Efektywne kosztowo modernizacje energetyczne wspierają zrównoważoną produkcję

Stały szum wytłaczarek w zakładach produkcyjnych wytwarza dzień i noc ogromną gamę produktów z tworzyw sztucznych. Jednak za tą pozornie wydajną produkcją kryje się ukryta prawda: ogromne zużycie energii. Krytycznym pytaniem stojącym przed branżą jest, jak utrzymać wydajność i jakość, jednocześnie radykalnie zmniejszając zużycie energii, aby osiągnąć zieloną transformację w procesach wytłaczania.

Procesy wytłaczania i mieszania niewątpliwie opierają się na energochłonnym sprzęcie. Na szczęście postęp technologiczny w ostatnich latach znacznie poprawił efektywność energetyczną nowoczesnych linii wytłaczania. Nawet starsze linie produkcyjne można zmodernizować, aby znacznie zmniejszyć ich ślad energetyczny.

Szczegółowa analiza procesu wytłaczania ujawnia liczne czynniki wpływające na jakość mieszanki, wydajność i zużycie energii. Eksperci oceniają wszystkie parametry, aby opracować dostosowane rozwiązania modernizacyjne dla każdego systemu. Każdy proces produkcyjny i linia wytłaczania ma znaczny potencjał w zakresie redukcji energii i bardziej zrównoważonych operacji. W zrealizowanych projektach modernizacyjnych średnie oszczędności energii wynoszą od 8% do 14%.

Istnieje kilka podejść do optymalizacji bilansu energetycznego systemu wytłaczania. Sama modernizacja układów napędowych może znacznie poprawić wykorzystanie energii wejściowej. Dodatkowo, każdy poszczególny etap produkcji i ich wzajemne relacje oferują możliwości oszczędzania energii. Na przykład energię można odzyskać z wody do granulacji i zwrócić do procesu produkcyjnego w celu topienia materiału. Specjalnie zaprojektowane wymienniki ciepła ułatwiają ten proces. Nawet w sekcji procesu wytłaczania modyfikacja metod ogrzewania cylindra lub izolacji może zoptymalizować zużycie energii, a dostosowanie konfiguracji ślimaka może zmniejszyć zużycie energii.

Identyfikując potencjał poprawy bilansu energetycznego, eksperci biorą pod uwagę nie tylko samą wytłaczarkę, ale także systemy transportu materiału, podawania i granulacji. Kompleksowa wiedza o procesie i zrozumienie interakcji komponentów umożliwiają skuteczną identyfikację możliwości oszczędzania energii w całym systemie wytłaczania i mieszania.

Poniższe podejścia mogą znacznie zwiększyć efektywność energetyczną linii wytłaczania:

• Silniki o wysokiej sprawności: Wdrożenie silników klasy IE3 lub wyższej zmniejsza straty energii w silniku. Chociaż początkowa inwestycja jest wyższa, długoterminowe oszczędności energii zazwyczaj zwracają koszty w ciągu kilku lat.
• Wdrożenie przetwornicy częstotliwości: Dostosowanie prędkości silnika do rzeczywistych potrzeb produkcyjnych zapobiega pracy przy pełnym obciążeniu, co jest szczególnie korzystne w środowiskach produkcyjnych ze znacznymi wahaniami obciążenia.
• Optymalizacja układu przeniesienia napędu: Wymiana zużytych lub nieefektywnych przekładni, sprzęgieł i innych elementów przeniesienia napędu zmniejsza straty mechaniczne, a regularna konserwacja zapewnia optymalną wydajność.

• Zaawansowane technologie grzewcze: Zastąpienie tradycyjnego ogrzewania rezystancyjnego ogrzewaniem indukcyjnym elektromagnetycznym lub podczerwonym zapewnia szybsze, bardziej równomierne ogrzewanie o wyższej efektywności energetycznej.
• Precyzyjna kontrola temperatury: Wdrożenie algorytmów sterowania PID automatycznie dostosowuje moc grzewczą w oparciu o odchylenia temperatury, zapobiegając marnowaniu energii z przegrzania lub niedogrzania.
• Ulepszona izolacja: Zastosowanie zaawansowanych materiałów izolacyjnych, takich jak włókno ceramiczne lub aerogel, do cylindrów i matryc minimalizuje straty ciepła.

• Wybór metody chłodzenia: Wybór odpowiednich metod chłodzenia (powietrze, woda lub olej) w oparciu o charakterystykę materiału i wymagania procesowe poprawia wydajność.
• Recykling wody: Wdrożenie zamkniętych systemów chłodzenia z filtracją i dezynfekcją znacznie zmniejsza zużycie słodkiej wody.
• Odzysk ciepła odpadowego: Wykorzystanie ciepła odpadowego wody chłodzącej do podgrzewania materiału lub ogrzewania obiektu umożliwia kaskadowanie energii.

• Optymalna konfiguracja ślimaka: Wybór odpowiednich struktur ślimaka (pojedynczy, podwójny lub wieloślimakowy) w oparciu o wymagania materiałowe i procesowe zwiększa wydajność.
• Optymalizacja parametrów geometrycznych: Dostosowanie skoku, głębokości kanału i kąta helisy poprawia jakość uplastyczniania i obniża temperaturę topnienia.
• Śruby energooszczędne: Specjalistyczne konstrukcje śrub zmniejszają ciśnienie topnienia i zużycie energii.

• Optymalizacja parametrów: Systematyczne dostosowywanie temperatury, prędkości ślimaka i prędkości odciągu za pomocą metod projektowania eksperymentalnego identyfikuje optymalne kombinacje.
• Redukcja czasu uruchamiania: Wdrożenie systemów podgrzewania wstępnego i optymalizacja procedur uruchamiania minimalizuje straty energii podczas uruchamiania sprzętu.
• Redukcja odpadów: Poprawa kontroli jakości i optymalizacji procesu zmniejsza ilość odpadów materiałowych i poprawia wskaźniki wykorzystania.

• Precyzyjne systemy podawania: Podajniki grawimetryczne dokładnie kontrolują dopływ materiału w oparciu o rzeczywiste zużycie.
• Energooszczędna granulacja: Wdrożenie metod granulacji z pierścieniem wodnym lub chłodzeniem powietrzem zmniejsza zużycie energii na tym krytycznym etapie.
• Zoptymalizowany transport materiału: Pneumatyczne lub próżniowe systemy transportowe minimalizują zużycie energii podczas transportu materiału.

• Monitorowanie energii: Kompleksowe systemy zarządzania energią umożliwiają monitorowanie i analizę zużycia energii przez linię wytłaczania w czasie rzeczywistym.
• Ulepszenia oparte na danych: Wyniki analiz informują o ukierunkowanych planach modyfikacji oszczędzających energię.
• Szkolenie pracowników: Zwiększanie świadomości energetycznej i umiejętności pracowników sprzyja zbiorowemu uczestnictwu w działaniach na rzecz ochrony środowiska.

Producent tworzyw sztucznych eksploatujący starzejącą się linię wytłaczania jednoślimakowego do produkcji rur polietylenowych (PE) stanął w obliczu znacznych kosztów energii wpływających na rentowność. Ocena zidentyfikowała kilka kluczowych obszarów poprawy:

1. Przestarzały silnik napędowy klasy IE1
2. Nieskuteczny system ogrzewania rezystancyjnego
3. Zniszczona izolacja cylindra
4. Nierecyklingowy zrzut wody chłodzącej

Wdrożony program modernizacji obejmował:

1. Wymianę na silnik o wysokiej sprawności klasy IE3
2. Konwersję na ogrzewanie indukcyjne elektromagnetyczne
3. Instalację zaawansowanej izolacji z włókna ceramicznego
4. Wdrożenie zamkniętego chłodzenia z wieżami chłodniczymi

Wyniki wykazały:

• 12% redukcji energii na tonę wyprodukowanej rury PE
• 8% wzrostu produktywności dzięki szybszemu nagrzewaniu
• 90% redukcji w zużyciu wody chłodzącej
• Dwuletni okres zwrotu z inwestycji w modernizację

Ten przypadek ilustruje, w jaki sposób strategiczna modernizacja energetyczna może jednocześnie obniżyć koszty operacyjne, poprawić wydajność i zwiększyć zrównoważony rozwój środowiskowy w procesach wytłaczania.