Nâng cấp năng lượng hiệu quả về chi phí thúc đẩy sản xuất bền vững

Tiếng ồn ào liên tục của máy đùn trong các nhà máy sản xuất tạo ra một loạt các sản phẩm nhựa ngày đêm. Tuy nhiên, đằng sau quá trình sản xuất dường như hiệu quả này là một sự thật ẩn giấu: tiêu thụ năng lượng lớn. Câu hỏi quan trọng mà ngành công nghiệp phải đối mặt là làm thế nào để duy trì sản lượng và chất lượng trong khi giảm đáng kể việc sử dụng năng lượng để đạt được sự chuyển đổi xanh trong các quy trình đùn.

Các quy trình đùn và phối trộn không thể phủ nhận là phụ thuộc vào các thiết bị tiêu tốn nhiều năng lượng. May mắn thay, những tiến bộ công nghệ trong những năm gần đây đã cải thiện đáng kể hiệu quả năng lượng của các dây chuyền đùn hiện đại. Ngay cả các dây chuyền sản xuất cũ hơn cũng có thể được nâng cấp để giảm đáng kể lượng khí thải carbon của chúng.

Phân tích kỹ lưỡng quy trình đùn cho thấy nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hợp chất, sản lượng và tiêu thụ năng lượng. Các chuyên gia đánh giá tất cả các thông số để phát triển các giải pháp hiện đại hóa tùy chỉnh cho từng hệ thống. Mọi quy trình sản xuất và dây chuyền đùn đều có tiềm năng đáng kể để giảm năng lượng và các hoạt động bền vững hơn. Trong các dự án hiện đại hóa đã hoàn thành, mức tiết kiệm năng lượng trung bình dao động từ 8% đến 14%.

Có một số phương pháp để tối ưu hóa cân bằng năng lượng của hệ thống đùn. Chỉ riêng việc hiện đại hóa hệ thống truyền động có thể cải thiện đáng kể việc sử dụng năng lượng đầu vào. Ngoài ra, từng bước sản xuất riêng lẻ và mối quan hệ tương hỗ của chúng mang đến những cơ hội tiết kiệm năng lượng. Ví dụ, năng lượng có thể được thu hồi từ nước tạo hạt và trả lại cho quá trình sản xuất để làm nóng chảy vật liệu. Các bộ trao đổi nhiệt được thiết kế đặc biệt tạo điều kiện cho quá trình này. Ngay cả trong phần quy trình đùn, việc sửa đổi các phương pháp gia nhiệt thùng hoặc cách nhiệt có thể tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng, trong khi việc điều chỉnh cấu hình trục vít có thể làm giảm năng lượng đầu vào.

Khi xác định tiềm năng cải thiện cân bằng năng lượng, các chuyên gia không chỉ xem xét bản thân máy đùn mà còn cả hệ thống xử lý vật liệu, cấp liệu và tạo hạt. Kiến thức quy trình toàn diện và sự hiểu biết về sự tương tác của các thành phần cho phép xác định hiệu quả các cơ hội tiết kiệm năng lượng trong suốt hệ thống đùn và phối trộn.

Các phương pháp sau đây có thể tăng cường đáng kể hiệu quả năng lượng của dây chuyền đùn:

• Động cơ hiệu suất cao: Việc triển khai động cơ cấp IE3 trở lên làm giảm tổn thất năng lượng của động cơ. Mặc dù đầu tư ban đầu cao hơn, nhưng việc tiết kiệm năng lượng trong dài hạn thường thu hồi chi phí trong vòng vài năm.
• Triển khai bộ biến tần: Điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế giúp ngăn chặn hoạt động ở mức tải đầy đủ, đặc biệt có lợi trong môi trường sản xuất có sự dao động tải trọng đáng kể.
• Tối ưu hóa hệ thống truyền động: Thay thế các hộp số, khớp nối và các bộ phận truyền động khác bị mòn hoặc kém hiệu quả làm giảm tổn thất cơ học, với việc bảo trì thường xuyên đảm bảo hiệu suất tối ưu.

• Công nghệ sưởi ấm tiên tiến: Thay thế gia nhiệt điện trở truyền thống bằng gia nhiệt cảm ứng điện từ hoặc gia nhiệt hồng ngoại mang lại khả năng gia nhiệt nhanh hơn, đồng đều hơn với hiệu quả năng lượng cao hơn.
• Kiểm soát nhiệt độ chính xác: Việc triển khai các thuật toán điều khiển PID tự động điều chỉnh công suất gia nhiệt dựa trên độ lệch nhiệt độ, ngăn ngừa lãng phí năng lượng do quá nhiệt hoặc thiếu nhiệt.
• Cách nhiệt nâng cao: Áp dụng các vật liệu cách nhiệt tiên tiến như sợi gốm hoặc aerogel cho thùng và khuôn giúp giảm thiểu thất thoát nhiệt.

• Lựa chọn phương pháp làm mát: Việc lựa chọn các phương pháp làm mát thích hợp (không khí, nước hoặc dầu) dựa trên đặc tính vật liệu và yêu cầu quy trình sẽ cải thiện hiệu quả.
• Tái chế nước: Việc triển khai các hệ thống làm mát khép kín với hệ thống lọc và khử trùng làm giảm đáng kể việc tiêu thụ nước ngọt.
• Thu hồi nhiệt thải: Việc sử dụng nhiệt thải của nước làm mát để gia nhiệt trước vật liệu hoặc gia nhiệt cơ sở cho phép năng lượng phân tầng.

• Cấu hình trục vít tối ưu: Việc lựa chọn các cấu trúc trục vít thích hợp (đơn, đôi hoặc đa trục vít) dựa trên vật liệu và yêu cầu quy trình sẽ nâng cao hiệu quả.
• Tối ưu hóa thông số hình học: Điều chỉnh bước, độ sâu rãnh và góc xoắn ốc sẽ cải thiện chất lượng hóa dẻo và giảm nhiệt độ nóng chảy.
• Trục vít tiết kiệm năng lượng: Thiết kế trục vít chuyên dụng làm giảm áp suất nóng chảy và tiêu thụ năng lượng.

• Tối ưu hóa thông số: Điều chỉnh có hệ thống nhiệt độ, tốc độ trục vít và tốc độ kéo thông qua các phương pháp thiết kế thực nghiệm sẽ xác định các kết hợp tối ưu.
• Giảm thời gian khởi động: Việc triển khai các hệ thống gia nhiệt trước và tối ưu hóa các quy trình khởi động sẽ giảm thiểu lãng phí năng lượng trong quá trình khởi động thiết bị.
• Giảm thiểu chất thải: Nâng cao kiểm soát chất lượng và tối ưu hóa quy trình làm giảm chất thải vật liệu và cải thiện tỷ lệ sử dụng.

• Hệ thống cấp liệu chính xác: Bộ cấp liệu trọng lượng kiểm soát chính xác lượng vật liệu đầu vào dựa trên mức tiêu thụ thực tế.
• Tạo hạt tiết kiệm năng lượng: Việc triển khai các phương pháp tạo hạt bằng vòng nước hoặc làm mát bằng không khí làm giảm mức tiêu thụ năng lượng trong giai đoạn quan trọng này.
• Xử lý vật liệu tối ưu: Hệ thống vận chuyển bằng khí nén hoặc chân không giảm thiểu việc sử dụng năng lượng trong quá trình vận chuyển vật liệu.

• Giám sát năng lượng: Hệ thống quản lý năng lượng toàn diện cho phép giám sát và phân tích việc sử dụng năng lượng của dây chuyền đùn theo thời gian thực.
• Cải tiến dựa trên dữ liệu: Kết quả phân tích thông báo các kế hoạch sửa đổi tiết kiệm năng lượng được nhắm mục tiêu.
• Đào tạo lực lượng lao động: Nâng cao nhận thức và kỹ năng về năng lượng của nhân viên sẽ thúc đẩy sự tham gia tập thể vào các nỗ lực bảo tồn.

Một nhà sản xuất nhựa vận hành một dây chuyền đùn trục vít đơn cũ để sản xuất ống polyetylen (PE) phải đối mặt với chi phí năng lượng đáng kể ảnh hưởng đến lợi nhuận. Đánh giá đã xác định một số lĩnh vực cải thiện chính:

1. Động cơ truyền động cấp IE1 lỗi thời
2. Hệ thống gia nhiệt điện trở không hiệu quả
3. Cách nhiệt thùng bị hư hỏng
4. Xả nước làm mát không tái chế

Chương trình hiện đại hóa được triển khai bao gồm:

1. Thay thế bằng động cơ hiệu suất cao cấp IE3
2. Chuyển đổi sang gia nhiệt cảm ứng điện từ
3. Lắp đặt cách nhiệt sợi gốm tiên tiến
4. Triển khai làm mát khép kín bằng tháp giải nhiệt

Kết quả đã chứng minh:

• Giảm 12% năng lượng trên mỗi tấn ống PE được sản xuất
• Tăng 8% năng suất từ việc gia nhiệt nhanh hơn
• Giảm 90% trong việc tiêu thụ nước làm mát
• Thời gian hoàn vốn hai năm về đầu tư hiện đại hóa

Trường hợp này minh họa cách hiện đại hóa năng lượng chiến lược có thể đồng thời giảm chi phí vận hành, cải thiện hiệu quả và tăng cường tính bền vững về môi trường trong các quy trình đùn.