最新綠色生產自動化技術

綠色生產自動化技術

一、前言  

如何在塑膠成型工廠實現節能降耗、清潔環保的綠色生產? 即便在日常努力消除浪費的塑膠成型工廠現場,從資源生產性的觀點上看,還是存在著大量的資源浪費。對此,我們提出以資源生產率為量化指標的「factor4」理念。該理念的核心思想是:用現在一半的資源,創造出雙倍的產能,從而實現4倍的財富價值。

二、Factor4之理念

所謂「factor 4」,是受到Club of Rome的報告書中所提到的人類危機的影響,在1995年由Amory・B・Robins等人提倡的想法。 用一句話概括「factor 4」,就是通過將全球財富提高2倍,同時將資源消費減半,從而把資源生產性(從一定量的資源中能創造出多少財富與服務)提高至4倍。

「factor 4」報告書的主要主張如下: 為了克服全球貧困、保持財富與地球環境的平衡,至少需要將資源生產性提高4倍(factor 4)。反過來說,資源生產性提高4倍後,人類就能得到長期保持財富與環境平衡的基礎。 將資源生產性提高4倍,很多領域在技術方面已經是可行的,而且也帶來了很多經濟收益。 在此報告書中,還舉出了實現factor 4後的50個事例,證明了factor 4在很多領域都是可能實現的,在經濟性上也是相當可觀的。

除了factor 4以外,還有factor 10這樣的想法,由Schmidt・Blake等人主張。那是指為了實現全球factor 4,需要在美國、歐洲、日本等發達國家實現factor10(也就是將資源生產性提高至10倍)。 針對塑膠成型工廠,我們主張以「factor 4」為願景目標,簡明表達為「生產效率提升至2倍」÷「資源消耗降低至1/2」的定義公式。

以此定義公式作為依據,可以從‘縮短成型週期’、‘縮短工序銜接時間’、‘提高塑件品質’、‘提高原料利用率’、‘消除電能浪費’、‘消除水資源浪費’等多個方向,展開塑膠成型工廠綠色生產自動化技術的應用探索。 比如,為了消除「能源浪費」、「樹脂浪費」、「水資源浪費」這3大浪費,可以先進行工廠能耗診斷,然後開發相應的可以降耗節能的自動化機器,從而提出改善工廠資源生產性的提案。

 

三、乾燥節能技術

膠成型生產中,在注塑機將樹脂溶解射出前,很多情況下需要將樹脂原料中含有的水分乾燥至特定的含量以下。因此,就需要乾燥機。 乾燥機的選型,一般按照以下步驟進行。 (
例)某條注塑成型生產線,在最適合的成型條件下,最大每小時使用9kg樹脂。


需要乾燥能力為10kg/h的乾燥機。

供應商根據機器能力,選定能發揮12kg/hr乾燥能力的機種。

假如正巧沒有相當於12kg/hr能力的機種,客戶就會選擇稍大一點的,例如相當於15kg/hr能力的機種。其結果,就會產生以下情況:

・最大成型量為9kg/hr的生產線設置了能力為15kg/hr的乾燥機。

・而9kg/hr是在最大生產條件下的數位,通常情況下不會達到此生產能力。

・成型生产并不是一直处于满负荷连续运转状态,会因为更换模具或保养等临时停止工作。

・但在这种条件下,干燥机往往不會被停掉,一直以15kg/hr的能力满负荷持續运转。 所以,通常有一半左右的能源消耗,都是無謂的。這些多餘的能源,很大一部分被放熱到工廠內的空氣中,有的工廠還要用空調將那部分放熱冷卻下來,那就要更多多餘的電力。

 


【提案】-「風量最適化乾燥技術」 為了防止這樣無謂的浪費,需要根據樹脂的實際使用量,在不影響乾燥效果的前提下,靈活地改變乾燥機的乾燥能力。 「風量最適化乾燥技術」就是通過控制乾燥風量,將從乾燥料斗中返回的空氣溫度,控制在適合的溫度,實現節能。

通常乾燥機下部排出了材料後,新的材料會從上部進行補給。這些新加入的材料通常溫度較低。若材料排出量越大,上部補給的低溫材料就越頻繁,從乾燥料斗返回的空氣溫度,就為低溫狀態。但若材料排出較少時,上部就很少供給新的低溫材料,從乾燥料斗返回的空氣溫度就會越來越高。 可見,從乾燥料斗返回的空氣溫度,與乾燥機的材料排出量多少有關。 利用這個特點,對從乾燥料斗返回的空氣溫度進行監測,從而控制乾燥風量,調整加熱必要時間,就能簡單又低成本的實現乾燥機的節能省電。

【效果】 對除濕乾燥機來說,不僅乾燥側能用該方法實現省電,再生側也能使用同樣方法省電。而且,2重省電效果的迭加,效果更好。 從客戶現場的實際使用效果來看,使用了「風量最適化乾燥技術」的乾燥機,在確保乾燥效果的前提下,能最大節省電能40%!

四、ecobrid system技術

  其中一種應用是生產堅硬的金屬切割工具。完全自動化生產的切割刀具,同時在軸上塑造內部螺紋,而且澆口非常短,這些都可以確保節省材料和時間。

【問題】冷卻水會帶來哪些問題和損耗? 大多數塑膠成型工廠,會使用水來對模具或其它機器進行冷卻。冷卻水在工廠內迴圈,從工廠內各處吸收熱量。所吸收的熱量,需要通過某些形式向工廠外釋放。 作為將迴圈冷卻水的熱量放出到工廠外部的方法,有以下幾種:

1. 開放式冷卻塔 最普遍的,就是開放式冷卻塔。這種方式中外部雜質容易進入水系統,並且水會被大量蒸發。還存在迴圈的冷卻水中的雜質會不斷地被濃縮,和因此引起的配管中的水垢的堆積等問題。

2. 密閉式水冷式冷卻塔 為了避免上述開放式冷卻塔的問題,出現了密閉式水冷式冷卻塔,歐洲等地被普遍使用。迴圈的冷卻水在密閉的配管內迴圈,不會造成雜質和不斷濃縮。但是相對的,要在工廠外的熱交換器外側直接注水,因水的蒸發,而帶走熱交換器內部流動迴圈水的熱量。因此水還是會被大量消耗,而且熱交換器內雜質還是易濃縮堆積,需要定期的清潔與更換。

3. 中央空冷冷水機 為了在不蒸發水的情況下將迴圈水冷卻,有時常使用中央空冷冷水機。使冷卻水在密閉的配管中迴圈,雜質不會被濃縮。使用將水冷卻的空冷式冷水機,由於不需要用外部冷卻水,也就無需保養。但是,它的初期費用比上述方法高出很多。並且因為需要壓縮機,就會消耗很多的電力能源。 而且,特地用了很多電力資源才冷卻下來的低溫水,在進行模具冷卻時再次被模溫機的加熱器加熱使用,所產生的浪費顯而易見。

【提案】-「ecobrid system技術」 ecobrid system是一種空冷密閉式冷卻循環系統。 迴圈的潔淨冷卻水在密閉的配管內迴圈,不會造成雜質和不純物的濃度堆積。通過外部冷卻風扇使空氣流動來冷卻熱交換器內的迴圈水,這樣就不會有大量的水被蒸發浪費。同時熱交換器不和水直接接觸,不會堆積氧化膜等不純物質,也無需對熱交換器進行清潔與更換。

在炎熱的夏天,若僅靠空氣流動是無法達到完全冷卻效果的。ecobrid system在外界氣溫超過30℃時,會對流動空氣先進行噴霧降溫。比如,濕度40%的42℃的外部空氣,通過水的噴霧,就變成濕度70%溫度30℃了。降溫後的空氣再對熱交換器冷卻,即使是夏季炎熱季節也能輕鬆獲得25~35℃以下的冷卻水。

在寒冷的季節, 冷卻風機的free cooling機能自動運轉,節省能源消耗。當外界溫度為0℃以下並可能發生凍結時,ecobrid system裝置內的水會被自動回收,從而有效防止裝置的凍結和龜裂。所以在不能使用乙二醇等防凍液的場合也可安心使用。

【效果】 以天津地區某客戶工廠為例(44台注塑成型機•總熱負荷:238kW):和中央冷水機方式相比,1年節省了水、電費用225,700元!CO2相當於減排133ton! 從使用了ecobrid system技術的實績來看,無論是經濟效益(節能)還是社會效益(減排)都獲得了令人振奮的優異成果。

五、結論

即便在日常努力消除浪費的塑膠成型工廠現場,從資源生產性的觀點上看,還是存在著大量的資源浪費。對此,我們提出以資源生產率為量化指標的「factor4」理念。該理念的核心思想是:用現在一半的資源,創造出雙倍的產能,從而實現4倍的財富價值。並有針對性的定義公式。

以此定義公式作為依據,可以從提高生產效率或者降低能源消耗的多個方向,展開塑膠成型工廠綠色生產自動化技術的應用探索。比如,為了消除「能源浪費」、「樹脂浪費」、「水資源浪費」這3大浪費,可以在進行工廠能耗診斷的基礎上,開發相應的可以降耗節能的自動化機器技術,以使塑膠成型工廠的資源生產率有一個質的飛躍,從而實現塑膠成型工廠的真正綠色生產。