注塑企業開展清潔生產淺析

王 彬，單麗麗，周小舟

（深圳市深港產學研環保工程技術股份有限公司，廣東 深圳518055）

1 引言

目前，注塑工藝已經被廣泛應用于國民經濟的各個部門及人們生活的各個領域，在國民經濟中日益顯現出重要的作用。我國注塑行業正處于快速發展階段，在高度提倡節能減排的今天，注塑企業開展清潔生產審核，進行節能、減排的改造工作已迫在眉睫，企業各種設備的節能技改已被提上議事日程。依照清潔生產“節能、降耗、減污、增效”四方面的目的，根據注塑企業實際情況，結合近年清潔生產審核工作實際，列舉注塑企業幾個方面的清潔生產中高費案例，以供大家借鑒或者參考。

2 節能

2.1 注塑機節能改造

注塑機進行節能改造對國家節能減排、降低企業生產成本都具有較大的意義。注塑機的節能方案主要有以下三種：一是注塑機加裝變頻器，二是對加熱料筒采用新的加熱方式，三是將加熱部分的熱量利用到烘料，四是用伺服電機取代交流異步電機。

2.1.1 注塑機加裝變頻器

現在國內的注塑機大多數都是定量泵型注塑機，當前在珠三角運轉的注塑機就有80%是定量泵。注塑機的生產周期原理是：合模－注射－保壓－回料－冷卻－開模－頂出。定量泵注塑機設計時電機的功率是按照各個原理動作的最大消耗功率來進行設計的，其中以高速高壓的動作的能耗為最大。但實際生產中，由于產品的表面精度的要求，往往產品不適合高速高壓成型，因此通常情況下注塑機電機的平均負載只有60%，個別情況甚至只有40%。注塑機并不會根據負載不同調整輸出能量，大部分能量作了大量的無用功，因此能量損失巨大。加裝變頻節能器后，控制器通過自動檢測生產過程中的所有階段 （合模、注塑、保壓、回料、冷卻、開模、頂出）的壓力和速度設定，計算出對應的比例控制信號輸出給變頻器，變頻器根據接收的控制信號后，動態地調整電機轉速以保證油泵輸出的液壓油盡可能少地產生無功回流。

通過加裝變頻器改造后，注塑機是可調式控制方式，泵流出的流量是可變的，最大不超過額定流量。對其中一臺注塑機安裝變頻器后采用不同的模具得到不同的測試效果。經過測試，安裝變頻器后節電率為30.7%。

2.1.2 加熱炮筒采用新的加熱方式

（1）電磁感應加熱。利用電磁感應方式進行加熱，正是利用電磁感應現象產生的感應電流對加熱體做功，電能轉化為加熱體的內能，使得加熱體的溫度升高，達到加熱的目的。注塑機的加熱方式普遍為電熱圈發熱，通過接觸傳導方式把熱量傳到炮筒上，只有緊靠在炮筒表面內側的熱量傳到炮筒上，外側的熱量大部分散失到空氣中，存在熱傳導損失，而且散失的熱量會導致注塑機工作環境溫度上升。電磁加熱技術是使金屬炮筒自身發熱，并且可以根據具體情況在炮筒外部包裹一定的隔熱保溫材料，能有效地減少熱量的散失，提高熱效率，因此節能效果十分顯著，系統節能率可達10%～35%。

（2）紅外加熱。紅外加熱技術是采用納米合金材料配合特定的紅外管制成的高效節能加熱圈改造注塑機炮筒系統，加熱圈能夠產生特定波長紅外線，熱效率傳導效率高，較傳統電加熱圈更省電且能極短時間內達到所需的操作狀況。電熱系統改造，電熱圈平均節電率為57.9%。傳統注塑機電熱系統耗電一般占總能耗的35%～45%左右，故整體節電率約為20%～25%。

2.1.3 注塑機炮筒熱量回收

注塑機在工作過程中，發熱圈在給炮筒加熱的同時，仍有一部分熱量直接散發到空氣中，而傳統的干燥機加熱則利用加熱管，通過鼓風機將熱風吹入料筒后，直接將熱空氣排放到室外，兩者都會造成能量的損失和工作環境溫度的升高。注塑機安裝余熱回收設備，運用熱能的閉環控制理念，通過熱能采集技術，對注塑機炮筒的熱能收集，然后將熱能收集供烘料再利用，將被浪費的熱量采集起來，循環利用，從而達到既節能又改善環境的雙重效果。炮筒熱量回收節能改造，節電率為51%。傳統注塑機電熱系統和烘料系統耗電一般占總能耗的35%～50%左右，故整體節電率約為18%～25%。

2.1.4 用伺服電機取代交流異步電機

由于交流異步電機的磁場由交流電通過電機定子線圈產生，要耗費電能。筆者采用伺服電機來代替。在注塑機電液系統用的伺服電機是交流永磁同步電機。它的磁場是電機轉子上固定的強磁材料釹鐵硼產生的，沒有轉子電流，功率因素高，定子電流和定子損耗小。因此，光更換一個電機，就可以節約電能5%～10%。當然，由于伺服電機的最大輸出力矩與轉子慣量的比值同異步電機相比要大得多，因此，動態性能更優越。

除了節電的直接效應外，采用伺服控制系統控制注塑機還有制品精度提高、制品加工效率提高等優點。改造后，同樣產品、同樣設置的參數，加工周期減小到18m。（整個加工周期中，可以設置時間的只有射膠、保壓和冷卻3道工序，其他工序只要壓力或流量達到設置值就結束該工序。）提高精度和提高效率節約的費用往往會超過節電的費用。

2.2 其他方面的節能改造

2.2.1 節能燈改造

如果企業的照明設備比較多，而且都采用舊式的T8燈管，則可以考慮更換節能燈，節能效果比較明顯。目前節能燈改造主要采用2種方案，一種是T5更換T8燈管；另一種是LED燈管更換T8燈管。

（1）T5替換T8燈管。更換時所選用的T5（28W）節能燈在節能技術方面已相當成熟：使用壽命長、光效較高、節能40%～53%、光衰小、顯色性高、無頻閃、發熱量低等優點。通常的照明燈數量500支以上，按每天生產12h、每月生產22d、每度電1元計算，更換為T5（28W）節能燈后，可節約電費約2萬元/年以上。一般2年內即可收回成本，投資回收期短，效益明顯。

（2）Led替換T8燈管。根據國家相關調查，2010年我國LED照明燈具在目前主要的燈具類中都有應用，其中數量最大的是替代白熾燈和節能燈的球泡燈，占到41%，其節能效果在70%左右。

實例：某公司現廠區生產車間共有燈管T8（40W）照明燈4085支，按每天生產21h、每月生產26d、每度電1元計算，更換為LED（12W）節能燈后，可節約電費約74.94萬元/年。按折舊10年計，每年折舊金額為7萬元；年凈現金流量為57.96萬元，投資回收期為1.2年。投資回收期短，效益明顯。

2.2.2空壓機節能

（1）空壓機變頻改造。空壓機變頻改造時為空壓機輔加一個壓力變送器，采樣管網的實際壓力反饋給變頻器。變頻器通過軟件（PID功能），自動調整輸出電壓（即降低實際功率）來滿足實際用氣量。空壓機變頻改造后的效益包括：節約能源；運行成本降低；提高壓力的精度；延長壓縮機的使用壽命；低了空壓機的噪音；間接減少了空氣污染。

實例：某公司若投資2萬元，對公司現有的2臺（37kW和57kW）空壓機進行改造，如若每天行8h，每年按照312d計算，變頻改造項目實施后，按照節電率20%計算，每年可節約的電量為：94kW×8h×312d×20%＝4.69×104kW·h；按照每度電1.1元計算，每年可以節約電費約為5.16萬元。

（2）空壓機余熱利用。利用空壓機高溫冷卻液，安裝一套換熱設備及控制系統，將空壓機高溫冷卻液通過熱交換器加熱自來水，然后送到宿舍樓頂熱水儲罐。考慮高溫排水腐蝕性高，如果熱交換器泄露將對宿舍供水系統產生污染，所以系統擬采用二次熱交換供水的方式。控制系統采用液位＋溫度的控制方式運行，可以根據水箱中的溫度控制水泵的起停，保證水箱中的水溫達到預定的設置值。

空壓機高溫廢水的排放，不僅浪費大量熱源，且其腐蝕性高，對水質影響較大。將其熱量加以回收利用后：大大降低了電力能源的消耗，顯著提高了電能的利用效率，高溫廢水變低溫廢水降低了廢水腐蝕性，減少了對水環境的污染；間接減少了熱水器等設備的電力消耗。

存在項目（課題）牽頭單位、課題承擔單位、課題參與單位之間存在關聯關系，或項目（課題）負責人、課題負責人與課題參與單位之間存在關聯關系的，沒有在申報項目（課題）時予以披露報告。導致有的科研經費流入了項目（課題）負責人的關聯公司［5］。

實例：某公司投資40萬元，利用3臺空壓機高溫冷卻液，安裝一套換熱設備及控制系統，按熱能回收方案計算，年可節省的費用為73.6萬元，約9個月回收成本。

2.2.3 熱水器節能

（1）熱泵熱水器。進入21世紀后，熱泵的發展十分迅速。壓縮機從蒸發器中吸入低溫低壓氣態制冷劑，通過做功將制冷劑壓縮成高溫高壓氣體，高溫高壓氣體進入冷凝器與水交換熱量，在冷凝器中被冷凝成液體而放出大量的熱量，水吸收其放出熱量而溫度不斷上升。然后高溫低溫液體經膨脹閥節流降壓后，在蒸發器中通過風扇的作用，吸收周圍空氣中熱量從而蒸發成低溫低壓氣體，又被吸入壓縮機中壓縮，這樣反復循環，從而制取熱水。根據技術評估該設備無任何氣體與污染物排放，節能效果達50%，是一種新型的高效、節能、環保的熱水器。

實例：某公司投資約12.3萬元，購買3套熱泵熱水器，保證員工宿舍熱水供應，若使用普通的熱水器：根據宿舍供水要求，總共需要的熱水供水量為25m3（按公司500人在使用熱水，每人50L計算），將25m3水從20℃加熱到55℃所需要熱量為3675000000J，所需的電能為2001.6kW·h；如果按照75%的節能效率來計算，要滿足宿舍每天25t熱水的供水要求，每年可以節約電費46.8萬元，3個月即可回收成本。

（2）采用太陽能熱水器。太陽能熱水器的優點是安全、節能、環保、經濟，尤其是帶輔助電加熱或者輔助空氣熱泵加熱功能的太陽能熱水器，它以太陽能為主、電能為輔的能源利用方式，可全年全天候使用。尤其適合在員工宿舍樓頂安裝，節能效果顯著。

實例：某公司在新增太陽能熱水器熱泵輔助加熱系統上投入約150萬元。每套太陽能熱水器熱泵輔助系統使用壽命按10年，貼現率i取7%，稅率取17%，則：總投資I＝150萬元，新增設備年折舊費D＝I/Y＝150/10＝15萬元/年；年運行費用總節省P，按每天需用熱水125000kg，水由20℃加熱至55℃，一年360d，每度電0.75元計，則：

用電熱水器生產熱水：每天所需用電量5355kW·h，每年所需電費為5355×0.75×360＝1445850元≈144.59萬元；

用太陽能熱水器熱泵輔助系統生產熱水：每天熱泵所需用電量1785kW·h，每年所需電費為：1785×0.75×100＝133875元 ≈13.39萬元（一度電可使860kg水升高1℃；0.95為電發熱管的熱效率；熱泵用電量是電熱水器用電量的1/3，每年日照時間約為260d），則年運行費用總節省131.12萬元，節能效果可想而知。

3 降耗

3.1 降低原料消耗

注塑機在節約物流方面有一個方案值得一提，即：購買多余的螺桿料筒，在注塑產品顏色調整時更換螺桿料筒。注塑機螺桿料筒的作用是對塑料進行輸送、壓實、熔化、攪拌和施壓。所有這些程序都是通過螺桿在料筒內的旋轉來完成的。在螺桿旋轉時，塑料對于機筒內壁、螺槽底面、螺棱推進面以及塑料與塑料之間都會產生摩擦及相互運動，塑料的向前推進就是這種運動組合的結果，而摩擦產生的熱量也被吸收用于提高塑料溫度來熔化塑料。通常在使用不同顏色塑膠原料時，應把料筒的余料清洗干凈。一般都是采用新的顏色原料來清洗料筒，而造成了原料與電能的浪費。

實例：某車間在未使用更換料筒之前，加工不同顏色產品時，需先用透明或白色原料清洗炮筒，每次約需使用3～4包（50kg/包）原料；在增加使用更換的料筒，加工不同顏色原料時，不必用透明或白色原料清洗料筒，只需直接更換炮筒即可；總投資10.8萬元購買2套新型螺桿機筒組，每更換一次不同顏色原料，可以節約200kg的原料，按照每年50次清洗料筒、原料價格按2.5萬元/t計算，每年可節約成本25萬元。

3.2 降低水資源消耗

通常在注塑企業中基本上沒有生產用水，主要為生活用水與空調設施的冷卻循環水。而節水潛力主要存在于生活用水方面。

3.2.1 安裝節水設施

在辦公與生活區內的公共建筑和住宅內安裝節水設施，如陶瓷內芯的節水龍頭、沖洗閥、便器及高低位水箱配件和淋浴制品等質量技術監督部門確認的節水型器具，不僅使用方便，維修少，壽命長，而且可使水量、水壓、供水時間能得到有效的控制。

3.2.2 中水回用

用水量大且條件允許的企業可以在生活區建設中水管道，或者增加深度處理設施，回用部分生活污水用于沖廁、工業園區綠化等，提高生活用水的重復利用率。不僅節約水資源，而且改善水環境，有利于水資源的優化配置與高效利用。

3.2.3 加強用水管理

企業需積極地進行節水的日常宣傳教育，提高員工節水意識，生活區可以實行用水定額管理和計劃用水，通過宿舍水價改革，實行生活用水階梯累進加價制度，利用經濟杠桿的作用，杜絕水資源浪費，促進合理用水。

3.2.4 更新維護空調冷卻系統

積極改造落后的空調冷卻系統，廣泛采用高效環保節水型新工藝、新技術，包括發展高效冷卻節水技術、推廣蒸汽冷凝水回收再利用技術等，提高水的重復利用率，降低生產單耗指標與生產成本。

4 減污

4.1 粉塵治理

注塑企業通常將注塑廢料進行粉碎后重新使用，但在碎料時未能做好粉塵收集與處理工作，使得生產過程中經常散發著碎料粉塵，破壞車間空氣環境，危害操作員工的身體健康，損壞車間的機器設備，排放還會污染大氣環境造成社會公害。因此，改善車間操作空氣環境和防止大氣污染，應采取措施進行碎料粉塵治理。通常在每個碎料機半封閉式的隔間的抽風口安裝收集支管，支管再匯總至總管道，通過總管道風機將粉塵抽送到除塵設施，一般采用應用廣泛、性能穩定、維護方便的除塵措施，如噴淋降塵裝置或者袋式除塵器等。

4.2 噪聲控制

碎料噪聲污染在廠區內也尤為明顯，一般企業應該選用相對比較封閉的且隔音效果較好的車間，選用隔音門窗，并且在碎料機上采取減震處理，同時根據設備使用情況加強相關的除塵設施等設備維護。

4.3 廢氣處理

4.3.1 注塑廢氣

普通注塑工藝一般會添加適量的增塑劑，增塑劑與注塑原料在受熱情況下熔融，塑料中殘存未聚合的反應單體可揮發至空氣中，從而形成有機廢氣。注塑時主要污染物非甲烷總烴產生量約為注塑原料量的0.01%，一般均呈無組織形式排放。隨著各地環保部門對空氣污染治理的監管力度加強，在新污染源的無組織排放應從嚴控制，一般情況下不應有無組織排放存在。因此，注塑工序應采用相對比較集中的操作平臺，然后在上方安裝集氣罩，廢氣經集氣罩收集并通過排氣筒排放，排氣筒高度應不低于15m。并且，車間應加強通風，減少有機廢氣的濃度，降低污染程度。

4.3.2 噴漆、絲印等有機廢氣

普通注塑企業一般會因客戶產品需求增加噴漆、絲印等工序，但在噴漆、絲印工序產生的廢氣處理工藝上僅僅采取了水簾柜噴淋與高空排放措施，顯然有機廢氣未能被吸收去除。應該采取“水簾噴淋＋活性炭吸附法”用于該處工藝廢氣處理，這樣可有效吸附二甲苯、甲苯等有機廢氣和漆霧。

水簾噴漆房設有水簾噴淋除霧系統，其原理是它的過濾裝置是用水簾來清洗漆霧，無需噴嘴，從根本上消除了堵塞（圖1）。

圖1 噴漆絲印廢氣處理工藝

當漆霧的空氣在排風系統吸引力的作用下被吸入過濾器時，依次經過水簾的清洗，與水充分混合，漆霧被捕捉于水中，然后流入循環水槽中積存，而過濾后的廢氣經擋水板除水后進入活性炭吸附裝置處理。

活性炭是由含炭為主的物質作原料，經高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑。含有大量微孔，具有巨大的比表面積，能有效地去除色度、臭味，可去除大多數有機污染物和某些無機物。活性炭吸附時利用活性炭表面的吸附能力，使廢氣與大表面的多孔性活性炭相接觸，廢氣中的污染物被吸附在活性炭表面上，使其與氣體混合物分離，達到凈化目的。活性炭是目前處理有機廢氣使用最多的方法。

5 增效

E－MOLD（Electricity Mold）高光無熔痕注塑/高光塑料模具溫度控制系統是一種超高溫模具溫度控制技術，是快速加熱冷卻成型技術的最新突破。它在短時間內把模仁溫度加熱到最高300℃，然后在20s之內又能把溫度下降到35℃以下的模具溫度控制技術。在比較高的溫度下填充模腔，形成致密的表面，使得產品具有理想的設計效果；不僅品質完美，而且產品不需要噴漆后續加工，提高成品率20%～30%，并且節約油漆工序的諸多費用。E－MOLD目前廣泛使用在家電行業，尤其是在液晶電視的前框、裝飾框、底座、后框的應用，不僅可以實現高光澤、啞光等無缺陷產品，而且使得玻纖浮纖、薄壁成型不良得到了根本解決。通過EMOLD模具溫度控制系統改造，大大提高了產品合格率，減少了原材料浪費和再次注塑的能源浪費，起到了節能環保的重要作用。

實例：某企業投資58萬元，提高成品率5%，按照目前的生產能力計算：每月可節約原材料費用5萬元，因提高生產效率的直接經濟效益約為15萬元/年；因此，每年經濟效益合計約75萬元；約1年即可收回成本，投資回收期短，效益明顯。

其次，注塑產品常見的質量問題的解決與對策研究也是提高企業生產效益的空間所在，企業切不可小視。

6 結語

作為國內的中小型注塑企業想要在競爭日益激烈的國際市場中占據一席之地，就必須不斷地提高自身素質，響應政策號召，不斷提高自身清潔生產水平，實現經濟、社會和環境效益的統一。一方面，通過工藝改造、設備更新、廢棄物回收利用等途徑，實現了生產成本的降低，提高了企業的綜合效益；另一方面，它也強調提高企業的管理水平，提高管理人員、工程技術人員、操作工人等員工在經濟觀念、環境意識、參與管理意識、技術水平、職業道德等方面的素質。同時，清潔生產還可有效改善操作工人的勞動環境和操作條件，減輕生產過程對員工健康的影響。只要在企業中形成管理與技術創新的良性循環，企業自身效益與市場競爭力必將不斷攀升。因此，我國注塑企業開展清潔生產具有較大潛力和重要意義。

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