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(jì)院 研究員
山東省日用硅酸鹽工業(yè)協(xié)會(huì) 秘書長(zhǎng)
摘要：指出我國(guó)日用玻璃行業(yè)的現(xiàn)狀及能源消耗結(jié)構(gòu)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外常用輕量化瓶單重及普通啤酒瓶與輕量化瓶的對(duì)比分析，點(diǎn)明啤酒瓶輕量化與節(jié)能減排的關(guān)系，指出實(shí)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(shí)代已經(jīng)來(lái)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(shì)，一個(gè)對(duì)碳排放限制的低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代已經(jīng)來(lái)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(shí)質(zhì)是通過(guò)能源高效利用、清潔能源開(kāi)發(fā)、實(shí)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(huì)責(zé)任與實(shí)現(xiàn)企業(yè)新飛躍的發(fā)展方向。雖然在中國(guó)這些概念提出的時(shí)間并不長(zhǎng)，但不少企業(yè)早已有與之相符合的思路和理念。
二、我國(guó)日用玻璃行業(yè)的現(xiàn)狀
中國(guó)是日用玻璃生產(chǎn)大國(guó)，玻璃產(chǎn)量居世界前列。2010年全國(guó)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(wàn)噸。
三、我國(guó)日用玻璃行業(yè)能源消耗結(jié)構(gòu)
我國(guó)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(jià)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(guó)日用玻璃行業(yè)的能源利用率與國(guó)外相比，差距較大，發(fā)達(dá)國(guó)家的能源利用率一般高達(dá)50%以上，而我國(guó)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(guó)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(méi)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(guó)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(duì)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(guó)輕量化瓶是指：輕量化度不超過(guò)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(jì)算；
國(guó)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(jì)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(jiàn)下表。
國(guó)內(nèi)、外常用系列輕量化瓶單重計(jì)算表
容量ml | 滿口容量ml | 單重g（國(guó)內(nèi)） | 單重g（國(guó)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取：1.05；輕量化度均以為1計(jì)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(lái)講，目前我國(guó)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(guó)內(nèi)普通啤酒瓶與輕量化瓶的比較見(jiàn)下表。
國(guó)內(nèi)普通啤酒瓶與輕量化瓶的比較表
容量 | 普通瓶（國(guó)內(nèi)） | 輕量瓶（國(guó)內(nèi)） | 輕量瓶（國(guó)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取：1.05；輕量化度均以為1計(jì)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(jiǎn)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(guó)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(wàn)噸，如果按啤酒瓶所占比例35%左右估算，2010年我國(guó)啤酒瓶的產(chǎn)量為：700萬(wàn)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(jì)算，2010年全國(guó)啤酒瓶生產(chǎn)耗標(biāo)煤約260萬(wàn)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(wàn)噸，減少二氧化碳排放約67萬(wàn)噸，效果客觀。在此，只是假設(shè)情況下對(duì)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(shí)際情況有些差距，其目的在于提醒人們啤酒瓶輕量化對(duì)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(diǎn)。
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(jì)從生產(chǎn)全過(guò)程的各個(gè)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(shí)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(diǎn)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(jiǎn)單越好，無(wú)尖角或尖棱，各部分之間采用緩和過(guò)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(guò)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(zhǎng)。
3、采用自動(dòng)化配料。配料的制備工作是實(shí)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(duì)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(dòng)化配料車間采用計(jì)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(yùn)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(dòng)要小。窯爐最好實(shí)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(guò)程中，需要控制玻璃的粘度、溫度，以及通過(guò)模具向周圍介質(zhì)的熱傳遞。通常一般用玻璃的3個(gè)特征溫度值來(lái)控制成型操作，即軟化溫度、退火溫度和應(yīng)變點(diǎn)。不同產(chǎn)品，必須通過(guò)試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)輕量化的根本保證，如小口壓吹技術(shù)。
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