卷煙生產(chǎn)中動(dòng)力車間節(jié)能技術(shù)改造的實(shí)踐

劉劍敏，董 俊，朱明山，胡小虎，余 數(shù)，孔 磊，王小歡

(1.浙江中煙工業(yè)有限公司 寧波卷煙廠，浙江 寧波315000；2.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司 第四工程院，河南 鄭州 450007)

國家局印發(fā)的煙草行業(yè)“十三五”節(jié)能減排工作方案，明確了行業(yè)節(jié)能減排總體目標(biāo)，要求行業(yè)各單位結(jié)合工作實(shí)際，采取切實(shí)可行的措施，落實(shí)各項(xiàng)工作部署，確保節(jié)能減排任務(wù)的完成[1-3].近年來，降本增效一直是我國煙草行業(yè)追求“高質(zhì)量發(fā)展”的重點(diǎn)[4].寧波卷煙廠積極響應(yīng)中煙公司降低生產(chǎn)單耗的工作部署，打算通過技術(shù)改造和管理提升，讓全廠能源降耗指標(biāo)處于區(qū)域同等規(guī)模企業(yè)的前列[5].該廠動(dòng)力車間成立之初，成品卷煙單箱消耗標(biāo)準(zhǔn)煤為3.46 kg/萬支，處于行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行能耗較高水平[6].當(dāng)初，動(dòng)力車間內(nèi)的鍋爐、空調(diào)、除塵、排潮等設(shè)備布置分散，全廠水、電、氣、汽的供應(yīng)需要鋪聯(lián)管線的總長度十萬多米，用于配電、蒸汽和壓縮空氣測(cè)量的儀表4 700多個(gè)，連接全廠各區(qū)域動(dòng)力設(shè)備的線路和管路繁雜，工作中時(shí)間等待的浪費(fèi)和系統(tǒng)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)較大.面對(duì)這些問題，該廠動(dòng)力車間創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過研究實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)動(dòng)力設(shè)備節(jié)能技術(shù)的改進(jìn)，取得了一定成效.

1 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造

寧波卷煙廠動(dòng)力車間創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)出一套空調(diào)設(shè)備集成控制系統(tǒng).該系統(tǒng)能夠?qū)悠髽I(yè)已有MES(Manufacturing Execution System)，根據(jù)卷煙生產(chǎn)線上工段不連續(xù)的特點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)工單數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)的空調(diào)區(qū)域設(shè)備提前發(fā)出啟停信號(hào)；采用智能聯(lián)控模式實(shí)現(xiàn)各空調(diào)區(qū)域設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)切換[7].生產(chǎn)工段開始生產(chǎn)前，其對(duì)應(yīng)空調(diào)箱的空調(diào)設(shè)備接到啟動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)而提前啟動(dòng).在對(duì)應(yīng)區(qū)域的溫濕度達(dá)到生產(chǎn)環(huán)境要求時(shí)，生產(chǎn)工段立即開啟生產(chǎn).在一個(gè)批次產(chǎn)品的生產(chǎn)將要完成時(shí)，對(duì)應(yīng)空調(diào)箱的空調(diào)設(shè)備會(huì)接到停止請(qǐng)求信號(hào)，在該批次產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)束時(shí)可立即關(guān)閉，以達(dá)到節(jié)能的目的.同時(shí)，該系統(tǒng)采用PID控制，能夠根據(jù)生產(chǎn)季節(jié)的不同實(shí)現(xiàn)空調(diào)箱啟動(dòng)時(shí)間的定制，對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行智能啟停，在滿足生產(chǎn)需求的情況下減少能源消耗.圖1所示為該空調(diào)設(shè)備集成控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面.

在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造之前，空調(diào)箱K37運(yùn)行30～60 min后因溫濕度達(dá)到生產(chǎn)要求而關(guān)閉，停機(jī)不到30 min即再次啟動(dòng)，在短短的12 h內(nèi)啟停高達(dá)15次，運(yùn)行時(shí)間占比60%～70%.在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造后，空調(diào)箱K37運(yùn)行90～150 min后溫濕度達(dá)到生產(chǎn)要求并趨于穩(wěn)定，空調(diào)箱K37自動(dòng)關(guān)閉且下次開機(jī)時(shí)間在3 h以后，在24 h內(nèi)只啟停3次，運(yùn)行時(shí)間占比20%～30%.顯然，在滿足生產(chǎn)所需溫濕度條件下，改進(jìn)后空調(diào)系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能效果.

圖1 空調(diào)設(shè)備集成控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面

為了滿足生產(chǎn)工藝要求，確保成品煙吸味的穩(wěn)定性，應(yīng)盡量減小高架庫中不同高度貯存區(qū)域的溫度階差.寧波卷煙廠動(dòng)力車間創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在改進(jìn)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的同時(shí)，對(duì)高架庫空調(diào)風(fēng)管的布置方式(圖2)進(jìn)行了改進(jìn)，采取混風(fēng)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置兩層回風(fēng)管，使庫內(nèi)氣流充分?jǐn)_動(dòng)，減少氣流死角，確保庫內(nèi)溫濕度的均勻性.改進(jìn)后高架庫內(nèi)溫濕度極差<2 ℃，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙絲高架庫溫濕度的精確控制.

圖2 高架庫空調(diào)風(fēng)管的布置方式

2 鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造

據(jù)調(diào)查，行業(yè)內(nèi)鍋爐系統(tǒng)的煙氣排放溫度高達(dá)120 ℃，存在較大的熱量浪費(fèi).為了最大限度地利用燃料熱量，提高鍋爐熱效率，寧波卷煙廠動(dòng)力車間創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)認(rèn)真分析燃?xì)忮仩t尾部煙氣余熱回收主要存在的問題和技術(shù)瓶頸，對(duì)鍋爐給水系統(tǒng)及尾部煙氣余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行方案論證，確定了對(duì)鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造的目標(biāo)[8].

在原鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)中，軟水從鍋爐軟水箱進(jìn)入換熱器被加熱，再到保溫水箱.當(dāng)保溫水箱液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，軟水供應(yīng)會(huì)停止，換熱器中無軟水流動(dòng)，使部分軟水在換熱器中滯留，被過度加熱而存在安全隱患，且鍋爐尾部煙氣的熱量不能被充分吸收和利用.改造后，采用鍋爐軟水箱到保溫水箱的低溫軟水來吸收鍋爐尾部煙氣的熱量；在保溫水箱進(jìn)口處增設(shè)的電動(dòng)三通閥能夠根據(jù)水箱液位及時(shí)開啟，將部分軟水送回軟水箱，以保證軟水處于流動(dòng)狀態(tài).改造后鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)如圖3所示.通過改造，鍋爐系統(tǒng)的煙氣排放溫度從120 ℃降低到85 ℃，鍋爐熱效率提高約2%，每年為企業(yè)節(jié)省燃?xì)赓M(fèi)用在30萬元以上.

圖3 改造后鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)

3 除塵排潮管道的自清潔排潮系統(tǒng)開發(fā)

在每次生產(chǎn)結(jié)束時(shí)，除塵排潮管道中存有大量殘留物，人工清理很不方便.寧波卷煙廠動(dòng)力車間創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)出一套自清潔排潮系統(tǒng)，并將其嵌入控制除塵排潮風(fēng)機(jī)運(yùn)行的PLC功能模塊中.它能夠通過制絲車間集中管理PLC發(fā)出的請(qǐng)求啟停信號(hào)來智能判斷制絲生產(chǎn)狀況，在各工藝段生產(chǎn)結(jié)束時(shí)延后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，并自動(dòng)增大風(fēng)機(jī)的輸出頻率，從而加大風(fēng)量，對(duì)管道內(nèi)冷凝積水和腐蝕殘存物進(jìn)行清理，保證除塵排潮管道內(nèi)的清潔.

當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備開始運(yùn)行時(shí)，除塵排潮風(fēng)機(jī)請(qǐng)求信號(hào)的初始值被置于1，觸發(fā)一個(gè)上升沿，15 Hz(應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)各排潮風(fēng)機(jī)的實(shí)際需求設(shè)定頻率)被寫入設(shè)定頻率的上下限，排潮風(fēng)機(jī)以正常頻率運(yùn)行.在排潮風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)時(shí)，除塵排潮風(fēng)機(jī)請(qǐng)求信號(hào)的結(jié)束值被置于0，觸發(fā)一個(gè)下降沿，45 Hz被寫入設(shè)定頻率的上下限，排潮風(fēng)機(jī)以45 Hz的高頻大風(fēng)量進(jìn)行排潮管路的自清潔.此外，該自清潔排潮系統(tǒng)能夠在每日生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)束后對(duì)除塵排潮管道進(jìn)行清理與保養(yǎng)，達(dá)到預(yù)防式排潮自清潔的目的.同時(shí)，將檢修口測(cè)量積水平均高度從改進(jìn)前的2 cm降至改進(jìn)后的0.5 cm，大幅度減少管道內(nèi)殘存的積水與煙末，保證了制絲設(shè)備運(yùn)行時(shí)除塵排潮管道負(fù)壓的穩(wěn)定，提升了設(shè)備管線的使用壽命，延長了維修保養(yǎng)周期，將原本一周一次管道清理的維保變?yōu)?個(gè)月一次的檢修口檢查，節(jié)省了大量的維保人力.

4 除塵煙末智能稱重回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

除塵房壓棒機(jī)間的煙末稱重通常采用磅秤，需操作人員手動(dòng)完成后將重量寫在不干膠紙上，貼到對(duì)應(yīng)煙末回收袋上.以這種稱重方式獲取的重量數(shù)據(jù)，精度不高且不便于統(tǒng)計(jì)和分析.為此，寧波卷煙廠動(dòng)力車間創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套除塵煙末智能稱重回收系統(tǒng).

該系統(tǒng)由梅特勒IND570XX系統(tǒng)防爆電子儀表秤、ProfiBus DP總線、西門子S7-300PLC芯片、核心交換機(jī)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、MES、防爆型電腦和防爆型標(biāo)簽打印機(jī)等組成.除塵煙末智能稱重回收系統(tǒng)的原理如圖4所示.其智能稱重方法為：采用梅特勒IND570XX系統(tǒng)防爆電子儀表秤對(duì)每袋煙末進(jìn)行稱重，其數(shù)據(jù)通過ProfiBus DP總線通訊設(shè)備，被傳送到壓棒機(jī)的PLC中,并實(shí)時(shí)通過核心交換機(jī)將采集的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器.系統(tǒng)與MES交互通訊，將產(chǎn)品牌號(hào)、批次和對(duì)應(yīng)的等級(jí)袋色顯示在防爆型電腦屏幕上，提示操作人員將煙末對(duì)應(yīng)袋色，觸發(fā)電腦的打印按鈕，將防爆電子儀表秤的袋重?cái)?shù)據(jù)通過無線Wifi傳輸給防爆標(biāo)簽打印機(jī)，同時(shí)對(duì)時(shí)間、批次、牌號(hào)、袋色、序號(hào)等信息進(jìn)行打印粘貼.MES將采集的數(shù)據(jù)，每天按不同批次或不同袋色的煙末重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制成表格，也可對(duì)同批次煙葉不同時(shí)間段所收集的煙末重量進(jìn)行對(duì)比分析.該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了煙末回收裝置的智能化水平和煙末稱重精度.

圖4 除塵煙末智能稱重回收系統(tǒng)原理圖

5 動(dòng)力車間節(jié)能技術(shù)改造的效果

寧波卷煙廠開展節(jié)能技術(shù)改造后， 2017年的綜合能源單耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤為2.45 kg/萬支，比改造前的2016年(綜合能源單耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤為2.71 kg/萬支)下降了9.6%；包括真空系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等和除塵系統(tǒng)等的動(dòng)力車間全年成本節(jié)約額約為420.86萬元(圖5).

圖5 2017年動(dòng)力車間各系統(tǒng)費(fèi)用節(jié)約情況

6 結(jié)束語

以寧波卷煙廠為主體實(shí)施的動(dòng)力車間節(jié)能技術(shù)改造取得了較好的效果.其中：空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度有了明顯提高，節(jié)能效果顯著；鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能改造使原先的煙氣排放溫度由120 ℃降到85 ℃，鍋爐的余熱回收效果明顯，熱效率提高約2%；除塵排潮管道的自清潔排潮系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，使整個(gè)除塵系統(tǒng)的維保工作變得簡單，既可降低動(dòng)力車間能耗又可改善車間工作環(huán)境.動(dòng)力車間節(jié)能技術(shù)改造對(duì)企業(yè)的精益管理及降本增效都起到了促進(jìn)作用.