卷煙廠制絲線集中除塵系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改進

楊桓

【摘要】除塵系統(tǒng)是卷煙廠制絲車間的主要能耗之一，在設計上一般是按照最大生產(chǎn)負荷或最惡劣工況環(huán)境設計，除塵風機系統(tǒng)都存在生產(chǎn)負荷不均勻狀態(tài)，各除塵點可能會出現(xiàn)空載情況，造成能源浪費。為了合理控制風力分布，降低除塵系統(tǒng)電耗，本文通過對除塵系統(tǒng)控制方式的改進，加裝風速傳感器、氣缸、電磁閥等硬件設備，結合PLC通信與控制技術，建立了除塵節(jié)能控制系統(tǒng)，自動關閉空載除塵支路，降低風機負載以達到節(jié)能目的。該系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)提供合適的風力匹配，讓電機始終運行在最佳節(jié)能點，節(jié)能效果較好，有一定推廣應用價值。

【關鍵詞】除塵系統(tǒng)? 生產(chǎn)負荷? 風機負載? 節(jié)能控制系統(tǒng)

隨著社會經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展勢態(tài)，我國越來越重視各個領域中的節(jié)能減排工作。而工廠作為能源消耗主要源頭，許多工業(yè)企業(yè)致力于控制生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)消耗，節(jié)約生產(chǎn)能源。除塵系統(tǒng)是卷煙廠制絲車間的能耗來源之一，電耗占比約15%，在設計上一般是按照最大生產(chǎn)負荷或最惡劣工況環(huán)境設計，除塵風機系統(tǒng)都處于“大馬拉小車”的狀態(tài)，其電能損耗相當嚴重且吸風口沒有和生產(chǎn)設備相關聯(lián)，普遍存在著風力浪費。我車間集中除塵系統(tǒng)主要由除塵風機、濾塵器、除塵管道、風速傳感器、插板閥和控制系統(tǒng)等部分組成。其中風機是除塵系統(tǒng)中最主要的耗電設備，共分為8組，每組都包括一個風機和多個除塵點。同組多個除塵點共同連接至1根主風管上，由于生產(chǎn)安排會出現(xiàn)同組的多個除塵點不一定同時生產(chǎn)，但是風機卻需要滿負荷工作或同一組生產(chǎn)設備的前后工序也存在著交替運行的情況。這樣會導致一部分設備停機時，它的吸風口仍然提供負壓，導致能源浪費，當生產(chǎn)負荷不足時，這種浪費尤為嚴重，具有較大的節(jié)能空間，對系統(tǒng)進行優(yōu)化改進確有必要。

1 集中除塵系統(tǒng)能耗高原因分析

制絲車間采用的集中風力除塵系統(tǒng)是由若干組小型的除塵系統(tǒng)并聯(lián)組成的。單組除塵主要由每個除塵點的集塵罩、除塵管路（1根主管和若干支管）、風力調(diào)節(jié)閥、除塵防爆閥、除塵器、離心風機和異步電機等部分組成。實際生產(chǎn)中，制絲不同生產(chǎn)線或同一生產(chǎn)線前后工藝段并不總是同步運行的，生產(chǎn)設備存在著交替運行的情況，甚至還存在一些設備長時間停機的狀態(tài)。這樣就會出現(xiàn)部分生產(chǎn)線不生產(chǎn)時，其除塵點吸風口仍然提供負壓吸風，除塵點實際風速大于實際需求，導致除塵系統(tǒng)風量浪費;當生產(chǎn)負荷不飽和時，該情況就更加明顯。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)粗略估算，此類空載造成的損耗約占除塵總能耗的22%，制絲車間有8組除塵系統(tǒng)，以30kW環(huán)境除塵風機為例，每月22工作日，每工作日16 h計算，空載損耗約2323.2kW·h，8組除塵每月整體造成18585.6kW·h的能耗浪費。

2 集中除塵系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施

根據(jù)流體力學與風機的相關知識，可以得到風機頻率與轉(zhuǎn)速、功率節(jié)電率關系見表1[3]，在現(xiàn)場部分設備預熱狀態(tài)、生產(chǎn)批次間間隙時間段、以及停機等產(chǎn)塵點無物料通過的時間階段，利用變頻器通過調(diào)整頻率控制風機轉(zhuǎn)速，以及通過關閉部分不用的支路，控制除塵系統(tǒng)整體負載，可以在保證除塵風量滿足生產(chǎn)需求情況下有效節(jié)約能源，將頻率降低10HZ，節(jié)能效率接近50%。

方案實施分為三個階段進行，第一階段是硬件配置安裝;第二階段是除塵PLC控制程序的改進和上位機監(jiān)控畫面的完善;第三階段是節(jié)能控制系統(tǒng)的調(diào)試。

第一階段，硬件設備的安裝，主要涉及風速傳感器、電磁閥和氣缸等裝置的選型及安裝。通過電磁元件驅(qū)動氣缸，控制風閥進行除塵管道關閉和打開。根據(jù)PLC輸出信號可實現(xiàn)自動開關。

第二階段，主要是軟件程序編寫和調(diào)試。系統(tǒng)軟件部分整體設計方案包括整體工業(yè)以太網(wǎng)通信、風速控制模塊和閥門控制模塊。在生產(chǎn)現(xiàn)場安裝完風速傳感器、氣缸和電磁閥后，將現(xiàn)場的開關信號和模擬信號接入到PLC相應的AI模塊和DI模塊中，通過修改完善PLC程序，根據(jù)現(xiàn)場風速需求，實施控制調(diào)節(jié)風機頻率。比如針對SDT風機預熱和冷卻狀態(tài)時空運轉(zhuǎn)，造成電能無功損耗問題，采取合理改變SDT風選風機啟動條件措施，即在SDT“預熱狀態(tài)”“冷卻狀態(tài)”時不允許風機啟動如圖4。根據(jù)水分儀物料水分以及皮帶秤累積量、流量等指標判斷是否有物料通過該產(chǎn)塵點，在PLC內(nèi)以選取的指標來控制電磁閥開啟和關閉。實現(xiàn)了除塵系統(tǒng)實時獲取產(chǎn)塵點空載信號的功能。并且在除塵間上位機監(jiān)控畫面添加各電磁閥和氣缸的開關顯示狀態(tài)，增加各風速傳感器的風速顯示，便于操作人員實時了解各閥門的開關狀態(tài)和風速情況。

第三階段，節(jié)能控制系統(tǒng)的調(diào)試主要涉及PID參數(shù)調(diào)整，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)主風管風速，除塵PLC配置與編程，讀取主管道風速，并使用PID控制回路調(diào)節(jié)風機頻率，保證除塵主管道風速不低于17.23m/s。

3 總結

經(jīng)過實施階段后，實現(xiàn)了預期目標，（1）除塵系統(tǒng)PLC能夠?qū)崟r獲取工藝生產(chǎn)段的物料狀態(tài)信號，從而手動或自動打開相應的風管支路電磁閥;（2）風速傳感器能正確將風速數(shù)據(jù)傳輸至PLC，經(jīng)過程序運算，實時調(diào)節(jié)風機的變頻器頻率;（3）經(jīng)過統(tǒng)計，實施后除塵系統(tǒng)能耗顯著降低，變頻器總體運行頻率在40～45 Hz，根據(jù)表1測算，節(jié)電率約為35%。每月可節(jié)約除塵系統(tǒng)用電6504.96（18585.6×0.35）kW·h。

本項目利用西門子工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術，使集中除塵控制系統(tǒng)實時獲取工藝生產(chǎn)線停機或待機信息，依據(jù)除塵點空載信號進行集中除塵系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改進，建立了根據(jù)生產(chǎn)線運行情況調(diào)整除塵風機頻率的軟件基礎。同時除塵系統(tǒng)實際風量比實施前也顯著下降，減少了車間內(nèi)部環(huán)境溫濕空氣外排量，降低了制絲車間空調(diào)系統(tǒng)的負擔。對除塵系統(tǒng)進節(jié)能改造，思路簡單、成本較低、效果較好，能夠解決除塵系統(tǒng)空載耗能問題。

參考文獻：

[1]馮雄裕. 除塵風機系統(tǒng)節(jié)能方法研究[J]. 機械制造與自動化 ，2017，2：181-183