淺談啤酒瓶的輕量化與節(jié)能減排
王均光
山東省輕工業(yè)設計院 研究員
山東省日用硅酸鹽工業(yè)協(xié)會 秘書長
摘要:指出我國日用玻璃行業(yè)的現(xiàn)狀及能源消耗結構,根據(jù)國內外常用輕量化瓶單重及普通啤酒瓶與輕量化瓶的對比分析,點明啤酒瓶輕量化與節(jié)能減排的關系,指出實現(xiàn)提高啤酒瓶的輕量化水平的生產(chǎn)方法。
一、低碳經(jīng)濟時代已經(jīng)來臨
為減緩氣候變遷及減少人為溫室氣體排放,京都議定書于2005年2月16日正式生效要求溫室氣體排放減量,已是全球趨勢,一個對碳排放限制的低碳經(jīng)濟時代已經(jīng)來臨。低碳經(jīng)濟指的是,以低能耗、低污染、低排放為基礎的經(jīng)濟模式,其實質是通過能源高效利用、清潔能源開發(fā)、實現(xiàn)企業(yè)的綠色發(fā)展。這種經(jīng)濟模式不僅意味著企業(yè)要加快淘汰高能耗、高污染的落后生產(chǎn)能力,推進節(jié)能減排的科技創(chuàng)新。目前在世界范圍內,許多知名企業(yè)已將“低碳經(jīng)濟”和“碳足跡”作為衡量企業(yè)的社會責任與實現(xiàn)企業(yè)新飛躍的發(fā)展方向。雖然在中國這些概念提出的時間并不長,但不少企業(yè)早已有與之相符合的思路和理念。
二、我國日用玻璃行業(yè)的現(xiàn)狀
中國是日用玻璃生產(chǎn)大國,玻璃產(chǎn)量居世界前列。2010年全國規(guī)模以上日用玻璃生產(chǎn)企業(yè)的日用玻璃制品及玻璃包裝容器產(chǎn)量為1993.14萬噸。
三、我國日用玻璃行業(yè)能源消耗結構
我國目前在日用玻璃生產(chǎn)中消耗的能源主要有:重油、天然氣、發(fā)生爐煤氣、電等。重油、天然氣、發(fā)生爐煤氣等主要用于玻璃窯爐;電主要用于空氣壓縮機、風機、玻璃窯爐等設備。目前由于燃料價格的原因,大部分廠家采用發(fā)生爐煤氣作為玻璃窯爐的主要能源。
我國日用玻璃行業(yè)的能源利用率與國外相比,差距較大,發(fā)達國家的能源利用率一般高達50%以上,而我國僅為35%左右。在日用玻璃工業(yè)中,能耗主要消耗在原料的熔化、成型、退火等工序,其中熔化工序的能耗約占產(chǎn)品綜合能耗的60%~70%左右。
作為行業(yè)的主要耗能設備玻璃窯爐,國內窯爐普遍規(guī)模較小,燃料以發(fā)生爐煤氣為主,大多數(shù)窯爐沒有脫硫裝置,窯爐材料質量差,控制技術落后,熔制玻璃能耗為300~500kgce/t產(chǎn)品,能耗較高;而國外的窯爐熔化面積較大,日出料量大,一般在每天150~300t以上,能耗低于200kgce/t產(chǎn)品,并對玻璃窯爐煙氣進行脫硫除塵處理。
四、玻璃瓶的輕量化與節(jié)能減排
1、玻璃瓶輕量化的概念
在工業(yè)和信息化部發(fā)布的《日用玻璃行業(yè)準入條件》中,明確提出我國輕量化瓶是指:輕量化度不超過1.0的玻璃瓶罐,輕量化度是按L=0.44×瓶重/滿口容量(0.810)計算;
國外輕量瓶的重容比一般在0.7~1間,其輕量化度是按:L=0.44×瓶重/滿口容量(0.77)計算的。據(jù)此得出常用系列輕量化玻璃瓶罐的容量、滿口容量、瓶單重三者的數(shù)據(jù)見下表。
國內、外常用系列輕量化瓶單重計算表
容量ml | 滿口容量ml | 單重g(國內) | 單重g(國外) |
10 | 11 | 15 | 14 |
50 | 53 | 56 | 48 |
100 | 105 | 99 | 82 |
200 | 210 | 173 | 140 |
300 | 315 | 240 | 191 |
330 | 347 | 259 | 205 |
400 | 420 | 303 | 238 |
500 | 525 | 363 | 283 |
600 | 630 | 421 | 325 |
640 | 672 | 443 | 342 |
750 | 788 | 504 | 386 |
注:滿口容量與容量的比值?。?.05;輕量化度均以為1計算。
從上表中不難看出,在瓶罐產(chǎn)品系列中,啤酒瓶與一些異型瓶是很難達到輕量化瓶的要求。
2、啤酒瓶的單重與輕量化瓶的比較
就啤酒瓶來講,目前我國330ml瓶的重量約280克左右、500ml瓶的重量約410克左右、600ml瓶的重量約480克左右、640ml瓶的重量約500克左右。國內普通啤酒瓶與輕量化瓶的比較見下表。
國內普通啤酒瓶與輕量化瓶的比較表
容量 | 普通瓶(國內) | 輕量瓶(國內) | 輕量瓶(國外) |
| ||
ml | 單重g | 單重g | 高出比例 | 單重g | 高出比例 | |
330 | 280 | 259 | 8.11 % | 205 | 36.59 % | |
500 | 410 | 363 | 12.95 % | 283 | 44.88 % | |
600 | 480 | 421 | 14.01 % | 325 | 47.69 % | |
640 | 500 | 443 | 12.87 % | 342 | 46.2 % |
注:滿口容量與容量的比值?。?.05;輕量化度均以為1計算。
從上表的比較可以看出,生產(chǎn)同容量的瓶子,普通啤酒瓶所需重量要高出輕量瓶重量的8%到47%,水平差距較大;如果僅以成品單耗簡單比較的話,其成品耗能要高出8%到47%(當然輕量化技術涉及面復雜,其成品能耗不僅與單重有關系)。
3、啤酒瓶能量消耗與減排
2010年全國規(guī)模以上日用玻璃生產(chǎn)企業(yè)的日用玻璃制品與玻璃包裝容器產(chǎn)量1993萬噸,如果按啤酒瓶所占比例35%左右估算,2010年我國啤酒瓶的產(chǎn)量為:700萬噸左右。據(jù)《日用玻璃行業(yè)準入條件》中要求:燃煤氣生產(chǎn)啤酒瓶的單位產(chǎn)品綜合能耗小于:370kgce/t(產(chǎn)品)計算,2010年全國啤酒瓶生產(chǎn)耗標煤約260萬噸/年。據(jù)此,如果都生產(chǎn)輕量瓶的話(假設),在總容量不變的情況下,則每年最小可節(jié)標煤10%左右,節(jié)約標煤26萬噸,減少二氧化碳排放約67萬噸,效果客觀。在此,只是假設情況下對啤酒瓶的輕量化后的節(jié)能量進行了的初步估算,準確度與實際情況有些差距,其目的在于提醒人們啤酒瓶輕量化對節(jié)能減排的意義非常重大,也是下一步行業(yè)進一步探討的重點。
五、輕量化生產(chǎn)技術的探討
生產(chǎn)輕量瓶,必須從設計從生產(chǎn)全過程的各個環(huán)節(jié)入手,從原料組織、配料、熔制、成型、退火等環(huán)節(jié)都必須嚴格控制,在提高材料的物理機械強度的前提下,使玻璃容器薄壁化從而實現(xiàn)輕量化目的。
1、采用科學的玻璃配方。玻璃的內在強度一定程度上取決于玻璃的主要成分,包裝用瓶罐玻璃主要成份是Na20—CaO—SiO2系玻璃。輕量化玻璃容器重點要考慮增加強度的成份,提高組成中網(wǎng)絡形成物含量,使玻璃結構更趨緊密的材料。組成中引入的氧化物離子的電荷要高,離子半徑要小。
2、采用合理的瓶型。研究合理的結構使玻璃容器壁厚減薄,玻璃容器的壁厚減小后,垂直荷重能力減小,但合理的結構可使其應力分布均勻、冷卻均勻和增加容器的“彈性”,其耐內壓強度和沖擊強度反而有可能得以提高。因此,可采取如下措施以保證垂直荷重強度稍微降低或不被降低:其一, 玻璃瓶造型最好是高度不大,瓶型越接近球形越好,而瓶型的線條則越簡單越好,無尖角或尖棱,各部分之間采用緩和過渡的光滑線型;其二,瓶身形狀呈圓柱形;其三,瓶肩線的曲率半徑越大的瓶肩結構;其四,瓶身與瓶底平緩過渡的構型較好。另外,瓶罐口部的加強環(huán)要盡量小,或取消加強環(huán);小口瓶的瓶頸不要細而長。
3、采用自動化配料。配料的制備工作是實現(xiàn)輕量化生產(chǎn)的第一步,配方、原料成分、粒度、配合料均勻度、碎玻璃的質量等指標的穩(wěn)定性對產(chǎn)品質量有較大的影響,要滿足以上要求人工配料是很難達到的。自動化配料車間采用計算機控制可確保配合料的質量。
4、采用高效的玻璃窯爐。窯爐是配合料經(jīng)加熱熔化成玻璃的地方,玻璃液的質量將直接關系到輕量瓶的生產(chǎn)。在此需強調的是窯爐運行工藝指標的穩(wěn)定性至關重要,尤其是熔化溫度、液面、窯壓要穩(wěn)定,波動要小。窯爐最好實行全保溫、鼓泡、電助熔、窯坎等技術,熱工參數(shù)使用微機控制等一系列措施。
5、 采用合理的成型工藝與設備。有效的成型工藝是獲得預期成型效果和均勻壁厚的保證,玻璃制品的成型和定型是連續(xù)進行的。成型過程中,需要控制玻璃的粘度、溫度,以及通過模具向周圍介質的熱傳遞。通常一般用玻璃的3個特征溫度值來控制成型操作,即軟化溫度、退火溫度和應變點。不同產(chǎn)品,必須通過試驗確定合理的參數(shù)。采用先進的制瓶機、供料道(機)及料道加熱系統(tǒng),配合先進的成型工藝是獲得均勻壁厚,實現(xiàn)輕量化的根本保證,如小口壓吹技術。
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