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注塑企业开展清洁生产浅析

2013-07-18单丽丽周小舟

绿色科技 2013年2期
关键词:注塑机空压机废气

王 彬,单丽丽,周小舟

(深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司,广东 深圳518055)

1 引言

目前,注塑工艺已经被广泛应用于国民经济的各个部门及人们生活的各个领域,在国民经济中日益显现出重要的作用。我国注塑行业正处于快速发展阶段,在高度提倡节能减排的今天,注塑企业开展清洁生产审核,进行节能、减排的改造工作已迫在眉睫,企业各种设备的节能技改已被提上议事日程。依照清洁生产“节能、降耗、减污、增效”四方面的目的,根据注塑企业实际情况,结合近年清洁生产审核工作实际,列举注塑企业几个方面的清洁生产中高费案例,以供大家借鉴或者参考。

2 节能

2.1 注塑机节能改造

注塑机进行节能改造对国家节能减排、降低企业生产成本都具有较大的意义。注塑机的节能方案主要有以下三种:一是注塑机加装变频器,二是对加热料筒采用新的加热方式,三是将加热部分的热量利用到烘料,四是用伺服电机取代交流异步电机。

2.1.1 注塑机加装变频器

现在国内的注塑机大多数都是定量泵型注塑机,当前在珠三角运转的注塑机就有80%是定量泵。注塑机的生产周期原理是:合模-注射-保压-回料-冷却-开模-顶出。定量泵注塑机设计时电机的功率是按照各个原理动作的最大消耗功率来进行设计的,其中以高速高压的动作的能耗为最大。但实际生产中,由于产品的表面精度的要求,往往产品不适合高速高压成型,因此通常情况下注塑机电机的平均负载只有60%,个别情况甚至只有40%。注塑机并不会根据负载不同调整输出能量,大部分能量作了大量的无用功,因此能量损失巨大。加装变频节能器后,控制器通过自动检测生产过程中的所有阶段 (合模、注塑、保压、回料、冷却、开模、顶出)的压力和速度设定,计算出对应的比例控制信号输出给变频器,变频器根据接收的控制信号后,动态地调整电机转速以保证油泵输出的液压油尽可能少地产生无功回流。

通过加装变频器改造后,注塑机是可调式控制方式,泵流出的流量是可变的,最大不超过额定流量。对其中一台注塑机安装变频器后采用不同的模具得到不同的测试效果。经过测试,安装变频器后节电率为30.7%。

2.1.2 加热炮筒采用新的加热方式

(1)电磁感应加热。利用电磁感应方式进行加热,正是利用电磁感应现象产生的感应电流对加热体做功,电能转化为加热体的内能,使得加热体的温度升高,达到加热的目的。注塑机的加热方式普遍为电热圈发热,通过接触传导方式把热量传到炮筒上,只有紧靠在炮筒表面内侧的热量传到炮筒上,外侧的热量大部分散失到空气中,存在热传导损失,而且散失的热量会导致注塑机工作环境温度上升。电磁加热技术是使金属炮筒自身发热,并且可以根据具体情况在炮筒外部包裹一定的隔热保温材料,能有效地减少热量的散失,提高热效率,因此节能效果十分显著,系统节能率可达10%~35%。

(2)红外加热。红外加热技术是采用纳米合金材料配合特定的红外管制成的高效节能加热圈改造注塑机炮筒系统,加热圈能够产生特定波长红外线,热效率传导效率高,较传统电加热圈更省电且能极短时间内达到所需的操作状况。电热系统改造,电热圈平均节电率为57.9%。传统注塑机电热系统耗电一般占总能耗的35%~45%左右,故整体节电率约为20%~25%。

2.1.3 注塑机炮筒热量回收

注塑机在工作过程中,发热圈在给炮筒加热的同时,仍有一部分热量直接散发到空气中,而传统的干燥机加热则利用加热管,通过鼓风机将热风吹入料筒后,直接将热空气排放到室外,两者都会造成能量的损失和工作环境温度的升高。注塑机安装余热回收设备,运用热能的闭环控制理念,通过热能采集技术,对注塑机炮筒的热能收集,然后将热能收集供烘料再利用,将被浪费的热量采集起来,循环利用,从而达到既节能又改善环境的双重效果。炮筒热量回收节能改造,节电率为51%。传统注塑机电热系统和烘料系统耗电一般占总能耗的35%~50%左右,故整体节电率约为18%~25%。

2.1.4 用伺服电机取代交流异步电机

由于交流异步电机的磁场由交流电通过电机定子线圈产生,要耗费电能。笔者采用伺服电机来代替。在注塑机电液系统用的伺服电机是交流永磁同步电机。它的磁场是电机转子上固定的强磁材料钕铁硼产生的,没有转子电流,功率因素高,定子电流和定子损耗小。因此,光更换一个电机,就可以节约电能5%~10%。当然,由于伺服电机的最大输出力矩与转子惯量的比值同异步电机相比要大得多,因此,动态性能更优越。

除了节电的直接效应外,采用伺服控制系统控制注塑机还有制品精度提高、制品加工效率提高等优点。改造后,同样产品、同样设置的参数,加工周期减小到18m。(整个加工周期中,可以设置时间的只有射胶、保压和冷却3道工序,其他工序只要压力或流量达到设置值就结束该工序。)提高精度和提高效率节约的费用往往会超过节电的费用。

2.2 其他方面的节能改造

2.2.1 节能灯改造

如果企业的照明设备比较多,而且都采用旧式的T8灯管,则可以考虑更换节能灯,节能效果比较明显。目前节能灯改造主要采用2种方案,一种是T5更换T8灯管;另一种是LED灯管更换T8灯管。

(1)T5替换T8灯管。更换时所选用的T5(28W)节能灯在节能技术方面已相当成熟:使用寿命长、光效较高、节能40%~53%、光衰小、显色性高、无频闪、发热量低等优点。通常的照明灯数量500支以上,按每天生产12h、每月生产22d、每度电1元计算,更换为T5(28W)节能灯后,可节约电费约2万元/年以上。一般2年内即可收回成本,投资回收期短,效益明显。

(2)Led替换T8灯管。根据国家相关调查,2010年我国LED照明灯具在目前主要的灯具类中都有应用,其中数量最大的是替代白炽灯和节能灯的球泡灯,占到41%,其节能效果在70%左右。

实例:某公司现厂区生产车间共有灯管T8(40W)照明灯4085支,按每天生产21h、每月生产26d、每度电1元计算,更换为LED(12W)节能灯后,可节约电费约74.94万元/年。按折旧10年计,每年折旧金额为7万元;年净现金流量为57.96万元,投资回收期为1.2年。投资回收期短,效益明显。

2.2.2空压机节能

(1)空压机变频改造。空压机变频改造时为空压机辅加一个压力变送器,采样管网的实际压力反馈给变频器。变频器通过软件(PID功能),自动调整输出电压(即降低实际功率)来满足实际用气量。空压机变频改造后的效益包括:节约能源;运行成本降低;提高压力的精度;延长压缩机的使用寿命;低了空压机的噪音;间接减少了空气污染。

实例:某公司若投资2万元,对公司现有的2台(37kW和57kW)空压机进行改造,如若每天行8h,每年按照312d计算,变频改造项目实施后,按照节电率20%计算,每年可节约的电量为:94kW×8h×312d×20%=4.69×104kW·h;按照每度电1.1元计算,每年可以节约电费约为5.16万元。

(2)空压机余热利用。利用空压机高温冷却液,安装一套换热设备及控制系统,将空压机高温冷却液通过热交换器加热自来水,然后送到宿舍楼顶热水储罐。考虑高温排水腐蚀性高,如果热交换器泄露将对宿舍供水系统产生污染,所以系统拟采用二次热交换供水的方式。控制系统采用液位+温度的控制方式运行,可以根据水箱中的温度控制水泵的起停,保证水箱中的水温达到预定的设置值。

空压机高温废水的排放,不仅浪费大量热源,且其腐蚀性高,对水质影响较大。将其热量加以回收利用后:大大降低了电力能源的消耗,显著提高了电能的利用效率,高温废水变低温废水降低了废水腐蚀性,减少了对水环境的污染;间接减少了热水器等设备的电力消耗。

存在项目(课题)牵头单位、课题承担单位、课题参与单位之间存在关联关系,或项目(课题)负责人、课题负责人与课题参与单位之间存在关联关系的,没有在申报项目(课题)时予以披露报告。导致有的科研经费流入了项目(课题)负责人的关联公司[5]。

实例:某公司投资40万元,利用3台空压机高温冷却液,安装一套换热设备及控制系统,按热能回收方案计算,年可节省的费用为73.6万元,约9个月回收成本。

2.2.3 热水器节能

(1)热泵热水器。进入21世纪后,热泵的发展十分迅速。压缩机从蒸发器中吸入低温低压气态制冷剂,通过做功将制冷剂压缩成高温高压气体,高温高压气体进入冷凝器与水交换热量,在冷凝器中被冷凝成液体而放出大量的热量,水吸收其放出热量而温度不断上升。然后高温低温液体经膨胀阀节流降压后,在蒸发器中通过风扇的作用,吸收周围空气中热量从而蒸发成低温低压气体,又被吸入压缩机中压缩,这样反复循环,从而制取热水。根据技术评估该设备无任何气体与污染物排放,节能效果达50%,是一种新型的高效、节能、环保的热水器。

实例:某公司投资约12.3万元,购买3套热泵热水器,保证员工宿舍热水供应,若使用普通的热水器:根据宿舍供水要求,总共需要的热水供水量为25m3(按公司500人在使用热水,每人50L计算),将25m3水从20℃加热到55℃所需要热量为3675000000J,所需的电能为2001.6kW·h;如果按照75%的节能效率来计算,要满足宿舍每天25t热水的供水要求,每年可以节约电费46.8万元,3个月即可回收成本。

(2)采用太阳能热水器。太阳能热水器的优点是安全、节能、环保、经济,尤其是带辅助电加热或者辅助空气热泵加热功能的太阳能热水器,它以太阳能为主、电能为辅的能源利用方式,可全年全天候使用。尤其适合在员工宿舍楼顶安装,节能效果显著。

实例:某公司在新增太阳能热水器热泵辅助加热系统上投入约150万元。每套太阳能热水器热泵辅助系统使用寿命按10年,贴现率i取7%,税率取17%,则:总投资I=150万元,新增设备年折旧费D=I/Y=150/10=15万元/年;年运行费用总节省P,按每天需用热水125000kg,水由20℃加热至55℃,一年360d,每度电0.75元计,则:

用电热水器生产热水:每天所需用电量5355kW·h,每年所需电费为5355×0.75×360=1445850元≈144.59万元;

用太阳能热水器热泵辅助系统生产热水:每天热泵所需用电量1785kW·h,每年所需电费为:1785×0.75×100=133875元 ≈13.39万元(一度电可使860kg水升高1℃;0.95为电发热管的热效率;热泵用电量是电热水器用电量的1/3,每年日照时间约为260d),则年运行费用总节省131.12万元,节能效果可想而知。

3 降耗

3.1 降低原料消耗

注塑机在节约物流方面有一个方案值得一提,即:购买多余的螺杆料筒,在注塑产品颜色调整时更换螺杆料筒。注塑机螺杆料筒的作用是对塑料进行输送、压实、熔化、搅拌和施压。所有这些程序都是通过螺杆在料筒内的旋转来完成的。在螺杆旋转时,塑料对于机筒内壁、螺槽底面、螺棱推进面以及塑料与塑料之间都会产生摩擦及相互运动,塑料的向前推进就是这种运动组合的结果,而摩擦产生的热量也被吸收用于提高塑料温度来熔化塑料。通常在使用不同颜色塑胶原料时,应把料筒的余料清洗干净。一般都是采用新的颜色原料来清洗料筒,而造成了原料与电能的浪费。

实例:某车间在未使用更换料筒之前,加工不同颜色产品时,需先用透明或白色原料清洗炮筒,每次约需使用3~4包(50kg/包)原料;在增加使用更换的料筒,加工不同颜色原料时,不必用透明或白色原料清洗料筒,只需直接更换炮筒即可;总投资10.8万元购买2套新型螺杆机筒组,每更换一次不同颜色原料,可以节约200kg的原料,按照每年50次清洗料筒、原料价格按2.5万元/t计算,每年可节约成本25万元。

3.2 降低水资源消耗

通常在注塑企业中基本上没有生产用水,主要为生活用水与空调设施的冷却循环水。而节水潜力主要存在于生活用水方面。

3.2.1 安装节水设施

在办公与生活区内的公共建筑和住宅内安装节水设施,如陶瓷内芯的节水龙头、冲洗阀、便器及高低位水箱配件和淋浴制品等质量技术监督部门确认的节水型器具,不仅使用方便,维修少,寿命长,而且可使水量、水压、供水时间能得到有效的控制。

3.2.2 中水回用

用水量大且条件允许的企业可以在生活区建设中水管道,或者增加深度处理设施,回用部分生活污水用于冲厕、工业园区绿化等,提高生活用水的重复利用率。不仅节约水资源,而且改善水环境,有利于水资源的优化配置与高效利用。

3.2.3 加强用水管理

企业需积极地进行节水的日常宣传教育,提高员工节水意识,生活区可以实行用水定额管理和计划用水,通过宿舍水价改革,实行生活用水阶梯累进加价制度,利用经济杠杆的作用,杜绝水资源浪费,促进合理用水。

3.2.4 更新维护空调冷却系统

积极改造落后的空调冷却系统,广泛采用高效环保节水型新工艺、新技术,包括发展高效冷却节水技术、推广蒸汽冷凝水回收再利用技术等,提高水的重复利用率,降低生产单耗指标与生产成本。

4 减污

4.1 粉尘治理

注塑企业通常将注塑废料进行粉碎后重新使用,但在碎料时未能做好粉尘收集与处理工作,使得生产过程中经常散发着碎料粉尘,破坏车间空气环境,危害操作员工的身体健康,损坏车间的机器设备,排放还会污染大气环境造成社会公害。因此,改善车间操作空气环境和防止大气污染,应采取措施进行碎料粉尘治理。通常在每个碎料机半封闭式的隔间的抽风口安装收集支管,支管再汇总至总管道,通过总管道风机将粉尘抽送到除尘设施,一般采用应用广泛、性能稳定、维护方便的除尘措施,如喷淋降尘装置或者袋式除尘器等。

4.2 噪声控制

碎料噪声污染在厂区内也尤为明显,一般企业应该选用相对比较封闭的且隔音效果较好的车间,选用隔音门窗,并且在碎料机上采取减震处理,同时根据设备使用情况加强相关的除尘设施等设备维护。

4.3 废气处理

4.3.1 注塑废气

普通注塑工艺一般会添加适量的增塑剂,增塑剂与注塑原料在受热情况下熔融,塑料中残存未聚合的反应单体可挥发至空气中,从而形成有机废气。注塑时主要污染物非甲烷总烃产生量约为注塑原料量的0.01%,一般均呈无组织形式排放。随着各地环保部门对空气污染治理的监管力度加强,在新污染源的无组织排放应从严控制,一般情况下不应有无组织排放存在。因此,注塑工序应采用相对比较集中的操作平台,然后在上方安装集气罩,废气经集气罩收集并通过排气筒排放,排气筒高度应不低于15m。并且,车间应加强通风,减少有机废气的浓度,降低污染程度。

4.3.2 喷漆、丝印等有机废气

普通注塑企业一般会因客户产品需求增加喷漆、丝印等工序,但在喷漆、丝印工序产生的废气处理工艺上仅仅采取了水帘柜喷淋与高空排放措施,显然有机废气未能被吸收去除。应该采取“水帘喷淋+活性炭吸附法”用于该处工艺废气处理,这样可有效吸附二甲苯、甲苯等有机废气和漆雾。

水帘喷漆房设有水帘喷淋除雾系统,其原理是它的过滤装置是用水帘来清洗漆雾,无需喷嘴,从根本上消除了堵塞(图1)。

图1 喷漆丝印废气处理工艺

当漆雾的空气在排风系统吸引力的作用下被吸入过滤器时,依次经过水帘的清洗,与水充分混合,漆雾被捕捉于水中,然后流入循环水槽中积存,而过滤后的废气经挡水板除水后进入活性炭吸附装置处理。

活性炭是由含炭为主的物质作原料,经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。含有大量微孔,具有巨大的比表面积,能有效地去除色度、臭味,可去除大多数有机污染物和某些无机物。活性炭吸附时利用活性炭表面的吸附能力,使废气与大表面的多孔性活性炭相接触,废气中的污染物被吸附在活性炭表面上,使其与气体混合物分离,达到净化目的。活性炭是目前处理有机废气使用最多的方法。

5 增效

E-MOLD(Electricity Mold)高光无熔痕注塑/高光塑料模具温度控制系统是一种超高温模具温度控制技术,是快速加热冷却成型技术的最新突破。它在短时间内把模仁温度加热到最高300℃,然后在20s之内又能把温度下降到35℃以下的模具温度控制技术。在比较高的温度下填充模腔,形成致密的表面,使得产品具有理想的设计效果;不仅品质完美,而且产品不需要喷漆后续加工,提高成品率20%~30%,并且节约油漆工序的诸多费用。E-MOLD目前广泛使用在家电行业,尤其是在液晶电视的前框、装饰框、底座、后框的应用,不仅可以实现高光泽、哑光等无缺陷产品,而且使得玻纤浮纤、薄壁成型不良得到了根本解决。通过EMOLD模具温度控制系统改造,大大提高了产品合格率,减少了原材料浪费和再次注塑的能源浪费,起到了节能环保的重要作用。

实例:某企业投资58万元,提高成品率5%,按照目前的生产能力计算:每月可节约原材料费用5万元,因提高生产效率的直接经济效益约为15万元/年;因此,每年经济效益合计约75万元;约1年即可收回成本,投资回收期短,效益明显。

其次,注塑产品常见的质量问题的解决与对策研究也是提高企业生产效益的空间所在,企业切不可小视。

6 结语

作为国内的中小型注塑企业想要在竞争日益激烈的国际市场中占据一席之地,就必须不断地提高自身素质,响应政策号召,不断提高自身清洁生产水平,实现经济、社会和环境效益的统一。一方面,通过工艺改造、设备更新、废弃物回收利用等途径,实现了生产成本的降低,提高了企业的综合效益;另一方面,它也强调提高企业的管理水平,提高管理人员、工程技术人员、操作工人等员工在经济观念、环境意识、参与管理意识、技术水平、职业道德等方面的素质。同时,清洁生产还可有效改善操作工人的劳动环境和操作条件,减轻生产过程对员工健康的影响。只要在企业中形成管理与技术创新的良性循环,企业自身效益与市场竞争力必将不断攀升。因此,我国注塑企业开展清洁生产具有较大潜力和重要意义。

[1]何道祥.浅谈注塑机伺服节能改造[J].科技风,2011(21):128.

[2]张 程,熊文强,张 宁.我国节能灯行业推行清洁生产的问题及措施研究[J].资源开发与市场,2011,27(7):626~628.

[3]张 帆,熊文强.清洁生产潜效评估[J].重庆大学学报:自然科学版,2004(11):105~107.

[4]刘 武.注塑机节能改造技术[J].前沿科技,2010(9):54~56.

[5]纪传伟,刘煜平,吴鹏举,等.注塑机节能技术改造[J].中国电子商务,2010(4):164~165.

[6]易 灵.有机废气治理技术的研究进展[J].四川环境,2011(5):103~107.

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