造的選項分為：1）“注塑機伺服驅動與控制技術”將普通電機更換為交流同步伺服電機，并更換油泵，安裝驅動器、壓力傳感器（見下頁圖1），伺服電機通過驅動器控制輸出電場帶動電機永磁轉子轉動，電機自帶編碼器將角速度或角位移進行反饋，驅動器比較計算后調整輸出，實現液壓系統壓力和流量雙閉環控制，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值的注塑機保有量計算，最大CO2減排潛力為82.3萬t，占注塑機技術類減排潛力的17.5%，其對應的節能量為41.4萬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”，其原理如圖2所示，針對定量泵電機進行改造，加裝變頻控制器，讀取注塑機控制系統的流量、壓力、行程開關等信號，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，每個工作周期內油泵的流量隨著負載的變化而改變，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，對設備的產能有影響，企業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t，占注塑機技術類減排潛力的21.2%，其對應的節能量為50.2萬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，通過改變液壓泵排量，同時電機負載也會隨著排量而改變，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t，占注塑機技術類減排潛力的13.5%，其對應的節能量為32.0萬噸標煤，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”是一項改造成本低、改造操作簡便的技術，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、熱慣性小的優點。納米遠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，從而達到加熱速度快能量利用率高，實現節能的效果。通過減少注塑機的加熱器暴露在空氣中熱量損失來減少注塑機電耗，節電率約為15%~35%。在深圳市制造業中最大CO2減排潛力為111.3萬t，占注塑機技術類減排潛力的23.7%，其對應的`節能量為56.0萬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”是注塑機技術技術中減排潛力最大的一項技術，用集熱罩收集炮筒外散的熱能(代替傳統干燥機的發熱管)，通過熱風輸送系統將集熱罩收集的熱能通過風機送到干燥桶內，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。此項技術的最大CO2減排潛力為112.6萬t，占注塑機技術類減排潛力的24.0%，其對應的節能量為56.7萬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意義[3-4]。上述部分技術是針對同一設備同一環節采取的不同方式的改造，對于這類技術，企業在進行技術選擇時可在多項技術中選擇一項即可，如：注塑機智能變頻節能控制技術、塑料注射成型伺服驅動與控制技術、注塑機定量泵系統改為變量泵系統，理論上有技術替代關系，為三選一。
3注塑機技術改造推行難易程度和優先級分類
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進行排序，據此對技術進行優先級分類。優先推廣能夠為企業帶來經濟效益，且技術相對成熟、較易推行的節能減排技術。適時、適度推廣會造成額外成本且技術難度較大的節能減排技術。技術的推行難易程度影響因素包括：經濟因素、技術因素、市場因素、政策因素
3.1經濟因素
某項技術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重要經濟因素。企業更傾向于采用能夠帶來經濟效益（即單位減排成本為負）的節能減排技術。此外，技術的投資成本、維護成本等也是重要考量因素。若技術所需的投資額和運行維護成本過大，企業無法一次性支付這項成本，技術也就不易被采用。盡管部分節能減排技術能通過長期地節約能源和原料費用，給投資者帶來收益，但許多投資者面臨著較為急迫的財務壓力，會選擇收益率高、回收期短的技術，而放棄使用對應的節能減排技術。同時，雖然一些節能減排技術會帶來收益，但由于企業投資者的收益目標較高，最終導致這些技術難以在私人部門中得到應用[5]。
3.2技術因素
技術成熟與否也是影響推廣難易程度的一個重要因素。如果一項技術比較成熟，那么其運用風險較低，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通常比較容易被接受，潛在應用范圍廣的技術會被更頻繁地使用。在其他技術無法解決問題的情況下，如果某節能減排技術能夠解決該問題，即使是操作復雜的技術也有可能被選用。
3.3市場因素
市場成熟度對于節能減排技術的推廣應用也很重要。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、企業管理者對其不夠了解等原因，導致該技術不能被廣泛應用。
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的推廣。由于成本和外部性因素的存在，部分節能減排技術較難在市場上得到廣泛應用。如果政府為了達到節能減排的目的，出臺政策要求相關企業應用該部分技術，則在此情況下這些技術的覆蓋率將會大幅提高。
參考文獻：
[1]楊志明.資產評估常用數據與參數手冊：第3版[M].北京：中國機械工業出版社，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年深圳市制造業碳減排潛力研究[R].深圳：深圳市城市發展研究中心，2016.
[4]朱冬嘯，宋丹丹.企業常用注塑機節能措施及應用實效[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研究進展[J].塑料，2015，44（4）：22-24.
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