注塑机节能减排改造路径研究的论文
摘要：从零件设计、加工成本两方面对机械加工当中的零件结构合理设计进行了分析。合理的零件结构设计不仅能够影响零件和机械之间的契合度，还能够有效提升机械的工作性能，在一定程度上延长机器使用寿命，减少加工成本。
关键词：注塑机；降低碳排放强度；路径
在国内生产总值稳定增长的条件下，降低碳排放，作为约束性指标已纳入我国“十二五”、“十三五”及其之后的国民经济和社会发展中长期规划。碳强度（单位国内生产总值二氧化碳排放量）下降目标，分解落实至各省市，节能减排成为全社会的责任。制造业中的注塑机是耗能的电老虎之一，且数量庞大，仅珠江三角洲地区就有各型号注塑机约10万多台，其中东莞约3万台，深圳约2万台，注塑机数量多，使用寿命长，经济使用年限在12~16年[1]，因注塑机设备价值量高，实际服役期超过20年很普遍[1]。在深圳制造业细分30个子行业中，塑料制品业的碳排放占制造业的相对值高，其工业增加值虽然占制造业产值比例3.25%，主要消耗电力，能耗却占制造业能耗的10.62%，深圳市塑料制品业2010年碳排放量为329.4万t[2]，可见，塑料制品业机器设备的能耗之重，因此，对深圳能耗大户注塑机的节能措施分析具有显著的代表性。
1注塑机节能标准
2014年10月我国颁布实施了国标《橡胶塑料成型机能耗检测办法》（GB/T30200—2013），制定了单螺杆注塑机的能耗标准，单螺杆注塑机能耗分为1~6级，在标准工况下，额定锁模力不大于1000kN，判定节能评价值不大于0.7kWh/kg的注塑机符合节能产品认证的技术要求；额定锁模力大于1000~10000kN的注塑机符合节能产品认证的技术要求；判定节能评价值不大于0.55kWh/kg；额定锁模力大于10000kN，判定节能评价值不大于0.40kWh/kg的注塑机符合节能产品认证的技术要求。大于0.7kWh/kg的注塑机均不符合节能产品认证的技术要求，按照东莞市工信局的核查，东莞具有节能改造价值的注塑机1.5万台，占保有量的50%，推算深圳有改造价值的注塑机1万台。通过对注塑机部分部件进行改造，包括“注塑机智能变频节能控制技术”、“塑料注射成型伺服驱动与控制技术”、“注塑机定量泵系统改为变量泵系统”等技术，实现其控制方式的改变来减少注塑机的耗电量。
2注塑机技术改造选项
根据《国家重点节能低碳推广目录》《国家重点行业清洁生产技术导向目录》《工业领域节能减排电子信息应用技术导向目录》《国家重点推广的电机节能先进技术目录》等国家部委发布的节能减排技术目录，以及国内外塑机行业专有技术，通用技术的发展动态，对现存注塑机的技术改造的选项分为：1）“注塑机伺服驱动与控制技术”将普通电机更换为交流同步伺服电机，并更换油泵，安装驱动器、压力传感器（见下页图1），伺服电机通过驱动器控制输出电场带动电机永磁转子转动，电机自带编码器将角速度或角位移进行反馈，驱动器比较计算后调整输出，实现液压系统压力和流量双闭环控制，使伺服电机运行功率与负载需求功率完好匹配，节能量约为40%以上。按深圳现具有改造价值的注塑机保有量计算，最大CO2减排潜力为82.3万t，占注塑机技术类减排潜力的17.5%，其对应的节能量为41.4万t标煤，平均投资额3200元/kW，全部推行需要的投资额为49.3亿元[3]。2）“注塑机智能变频节能控制技术”，其原理如图2所示，针对定量泵电机进行改造，加装变频控制器，读取注塑机控制系统的流量、压力、行程开关等信号，分析处理后调节液泵电机的转速，从而控制各工艺阶段的压力和流量，每个工作周期内油泵的流量随着负载的变化而改变，基本消除了溢流损耗，油泵电机的平均功率降低，此改造成本低，但电机加减速响应较慢，对设备的产能有影响，企业要结合自己的情况选用改造方案，其节电量约25%~60%。在深圳市全部推行的最大CO2减排潜力为99.7万t，占注塑机技术类减排潜力的21.2%，其对应的节能量为50.2万t标煤，平均投资额750元/kW，全部推行需要的投资额为21.2亿元[2]。3）“注塑机定量泵系统改为变量泵系统”是在转速不变的情况下，通过改变液压泵排量，同时电机负载也会随着排量而改变，达到省电的目的，节电量在38%左右。最大CO2减排潜力为63.5万t，占注塑机技术类减排潜力的13.5%，其对应的节能量为32.0万吨标煤，全部推行需要的投资额约为20亿元。4）“注塑机安装炮筒热套和电磁加热技术”是一项改造成本低、改造操作简便的技术，节能措施是安装保温防护罩、保温毯、电磁加热圈、纳米远红外加热圈。保温防护罩和保温毯主要使用环保材料通过隔热保温的方式来降低电能损耗。电磁加热圈是利用电磁感应原理将电能转换为热能的装置，有升温快，热效率高、热惯性小的优点。纳米远红外加热圈利用镜面反射层将表面反射红外线又折射聚焦于物体体内，从而达到加热速度快能量利用率高，实现节能的效果。通过减少注塑机的加热器暴露在空气中热量损失来减少注塑机电耗，节电率约为15%~35%。在深圳市制造业中最大CO2减排潜力为111.3万t，占注塑机技术类减排潜力的23.7%，其对应的`节能量为56.0万t标煤，全部推行需要的投资额为11.2亿元。5）“注塑机余热回收改造”是注塑机技术技术中减排潜力最大的一项技术，用集热罩收集炮筒外散的热能(代替传统干燥机的发热管)，通过热风输送系统将集热罩收集的热能通过风机送到干燥桶内，作为烘干塑胶原料使用，节省电能，能够节省35%以上的电热部分。此项技术的最大CO2减排潜力为112.6万t，占注塑机技术类减排潜力的24.0%，其对应的节能量为56.7万t标煤，全部推行需要的投资额为14.8亿元。在广东空气湿度大，存量塑胶原料中含水分超标情况比较普遍，利用废热烘干更具有现实意义[3-4]。上述部分技术是针对同一设备同一环节采取的不同方式的改造，对于这类技术，企业在进行技术选择时可在多项技术中选择一项即可，如：注塑机智能变频节能控制技术、塑料注射成型伺服驱动与控制技术、注塑机定量泵系统改为变量泵系统，理论上有技术替代关系，为三选一。
3注塑机技术改造推行难易程度和优先级分类
以单位减排成本和推行的难易程度为依据对节能减排技术进行排序，据此对技术进行优先级分类。优先推广能够为企业带来经济效益，且技术相对成熟、较易推行的节能减排技术。适时、适度推广会造成额外成本且技术难度较大的节能减排技术。技术的推行难易程度影响因素包括：经济因素、技术因素、市场因素、政策因素
3.1经济因素
某项技术生命周期内的单位减排成本是考量它是否适合选用的一个重要经济因素。企业更倾向于采用能够带来经济效益（即单位减排成本为负）的节能减排技术。此外，技术的投资成本、维护成本等也是重要考量因素。若技术所需的投资额和运行维护成本过大，企业无法一次性支付这项成本，技术也就不易被采用。尽管部分节能减排技术能通过长期地节约能源和原料费用，给投资者带来收益，但许多投资者面临着较为急迫的财务压力，会选择收益率高、回收期短的技术，而放弃使用对应的节能减排技术。同时，虽然一些节能减排技术会带来收益，但由于企业投资者的收益目标较高，最终导致这些技术难以在私人部门中得到应用[5]。
3.2技术因素
技术成熟与否也是影响推广难易程度的一个重要因素。如果一项技术比较成熟，那么其运用风险较低，将会使得它更容易被接受和推广。另外，操作较为简便的技术通常比较容易被接受，潜在应用范围广的技术会被更频繁地使用。在其他技术无法解决问题的情况下，如果某节能减排技术能够解决该问题，即使是操作复杂的技术也有可能被选用。
3.3市场因素
市场成熟度对于节能减排技术的推广应用也很重要。在市场成熟度不高，信息传播途径较为缺乏的情况下，即使某技术较为新颖，潜在收益很大，也可能由于其市场占有率较低、企业管理者对其不够了解等原因，导致该技术不能被广泛应用。
3.4政策因素
政策导向也很大程度地影响各项节能减排技术的推广。由于成本和外部性因素的存在，部分节能减排技术较难在市场上得到广泛应用。如果政府为了达到节能减排的目的，出台政策要求相关企业应用该部分技术，则在此情况下这些技术的覆盖率将会大幅提高。
参考文献：
[1]杨志明.资产评估常用数据与参数手册：第3版[M].北京：中国机械工业出版社，2010.
[2]深圳统计局.2011深圳统计年鉴[EB/OL].[2012-02-16]
[3]马晓明，胡贝蒂，粟辉，等.2016年深圳市制造业碳减排潜力研究[R].深圳：深圳市城市发展研究中心，2016.
[4]朱冬啸，宋丹丹.企业常用注塑机节能措施及应用实效[J].上海节能，2013（10）：35-39.
[5]马小刚，鲍建辉，沈玉梅.我国注塑机能耗标准及节能技术研究进展[J].塑料，2015，44（4）：22-24.
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