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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(shè)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(jié)構(gòu)，根據(jù)國內(nèi)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(guān)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(jì)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(jì)時代已經(jīng)來臨。低碳經(jīng)濟(jì)指的是，以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，其實質(zhì)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(jì)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(jìn)節(jié)能減排的科技創(chuàng)新。目前在世界范圍內(nèi)，許多知名企業(yè)已將“低碳經(jīng)濟(jì)”和“碳足跡”作為衡量企業(yè)的社會責(zé)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(jié)構(gòu)

        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(jī)、風(fēng)機(jī)、玻璃窯爐等設(shè)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(dá)國家的能源利用率一般高達(dá)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(shè)備玻璃窯爐，國內(nèi)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(zhì)量差，控制技術(shù)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(jìn)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(zhǔn)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(nèi)、外常用系列輕量化瓶單重計算表

注：滿口容量與容量的比值取：1.05；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(dá)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(nèi)普通啤酒瓶與輕量化瓶的比較見下表。

    國內(nèi)普通啤酒瓶與輕量化瓶的比較表

注：滿口容量與容量的比值取：1.05；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(dāng)然輕量化技術(shù)涉及面復(fù)雜，其成品能耗不僅與單重有關(guān)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(zhǔn)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(biāo)煤約260萬噸/年。據(jù)此，如果都生產(chǎn)輕量瓶的話（假設(shè)），在總?cè)萘坎蛔兊那闆r下，則每年最小可節(jié)標(biāo)煤10%左右，節(jié)約標(biāo)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(shè)情況下對啤酒瓶的輕量化后的節(jié)能量進(jìn)行了的初步估算，準(zhǔn)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(jìn)一步探討的重點。

五、輕量化生產(chǎn)技術(shù)的探討

生產(chǎn)輕量瓶，必須從設(shè)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(yán)格控制，在提高材料的物理機(jī)械強(qiáng)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(xué)的玻璃配方。玻璃的內(nèi)在強(qiáng)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(qiáng)度的成份，提高組成中網(wǎng)絡(luò)形成物含量，使玻璃結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可使其應(yīng)力分布均勻、冷卻均勻和增加容器的“彈性”，其耐內(nèi)壓強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)；其四，瓶身與瓶底平緩過渡的構(gòu)型較好。另外，瓶罐口部的加強(qiáng)環(huán)要盡量小，或取消加強(qiáng)環(huán)；小口瓶的瓶頸不要細(xì)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(zhì)量等指標(biāo)的穩(wěn)定性對產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響，要滿足以上要求人工配料是很難達(dá)到的。自動化配料車間采用計算機(jī)控制可確保配合料的質(zhì)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(zhì)量將直接關(guān)系到輕量瓶的生產(chǎn)。在此需強(qiáng)調(diào)的是窯爐運行工藝指標(biāo)的穩(wěn)定性至關(guān)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(shù)，熱工參數(shù)使用微機(jī)控制等一系列措施。

5、 采用合理的成型工藝與設(shè)備。有效的成型工藝是獲得預(yù)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(jìn)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(zhì)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(yīng)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(jìn)的制瓶機(jī)、供料道（機(jī)）及料道加熱系統(tǒng)，配合先進(jìn)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(shù)。