中國橡膠機械網 中國橡機行業商務年鑒之技術創新
◆ 橡膠機械節能新技術及其應用
能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。過去100多年里，發達國家先后完成了工業化，消耗了地球上大量的自然資源，特別是能源資源。作為當今世界上最大的發展中國家，中國堅持節約資源和保護環境的基本國策，把建設資源節約型、環境友好型社會放在工業化、現代化發展戰略的突出位置，努力增強可持續發展能力，建設創新型國家，繼續為世界經濟發展和繁榮作出更大貢獻。
我國“十一五”規劃綱要明確提出了降低能源強度的目標，要求單位國內生產總值能耗比2005年降低20%；“十二五”規劃更進一步提出了降低碳排放強度的節能減排目標，要求單位國內生產總值能耗和二氧化碳排放分別降低16%和17%，主要污染物排放總量減少8%至10%。近年來，在上述指標的推動下，國內橡膠機械企業紛紛響應號召，積極將各種新能源、新方法和新技術應用于橡膠機械設備及其生產制造上，收到了良好效果。
1．變頻技術
橡膠工業生產中除密煉機外，有許多設備在運行過程中的負荷是變化的，也有一些設備采用整流子電機變速的技術，這些都可以運用變頻技術進行改造，從而達到節能的目的。
在煉膠工序，通過在密煉機液壓站、膠片冷卻裝置、冷卻水泵等設備或部位安裝變頻器，可便于控制電機的轉速，減少系統生熱，最終實現節約用電、降低維修費用的目的。
在壓出工序，無論是胎面、胎側還是內胎胎筒和膠條等型膠的壓出，將變頻技術應用于擠出機、壓出聯動皮帶及送膠皮帶的控制上，可提高前后工序的協調性，減少無用功的消耗，達到節能30%的效果。
在成型工序，已成功地將變頻技術應用于鋼絲圈壓出纏繞聯動生產線、成型機等設備的控制上。鋼絲圈壓出纏繞聯動生產線經改造后，提高了設備整體控制穩定性，運行安全可靠，鋼絲圈搭頭長度準確，質量和效率都得到提高，能耗和故障明顯降低，生產效率可提高20%。成型機電機改用變頻器控制后，利用變頻器的軟啟動功能，將主電機的直接啟動方式改為變頻啟動，使主電機在低電流狀態下運行，改變電機長期處于超負荷的狀態，解決了電機頻繁燒壞的難題，而且設備運行更平穩，保證了胎坯成型質量，能耗明顯降低，節電效率達到25%左右。
在動力供應方面，變頻技術已成功地應用于鍋爐的鼓、引風機、各種水泵、空壓機等設備和部位上。通過使用變頻器，方便控制速度，從而提高生產效率，節約用電，降低運行費用。動力站水泵機組采用變頻調速驅動時，可節能30%。供汽鍋爐采用交流變頻調速控制給煤機爐排電機速度，可有效提高燃煤性能而節煤。
2．遠紅外加熱
遠紅外加熱具有效率高、穿透力強的特點，除用于加熱動態脫硫罐外，還可用于臥式硫化罐等設備的加熱。加熱硫化罐時，與用蒸汽加熱硫化相比，節能35%。青島天利達橡塑機械有限公司與青島國人橡膠研究院合作，研發成功遠紅外加熱輪胎硫化罐。在輪胎硫化罐內設置遠紅外加熱器作為輪胎硫化時的外溫能源，徹底省去鍋爐這個耗能大、污染嚴重、熱效率低的設備，使輪胎生產有史以來第一次擺脫了鍋爐的束縛，能夠在相對潔凈的環境中運營；同時使用遠紅外加熱熱效率非常高，真正起到了環保高效的作用。
3．導熱油加熱
導熱油加熱技術具有下列優點：⑴節能率高，節能效果顯著；⑵溫度調控方便易行；⑶無壓力運行，使用安全可靠，運行費用低；⑷設備構成簡單，制造、使用成本低；⑸最佳加熱溫度范圍在100℃～380℃內，適用加熱范圍廣；⑹可循環使用，符合綠色環保原則。
據成功經驗，當用于平板硫化機加熱硫化時，與蒸汽加熱相比，可節能10%，提高生產效率20%，熱板溫差控制在±2℃之內。內蒙古立誠橡塑機械有限公司的12000×240mm橋式橡膠水壩接幅平板硫化機采用導熱油作為熱源后，其運行成本比蒸汽或電熱可降低約1/3。
4．太陽能
眾所周知，太陽能是清潔能源，無需消耗資源。將太陽能用于鍋爐給水加溫和生活用水加溫，一般將水溫升至50℃，此時利用太陽能的能效最高。利用太陽能無需支出能源費用，僅需投資費用和設備保養費用。據山東泰山輪胎有限公司測算，收回投資費用需要6年時間。山東豪邁集團股份有限公司（以下簡稱：豪邁集團）太陽能利用項目入列國家金太陽示范項目。該項目裝機容量8WM，在山東豪邁集團旗下的豪邁科技、豪邁制造共4個廠區建設。建成后，豪邁集團生產、辦公用電將由太陽能發電供給。
5.密煉機節能
密煉機混煉是混煉工藝中的最主要方式，目前其混煉工藝主要是傳統的多段混煉法，膠料多次通過密煉機，反復經歷高溫和冷卻，其能耗相當大。如果能夠降低密煉機混煉的能耗，其節能意義重大，一方面可以降低橡膠企業的生產成本，另一方面可以推動橡膠工業的節能減排。
目前應用于降低密煉機能量消耗的新方法有：⑴設計/選用新型轉子，確保膠料所受剪切和攪拌次數增多，配合劑分散更快、更均勻。⑵提高密煉室和轉子的熱交換能力。具體做法是通過采用高強度合金精密鑄造的轉子，增大傳熱面積，以便更多地帶走混煉過程產生的熱量，減少膠料升溫，從而降低單位煉膠量的能耗。⑶采用變速混煉工藝。配備可調速電機，在混煉周期內分時段控制密煉機轉子速度。⑷提高密煉機加工裝配精度和質量，減少阻力損失。
6.硫化機節能
硫化工序是橡膠制品生產過程中耗能最多的環節，以輪胎硫化為例，通常占到企業熱源消耗的90%以上，如何創新思維，優化工裝設備及生產工藝，做好節能降耗，直接影響到企業的節能效果及經濟效益。
目前從硫化設備入手，開展節能降耗的新方法有：⑴采用導熱油技術，替代蒸汽加熱熱板方式。導熱油，又稱有機熱載體或熱介質油，作為中間傳熱介質應用在工業換熱過程中。導熱油通過導熱油爐，利用循環油泵強制液相循環，將熱能輸送給用熱設備后，繼而返回重新加熱的直流式特種工業爐。導熱油可在較低的運行壓力下，獲得較高的工作溫度，有效降低管線和鍋爐的工作壓力，泄漏率低，應用比較安全。導熱油熱傳導效率高、熱損失小，升溫快、降溫慢。溫度控制精確，受熱相對均勻。與導熱油接觸的設備、管線、受熱件的使用壽命會成倍延長。大大減少了設備和管線的維護工作量。與蒸汽加熱相比，導熱油的加熱省略了水處理系統和設備，提高了系統熱效率。可以減少加熱系統的初投資和操作費用。導熱油應用在硫化機外溫加熱上，可簡化控制方式和管線的布局，溫度控制精確，熱板和管線的使用壽命會成倍延長，維護成本將會大大降低;由于是導熱油循環加熱，使上下熱板、模套受熱更加均勻，波動小。⑵減小非硫化時間，提高設備效率。桂林橡膠機械廠通過對各用戶的非硫化時間的統計，發現由于使用的習慣的不同，各廠非硫化時間差別很大。通過對硫化機各部件運動時間的分析，結合設備的實際情況，制訂出各部件最佳的運動時間，同時優化程序設計，并采用4極電機，使1600硫化機的非硫化時間縮短了40%左右。⑶采用熱板替代蒸鍋。拿1600硫化機來比較，蒸鍋單個容積為2.07 m3，一副上下熱板的容積為0.07 m3，加上模套容積約為0.13 m3，兩者相比，蒸鍋容積是熱板容積的16倍；加上蒸鍋受熱件多，硫化結束后要排外壓，模具會冷卻。改用熱板后，外壓蒸汽消耗比蒸鍋降低非常明顯，據相關企業測算，能耗降低30%左右。
7.輪胎工藝能源優化
工藝能源優化是兼顧到節能和環保兩方面需求的綜合解決方案。我國輪胎行業的首個能源優化項目，是通過將無疏水閥不等壓蒸汽供熱系統和海水淡化技術應用于輪胎生產過程，實現節能減排和資源綜合利用。
該項目由硫化車間蒸汽節能和污水資源化兩個子項目構成。硫化車間蒸汽節能子項目采用世界最先進的無疏水閥不等壓蒸汽供熱系統，取消了傳統的疏水閥，從根本上解決了疏水閥管理難的問題，具有能效高、蒸汽無泄漏、系統免維修等優點。使用表明，節汽率達到37.7%，大大超出了20%的預定標準，每年可節約標煤0.69萬噸，節水12.6萬噸，減排二氧化碳1.79萬噸，減排二氧化硫96噸，消除了屋面排汽現象。污水資源化子項目采用生化初步處理結合膜分離深度處理的方式，以較低的運行費用實現污水的回收再利用，處理后的水與飲用純凈水水質相當，并可減少廢水處理系統的占地面積。
該項目由中國化學工業桂林工程有限公司和雙錢集團（如皋）輪胎有限公司共同開發，自2012年9月建成投入使用后，運行狀態良好，達到預期效果。無疏水閥不等壓蒸汽供熱系統是我國供熱系統技術領域中唯一獲得國家發明專利授權的新型供熱技術，也是首例領先于發達國家的供熱技術。
◆ 橡膠機械節能新技術及其應用
能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。過去100多年里，發達國家先后完成了工業化，消耗了地球上大量的自然資源，特別是能源資源。作為當今世界上最大的發展中國家，中國堅持節約資源和保護環境的基本國策，把建設資源節約型、環境友好型社會放在工業化、現代化發展戰略的突出位置，努力增強可持續發展能力，建設創新型國家，繼續為世界經濟發展和繁榮作出更大貢獻。
我國“十一五”規劃綱要明確提出了降低能源強度的目標，要求單位國內生產總值能耗比2005年降低20%；“十二五”規劃更進一步提出了降低碳排放強度的節能減排目標，要求單位國內生產總值能耗和二氧化碳排放分別降低16%和17%，主要污染物排放總量減少8%至10%。近年來，在上述指標的推動下，國內橡膠機械企業紛紛響應號召，積極將各種新能源、新方法和新技術應用于橡膠機械設備及其生產制造上，收到了良好效果。
1．變頻技術
橡膠工業生產中除密煉機外，有許多設備在運行過程中的負荷是變化的，也有一些設備采用整流子電機變速的技術，這些都可以運用變頻技術進行改造，從而達到節能的目的。
在煉膠工序，通過在密煉機液壓站、膠片冷卻裝置、冷卻水泵等設備或部位安裝變頻器，可便于控制電機的轉速，減少系統生熱，最終實現節約用電、降低維修費用的目的。
在壓出工序，無論是胎面、胎側還是內胎胎筒和膠條等型膠的壓出，將變頻技術應用于擠出機、壓出聯動皮帶及送膠皮帶的控制上，可提高前后工序的協調性，減少無用功的消耗，達到節能30%的效果。
在成型工序，已成功地將變頻技術應用于鋼絲圈壓出纏繞聯動生產線、成型機等設備的控制上。鋼絲圈壓出纏繞聯動生產線經改造后，提高了設備整體控制穩定性，運行安全可靠，鋼絲圈搭頭長度準確，質量和效率都得到提高，能耗和故障明顯降低，生產效率可提高20%。成型機電機改用變頻器控制后，利用變頻器的軟啟動功能，將主電機的直接啟動方式改為變頻啟動，使主電機在低電流狀態下運行，改變電機長期處于超負荷的狀態，解決了電機頻繁燒壞的難題，而且設備運行更平穩，保證了胎坯成型質量，能耗明顯降低，節電效率達到25%左右。
在動力供應方面，變頻技術已成功地應用于鍋爐的鼓、引風機、各種水泵、空壓機等設備和部位上。通過使用變頻器，方便控制速度，從而提高生產效率，節約用電，降低運行費用。動力站水泵機組采用變頻調速驅動時，可節能30%。供汽鍋爐采用交流變頻調速控制給煤機爐排電機速度，可有效提高燃煤性能而節煤。
2．遠紅外加熱
遠紅外加熱具有效率高、穿透力強的特點，除用于加熱動態脫硫罐外，還可用于臥式硫化罐等設備的加熱。加熱硫化罐時，與用蒸汽加熱硫化相比，節能35%。青島天利達橡塑機械有限公司與青島國人橡膠研究院合作，研發成功遠紅外加熱輪胎硫化罐。在輪胎硫化罐內設置遠紅外加熱器作為輪胎硫化時的外溫能源，徹底省去鍋爐這個耗能大、污染嚴重、熱效率低的設備，使輪胎生產有史以來第一次擺脫了鍋爐的束縛，能夠在相對潔凈的環境中運營；同時使用遠紅外加熱熱效率非常高，真正起到了環保高效的作用。
3．導熱油加熱
導熱油加熱技術具有下列優點：⑴節能率高，節能效果顯著；⑵溫度調控方便易行；⑶無壓力運行，使用安全可靠，運行費用低；⑷設備構成簡單，制造、使用成本低；⑸最佳加熱溫度范圍在100℃～380℃內，適用加熱范圍廣；⑹可循環使用，符合綠色環保原則。
據成功經驗，當用于平板硫化機加熱硫化時，與蒸汽加熱相比，可節能10%，提高生產效率20%，熱板溫差控制在±2℃之內。內蒙古立誠橡塑機械有限公司的12000×240mm橋式橡膠水壩接幅平板硫化機采用導熱油作為熱源后，其運行成本比蒸汽或電熱可降低約1/3。
4．太陽能
眾所周知，太陽能是清潔能源，無需消耗資源。將太陽能用于鍋爐給水加溫和生活用水加溫，一般將水溫升至50℃，此時利用太陽能的能效最高。利用太陽能無需支出能源費用，僅需投資費用和設備保養費用。據山東泰山輪胎有限公司測算，收回投資費用需要6年時間。山東豪邁集團股份有限公司（以下簡稱：豪邁集團）太陽能利用項目入列國家金太陽示范項目。該項目裝機容量8WM，在山東豪邁集團旗下的豪邁科技、豪邁制造共4個廠區建設。建成后，豪邁集團生產、辦公用電將由太陽能發電供給。
5.密煉機節能
密煉機混煉是混煉工藝中的最主要方式，目前其混煉工藝主要是傳統的多段混煉法，膠料多次通過密煉機，反復經歷高溫和冷卻，其能耗相當大。如果能夠降低密煉機混煉的能耗，其節能意義重大，一方面可以降低橡膠企業的生產成本，另一方面可以推動橡膠工業的節能減排。
目前應用于降低密煉機能量消耗的新方法有：⑴設計/選用新型轉子，確保膠料所受剪切和攪拌次數增多，配合劑分散更快、更均勻。⑵提高密煉室和轉子的熱交換能力。具體做法是通過采用高強度合金精密鑄造的轉子，增大傳熱面積，以便更多地帶走混煉過程產生的熱量，減少膠料升溫，從而降低單位煉膠量的能耗。⑶采用變速混煉工藝。配備可調速電機，在混煉周期內分時段控制密煉機轉子速度。⑷提高密煉機加工裝配精度和質量，減少阻力損失。
6.硫化機節能
硫化工序是橡膠制品生產過程中耗能最多的環節，以輪胎硫化為例，通常占到企業熱源消耗的90%以上，如何創新思維，優化工裝設備及生產工藝，做好節能降耗，直接影響到企業的節能效果及經濟效益。
目前從硫化設備入手，開展節能降耗的新方法有：⑴采用導熱油技術，替代蒸汽加熱熱板方式。導熱油，又稱有機熱載體或熱介質油，作為中間傳熱介質應用在工業換熱過程中。導熱油通過導熱油爐，利用循環油泵強制液相循環，將熱能輸送給用熱設備后，繼而返回重新加熱的直流式特種工業爐。導熱油可在較低的運行壓力下，獲得較高的工作溫度，有效降低管線和鍋爐的工作壓力，泄漏率低，應用比較安全。導熱油熱傳導效率高、熱損失小，升溫快、降溫慢。溫度控制精確，受熱相對均勻。與導熱油接觸的設備、管線、受熱件的使用壽命會成倍延長。大大減少了設備和管線的維護工作量。與蒸汽加熱相比，導熱油的加熱省略了水處理系統和設備，提高了系統熱效率。可以減少加熱系統的初投資和操作費用。導熱油應用在硫化機外溫加熱上，可簡化控制方式和管線的布局，溫度控制精確，熱板和管線的使用壽命會成倍延長，維護成本將會大大降低;由于是導熱油循環加熱，使上下熱板、模套受熱更加均勻，波動小。⑵減小非硫化時間，提高設備效率。桂林橡膠機械廠通過對各用戶的非硫化時間的統計，發現由于使用的習慣的不同，各廠非硫化時間差別很大。通過對硫化機各部件運動時間的分析，結合設備的實際情況，制訂出各部件最佳的運動時間，同時優化程序設計，并采用4極電機，使1600硫化機的非硫化時間縮短了40%左右。⑶采用熱板替代蒸鍋。拿1600硫化機來比較，蒸鍋單個容積為2.07 m3，一副上下熱板的容積為0.07 m3，加上模套容積約為0.13 m3，兩者相比，蒸鍋容積是熱板容積的16倍；加上蒸鍋受熱件多，硫化結束后要排外壓，模具會冷卻。改用熱板后，外壓蒸汽消耗比蒸鍋降低非常明顯，據相關企業測算，能耗降低30%左右。
7.輪胎工藝能源優化
工藝能源優化是兼顧到節能和環保兩方面需求的綜合解決方案。我國輪胎行業的首個能源優化項目，是通過將無疏水閥不等壓蒸汽供熱系統和海水淡化技術應用于輪胎生產過程，實現節能減排和資源綜合利用。
該項目由硫化車間蒸汽節能和污水資源化兩個子項目構成。硫化車間蒸汽節能子項目采用世界最先進的無疏水閥不等壓蒸汽供熱系統，取消了傳統的疏水閥，從根本上解決了疏水閥管理難的問題，具有能效高、蒸汽無泄漏、系統免維修等優點。使用表明，節汽率達到37.7%，大大超出了20%的預定標準，每年可節約標煤0.69萬噸，節水12.6萬噸，減排二氧化碳1.79萬噸，減排二氧化硫96噸，消除了屋面排汽現象。污水資源化子項目采用生化初步處理結合膜分離深度處理的方式，以較低的運行費用實現污水的回收再利用，處理后的水與飲用純凈水水質相當，并可減少廢水處理系統的占地面積。
該項目由中國化學工業桂林工程有限公司和雙錢集團（如皋）輪胎有限公司共同開發，自2012年9月建成投入使用后，運行狀態良好，達到預期效果。無疏水閥不等壓蒸汽供熱系統是我國供熱系統技術領域中唯一獲得國家發明專利授權的新型供熱技術，也是首例領先于發達國家的供熱技術。
