基于TPS的鍋爐精益能源管理

袁熹廷

摘 要：本文記錄了通過(guò)將TPS中的單元導(dǎo)入廣州卷煙廠鍋爐管理中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：TPS 鍋爐

（一）鍋爐精益能源管理的價(jià)值導(dǎo)向

在精益生產(chǎn)的理念里面，無(wú)可避免的是對(duì)“價(jià)值”的把握和深究。

廣州卷煙廠通過(guò)精益管理的導(dǎo)入和開(kāi)展，尋求將往日的推動(dòng)式生產(chǎn)改變?yōu)椤耙孕铻楸尽钡睦瓌?dòng)式生產(chǎn)：

把天然氣和水等看作原材料，將蒸汽當(dāng)作我們的產(chǎn)品，而卷包車間、制絲車間及實(shí)驗(yàn)線等用汽部門就成為我們產(chǎn)品的需求客戶，整個(gè)動(dòng)力供給呈產(chǎn)品化發(fā)展。

我們運(yùn)用價(jià)值工程分析：生產(chǎn)車間的需求價(jià)值為V，鍋爐的產(chǎn)能水平為F，生產(chǎn)總成本為C：

若想獲得產(chǎn)品的價(jià)值最大化（增值），我們可以從提高鍋爐的產(chǎn)能水平（如蒸汽質(zhì)量）及降低生產(chǎn)成本著手。而生產(chǎn)成本包括必須的增值成本及非增值成本：

從上述公式我們可以得到清晰的導(dǎo)向：一方面要嘗試挖掘鍋爐的潛能，提高其工作效率，另一方面則要在增值成本既定的情況下，大大降低非增值成本。

而我們調(diào)研發(fā)現(xiàn)，鍋爐蒸汽的非增值不單存在于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，甚至在運(yùn)輸過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生。于是我們定義非增值蒸汽為：不參與生產(chǎn)增值的蒸汽用汽，主要由鍋爐自用汽、管道熱損失、疏水系統(tǒng)損耗及其他損耗組成。

（二）TPS導(dǎo)入鍋爐精益能源管理

豐田汽車的生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)行“反向搬運(yùn)”，將傳統(tǒng)的“推進(jìn)方式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄瓌?dòng)方式”，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的巨大創(chuàng)新，為JIT準(zhǔn)時(shí)制的誕生奠定了基礎(chǔ)開(kāi)始，豐田汽車公司及其創(chuàng)造的豐田生產(chǎn)方式（Toyota Production System，簡(jiǎn)稱TPS）成為了全球企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)和競(jìng)相效仿的對(duì)象。其中，JIT準(zhǔn)時(shí)制與自働化是TPS的兩大支柱。

我們將其各子系統(tǒng)從總體系上摘除下來(lái)，對(duì)癥下藥地“一對(duì)一輔助”，實(shí)現(xiàn)柔性構(gòu)造：

（三）優(yōu)化鍋爐運(yùn)行調(diào)控，挖掘鍋爐運(yùn)行節(jié)能潛力

1.均衡生產(chǎn)與最佳風(fēng)氣比的確定

性質(zhì)：F↑ ——提高鍋爐產(chǎn)能

TPS子系統(tǒng)：均衡生產(chǎn)

在TPS中，消除構(gòu)成最終產(chǎn)品的各種零部件和原材料使用量的波動(dòng)，極力減少零部件和原材料的剩余量，這就是“零部件使用的均衡化”。天然氣作為我們蒸汽產(chǎn)品的原材料，它的使用量必須處于一個(gè)均衡狀態(tài)，才能避免浪費(fèi)的產(chǎn)生。而這會(huì)涉及到鍋爐的風(fēng)氣比這一數(shù)值的確定。

我們不斷提高鍋爐燃燒機(jī)風(fēng)氣比調(diào)節(jié)操作技能，試驗(yàn)配合出最佳風(fēng)氣比數(shù)據(jù)并記錄下來(lái)。

2.自働化與火位設(shè)置

性質(zhì)： C1↓ ——降低增值成本

TPS子系統(tǒng)：自働化

鍋爐在自動(dòng)運(yùn)行模式下，火位會(huì)隨著用汽量的大小不斷發(fā)生變化，火焰的不斷交變，實(shí)際是一個(gè)熱損失過(guò)程，變化越多，損失越大。當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，火位變化區(qū)間很小，如果以自動(dòng)控制模式運(yùn)行，燃燒機(jī)啟、停頻繁，能耗增大。我們于此導(dǎo)入了TPS的自働化子系統(tǒng)。

自働化是TPS的支柱之一，是讓系統(tǒng)擁有人的"智慧"。當(dāng)被加工零件或產(chǎn)品出現(xiàn)不良時(shí)，系統(tǒng)能即時(shí)判斷并自動(dòng)停止，實(shí)現(xiàn)零缺陷。自働化是有人字偏傍的，強(qiáng)調(diào)的是人機(jī)最佳結(jié)合，而不是單單的用機(jī)械代替人力的自動(dòng)化。

我們將特殊生產(chǎn)情況和鍋爐實(shí)際運(yùn)行結(jié)合，并根據(jù)各生產(chǎn)線生產(chǎn)所需的最低壓力，監(jiān)控系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)發(fā)出“提醒”，司爐工轉(zhuǎn)用手動(dòng)模式，減少因火位頻繁變化引起的額外能耗，保證供汽量和供汽壓力的穩(wěn)定。

（四）價(jià)值流分析，完善鍋爐系統(tǒng)設(shè)備

1.加強(qiáng)疏水系統(tǒng)保養(yǎng)，避免管道中冷凝水長(zhǎng)期滯留

性質(zhì)：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系統(tǒng)：JIT準(zhǔn)時(shí)制

鍋爐啟爐送汽前需對(duì)蒸汽管道進(jìn)行預(yù)熱暖管，即是一個(gè)用緩慢加熱的方法將蒸汽管道逐漸加熱到接近其工作溫度的過(guò)程。由于廣州卷煙廠廠區(qū)面積大、管道長(zhǎng)，蒸汽輸送距離遠(yuǎn)，每周鍋爐啟動(dòng)之后都要經(jīng)歷一段較長(zhǎng)的管道預(yù)熱暖管時(shí)間。主要原因在于鍋爐停機(jī)后蒸汽管道中還有冷凝水滯留，不能及時(shí)排出，這不僅延長(zhǎng)了暖管時(shí)間，還容易造成水擊現(xiàn)象，造成非增值蒸汽產(chǎn)生。

我們對(duì)鍋爐起爐過(guò)程運(yùn)用價(jià)值流分析：

在長(zhǎng)達(dá)64分鐘的起爐時(shí)間里，C/T（周期時(shí)間）=30min的“暖管”便占據(jù)了其中的46.9%，不產(chǎn)生價(jià)值之余，反而形成“儲(chǔ)存”白白延緩我們的蒸汽產(chǎn)品送達(dá)顧客手中的進(jìn)程。而在暖管過(guò)程中產(chǎn)生5%的蒸汽損耗，也是我們力求消除的非增值耗能。

2.完善蒸汽輸送管網(wǎng)保溫，減少鍋爐蒸汽系統(tǒng)熱量損耗

性質(zhì)：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系統(tǒng)：消除輸送過(guò)程浪費(fèi)

我們發(fā)現(xiàn)地下管溝區(qū)域內(nèi)，部分膨脹節(jié)表面最高溫度為174℃，遠(yuǎn)超過(guò)燃?xì)忮仩t能效標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。對(duì)此，我們快速購(gòu)入一批保溫套，對(duì)裸露的膨脹節(jié)進(jìn)行包裹，有效降低了蒸汽在輸送過(guò)程中的散熱損失。

3.降低鍋爐排污率，提升蒸汽產(chǎn)能

性質(zhì)：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系統(tǒng)：消除生產(chǎn)過(guò)程浪費(fèi)

鍋爐是能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，在蒸汽生產(chǎn)過(guò)程中，始終遵循鍋爐的熱平衡規(guī)律。通過(guò)對(duì)鍋爐工質(zhì)側(cè)的熱平衡展開(kāi)分析，我們發(fā)現(xiàn)新的節(jié)能潛力點(diǎn)。

鍋爐工質(zhì)側(cè)熱平衡公式為：

Q給水+Q燃料=Q排污+Q自用+Q蒸汽

根據(jù)公式可知，若單位輸入熱量不變的情況下，要想提升蒸汽產(chǎn)能，則可通過(guò)降低排污及自用汽來(lái)實(shí)現(xiàn)。即：

Q蒸汽↑=（Q給水+Q燃料）-（Q排污↓+Q自用↓）

排污率每降低1%，對(duì)于蒸發(fā)量20t/h的鍋爐，每小時(shí)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤14kg，相當(dāng)于熱值20.9MJ/kg的燃煤19.6kg/h。但是，根據(jù)過(guò)往水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示，廣州卷煙廠鍋爐的排污率為10.7%，高于工業(yè)鍋爐標(biāo)準(zhǔn)（≤10%）。

采用復(fù)合再生劑，提升給水品質(zhì)；

采用含有適當(dāng)比例絡(luò)合劑與弱堿鹽的新型復(fù)合再生劑，取代工業(yè)鹽作為軟化器再生劑，使軟化水由原來(lái)的單一鈉鹽改變?yōu)殁c鹽和弱堿鹽兩種成分，有效改善了鍋爐給水水質(zhì)。

1）提高鍋爐液面排污的控制參數(shù)；

鍋爐在自動(dòng)控制狀態(tài)下，液面排污閥的開(kāi)度會(huì)根據(jù)電導(dǎo)率的變化而調(diào)整，采用復(fù)合再生劑后，鍋爐水質(zhì)有所改善。

另一方面，完善冷凝水系統(tǒng)設(shè)備后，由于將冷凝水作為鍋爐用水，日常水化驗(yàn)所測(cè)得的溶解固形物含量大大減少。因此，我們將電導(dǎo)率的設(shè)置點(diǎn)由原先的3000μs/cm提升到4000μs/cm，在自動(dòng)控制的情況下，閥門開(kāi)度變小，則排污的熱損失也因此減少了。

2）減少鍋爐底部排污的次數(shù)

由于采用了新型復(fù)合再生劑之后，爐水中的雜質(zhì)明顯減少，將底部固定排污次數(shù)從原先的每班一次降低至每天一次。

通過(guò)以上措施，大大減少了鍋爐排污熱損失，同時(shí)，也減少了生產(chǎn)蒸汽的用水量。

（五）回歸現(xiàn)場(chǎng)，以人為本，加強(qiáng)鍋爐生產(chǎn)管理

1.優(yōu)化信息記錄，加強(qiáng)鍋爐數(shù)據(jù)分析

性質(zhì)：F↑ ——提高系統(tǒng)產(chǎn)能

TPS子系統(tǒng)：看板方式

我們有側(cè)重地加強(qiáng)生產(chǎn)組織和技術(shù)管理，做好月度能源消耗分析工作。我們?cè)诎嘟M內(nèi)部設(shè)置《鍋爐能耗記錄》，每隔兩小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)，包含鍋爐燃燒機(jī)天然氣讀數(shù)以及蒸汽流量讀數(shù)，用于掌握鍋爐在各時(shí)段能耗情況，既能方便各班次工作銜接，又為每月能耗分析工作提供了準(zhǔn)確可靠的信息材料。

2.以人為本，制定作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

性質(zhì)：F↑ ——提高人員技能

TPS子系統(tǒng)：標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)與尊重人性

廣州卷煙廠編寫了鍋爐系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)文件，并要求司爐工按其內(nèi)容嚴(yán)格操作執(zhí)行。

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)消除各種無(wú)效作業(yè)，用與以前一樣的勞動(dòng)量增加有附加價(jià)值的作業(yè)，同時(shí)賦予司爐人員更明確的職責(zé)和指引，符合TPS中尊重人性系統(tǒng)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]大野耐一《豐田生產(chǎn)方式》[M] 中國(guó)鐵道出版社

[2]張力《鍋爐原理》[M] 機(jī)械工業(yè)出版社