動力能源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究及應(yīng)用

吳一恒

（中國電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司，湖北武漢 430000）

能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)。通過加強(qiáng)能源結(jié)構(gòu)的建設(shè)，可以出現(xiàn)科學(xué)的節(jié)約和合理的用能，可以有效地減少企業(yè)生產(chǎn)和居民的生活成本，從而全面提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，能源系統(tǒng)節(jié)能和能效提高問題是當(dāng)前亟待解決的熱點問題，我國專家提出，節(jié)約能源是繼煤炭、石油、天然氣、電力之后的“第五能源”。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源利用率低、不可持續(xù)的消費方式、供需矛盾加劇、環(huán)境惡化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾加劇已成為制約國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的重要因素。

文中以成都卷煙廠為例，通過對能耗較高的能源系統(tǒng)裝置進(jìn)行一系列的改造，來對動力能源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 煙草行業(yè)節(jié)能手段表現(xiàn)形式

煙草行業(yè)的節(jié)能主要是通過行政手段和技術(shù)手段來實現(xiàn)，行政管理措施節(jié)能方面，主要有完善的計量體系、建立相應(yīng)能源管理體系；節(jié)能技術(shù)措施主要是節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，堅持源頭控制等。

（1）健全計量系統(tǒng)。建立或更新能耗計量系統(tǒng)，使計量數(shù)據(jù)長期、完整、準(zhǔn)確，為企業(yè)提高節(jié)能管理和技術(shù)改造積累數(shù)據(jù)。

（2）加強(qiáng)對能源的管理。卷煙廠、絲束生產(chǎn)單位和年能耗超過3 000 t 的復(fù)燒（煙改）廠要建立能源管理制度。年能耗超過5 000 t 的企業(yè)，要對其進(jìn)行定期的能源管理制度認(rèn)證，并對存在的問題進(jìn)行整改，工業(yè)用能單位（年能耗超過10 000 t），每年要進(jìn)行一次能源審核，各企業(yè)要定期召開能耗分析會議，對近期的能源消費情況進(jìn)行分析，制定下一階段的工作方案。

（3）推動精益化的節(jié)能。在節(jié)約能源方面，必須采用精益管理，以最少的投資，創(chuàng)造最大的效益。指導(dǎo)員工進(jìn)行精益化能源改進(jìn)，運用各種精益管理的手段和措施，組織節(jié)能項目。充分發(fā)揮節(jié)源設(shè)計小組的作用，協(xié)助團(tuán)隊進(jìn)行節(jié)能項目的研究，發(fā)掘企業(yè)節(jié)能潛能，營造持續(xù)改善的環(huán)境，推動節(jié)能工作。

（4）節(jié)約能源技術(shù)的運用。節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)遵循技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的原則。要加快實施國家發(fā)改委制定的《節(jié)能技術(shù)促進(jìn)目錄》中的推薦技術(shù)；要大力推廣節(jié)能技術(shù)，爭取在最短時間內(nèi)收回投資；對具有長期投資回報、節(jié)能效果穩(wěn)定的工程，要進(jìn)行深入的研究和論證，并有針對性地進(jìn)行應(yīng)用；在能源密集型的生產(chǎn)過程中，要采取有效的節(jié)能措施，加大技術(shù)改造力度。

（5）嚴(yán)格控制源頭。要堅持“技術(shù)改造”的源頭控制方針，對用能設(shè)備的配置要做好充分的論證，防止出現(xiàn)產(chǎn)能過剩和用能設(shè)施過剩的情況，改造工程要強(qiáng)化集約利用，優(yōu)化工藝布局，減少單位建筑面積能耗，推廣綠色建筑國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦的節(jié)能技術(shù)，提高煙草行業(yè)綠色工房建設(shè)水平。

2 卷煙工業(yè)車間的節(jié)能改造

根據(jù)檢測報告和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換技術(shù)，確定具體的創(chuàng)新改革環(huán)節(jié)，通過對比分析各種技術(shù)的局限性、適應(yīng)性和成本效益，得出最優(yōu)的節(jié)能方案，以達(dá)到鍋爐的復(fù)雜改造的目的，不僅保證各熱工參數(shù)的協(xié)調(diào)和動態(tài)變化同時，在時間和空間上也實現(xiàn)同步。

此外，還需要對改造方案和技術(shù)進(jìn)行可行性研究，包括技術(shù)可行性、時間可行性（鍋爐運行期間技術(shù)轉(zhuǎn)換所需的時間）、經(jīng)濟(jì)可行性（經(jīng)濟(jì)投資和轉(zhuǎn)換后的經(jīng)濟(jì)效果），并提供現(xiàn)代化計劃、和可行性研究報告，改造項目的關(guān)鍵在于改造方案、技術(shù)和可行性研究。

2.1 概要

國家節(jié)能減排局“十三五”工作規(guī)劃提出了節(jié)能減排的總體目標(biāo)，各部門要根據(jù)工作實際采取切實措施，落實各項工作機(jī)制，確保節(jié)能減排。近年來，降本增效一直是我國煙草行業(yè)的工作重點，努力爭取“質(zhì)量發(fā)展”。成都卷煙廠積極響應(yīng)中國煙草降低單位產(chǎn)品能耗計劃，以及技術(shù)改造和改善管理計劃，全廠供水、供電、供汽總線路超過10萬條和4 700多臺儀表，用于配電、蒸汽和壓縮空氣測量、全廠各部分電力設(shè)備的連接，工廠線路和管道錯綜復(fù)雜，在操作時間上的浪費和風(fēng)險都比較高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較差，面對這些問題，該廠動力車間創(chuàng)新團(tuán)隊通過研究，對動力設(shè)備的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了一系列改進(jìn)，并取得了一定的成果。

2.2 節(jié)能空調(diào)技術(shù)改造

成都卷煙廠能源工作創(chuàng)新組自主研發(fā)的方法，與現(xiàn)有的MES（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）相結(jié)合。配合各工段的間歇特性，實時獲取生產(chǎn)訂單數(shù)量，生產(chǎn)線對應(yīng)空調(diào)機(jī)區(qū)設(shè)備啟停，對應(yīng)區(qū)域極端溫濕度差小于2 ℃，保證每個空調(diào)箱的設(shè)備自動啟動，當(dāng)相應(yīng)區(qū)域的溫濕度滿足生產(chǎn)環(huán)境要求時，系統(tǒng)將采用PID 控制?？照{(diào)機(jī)組的啟動時間可根據(jù)不同的生產(chǎn)季節(jié)調(diào)整，空調(diào)設(shè)備可啟停智能，降低能耗，同時滿足生產(chǎn)需求。表1為空調(diào)設(shè)備集成控制系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)。

表1 空調(diào)設(shè)備集成控制系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)

在空調(diào)節(jié)能改造前，空調(diào)機(jī)組K37 在運行30～60min 后，因濕度問題被關(guān)閉，關(guān)閉后30min 內(nèi)，又被重啟，在短短12h 內(nèi)啟動和停止多達(dá)15次，運行時間占比為60%～70%，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造后，空調(diào)機(jī)組K37空調(diào)將自動關(guān)閉，下次啟動為3h 后，24h內(nèi)只開關(guān)3次，運行時間占比在20%～30%，顯然，為了滿足生產(chǎn)要求的溫濕度條件，只有空調(diào)機(jī)組K37開啟運行30～60min 后關(guān)閉，溫度和濕度能保持在生產(chǎn)要求范圍內(nèi)，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造后，K37空調(diào)機(jī)組運行90～150min，溫濕度達(dá)到生產(chǎn)要求并趨于穩(wěn)定后，在溫、濕度充足的情況下，改造后的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。為滿足生產(chǎn)技術(shù)的需要，保證成品煙的吸味穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能降低倉庫不同高度儲藏區(qū)域的溫度階差。卷煙廠動力車間創(chuàng)新團(tuán)隊在改善空調(diào)監(jiān)控體系的同時，并對相應(yīng)的高架庫空調(diào)風(fēng)管布置方式進(jìn)行了改進(jìn)，采用混風(fēng)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)，在安裝兩層回風(fēng)管道的情況下，充分干擾庫中的空氣，減少了空氣的流通死角，保證了倉庫的溫度和濕度均勻。改進(jìn)后的高架庫內(nèi)溫度濕度極差＜2 ℃，實現(xiàn)了對煙絲高架庫溫濕度的精確控制。

2.3 節(jié)能鍋爐技術(shù)改造

經(jīng)過成都卷煙廠動力車間開拓創(chuàng)新團(tuán)隊的研究，仔細(xì)分析了鍋爐尾氣余熱回收的主要問題和技術(shù)瓶頸，并論證了鍋爐給水系統(tǒng)和尾氣余熱回收系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方案，確定了鍋爐尾氣循環(huán)系統(tǒng)的改造計劃。在原鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)中，軟化水從鍋爐軟化水箱進(jìn)入換熱器，然后進(jìn)入保溫水箱。在保溫水箱入口增加了一個電動三通閥門，它可以根據(jù)水箱的水位，將軟水重新注入到軟水箱中，使軟水保持流動。經(jīng)改造后，該鍋爐的煙氣排放溫度由120 ℃下降至85 ℃，鍋爐的熱效率可提高2%左右，每年都要為公司節(jié)約30萬元的天然氣成本。

2.4 自清洗排水除塵管排水系統(tǒng)的研制

每一次生產(chǎn)結(jié)束后，除塵排潮管道中都會殘留很多殘渣，手工清洗非常不便。卷煙廠動力車間的創(chuàng)新團(tuán)隊研制了一種自清洗排水除塵管排水系統(tǒng)，并嵌入到控制除塵排潮風(fēng)機(jī)的PLC 功能模塊中。它可以夠通過制絲車間集中管理PLC 功能模塊發(fā)出的請求啟停信號來智能判斷制絲車間生產(chǎn)狀況，在各工藝段生產(chǎn)結(jié)束時延后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，并自動增大風(fēng)機(jī)的輸出頻率，從而加大風(fēng)量，對管道內(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)備開始運行時，除塵排潮風(fēng)機(jī)請求信號的初始值設(shè)為1，啟動一個上升沿，15 Hz（在應(yīng)用中，應(yīng)視每個排潮風(fēng)機(jī)的實際需要設(shè)置），在生產(chǎn)設(shè)備開始運行時，除塵排潮風(fēng)機(jī)請求信號的結(jié)束值被置于0，觸發(fā)一個下降沿，45 Hz 被寫入設(shè)置頻率的上下限，并且，該自清潔排潮系統(tǒng)能夠在每日生產(chǎn)運行結(jié)束后對除塵排潮管道進(jìn)行清理與保養(yǎng)，節(jié)省了大量的維保人力。

2.5 除塵煙末智能稱重回收系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

粉塵稱量，一般使用秤稱重，由操作員手工將重量記錄在包裝袋上，并將其安裝在相應(yīng)的煙塵收集裝置上。該方法所獲得的重量數(shù)據(jù)精度較低，難以進(jìn)行統(tǒng)計分析。因此，卷煙廠電氣車間的設(shè)計人員研制了一套智能化的除塵、煙道粉塵稱重處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括MettlerIND570XX 防爆電子秤，PROFIBUS-DP總線，西門子S7-300 PLC 芯片，主開關(guān)，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，MES，防爆電腦，防爆標(biāo)簽打印機(jī)。圖1為智能粉塵和煙塵的稱量與回收系統(tǒng)的工作原理。

圖1 智能粉塵和煙塵的稱量與回收系統(tǒng)的工作原理圖

它的智能稱量方式是：采用梅特勒IND570xx 防爆電子稱重系統(tǒng)，對每一包的煙草粉末進(jìn)行稱量，然后通過通信裝置總線PROFIBUS-DP，并實時地通過主交換機(jī)進(jìn)行信息交換。收集到的資料會傳送至資料搜集伺服器，該系統(tǒng)與MES 互動，將產(chǎn)品品牌、批次、包裝袋的顏色顯示在防爆計算機(jī)屏幕上，并提醒操作人員將煙末與對應(yīng)顏色的包裝袋相匹配，并按下計算機(jī)上的按鍵，進(jìn)行包裝。防爆式電子稱數(shù)據(jù)由無線WiFi 傳送至防爆標(biāo)簽打印機(jī)，并打印出時間，批次，品牌，包裝顏色，序號等。由應(yīng)急部門采集到的資料，按每日不同批號、不同色袋的煙粉重量進(jìn)行統(tǒng)計，并對同一批次不同時期所采集的煙粉進(jìn)行對比和分析。通過使用本系統(tǒng)，可使煙塵收塵器的智能化、計量精度得到明顯改善。

2.6 節(jié)能技術(shù)改造對發(fā)電車間的影響

成都卷煙廠進(jìn)行節(jié)能技改后，2017年復(fù)合能源比能耗折合2.45kg/萬常規(guī)單位煤，比2016年下降9.6%；車間包括吸塵系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等，每年可節(jié)省420.86萬元。

3 結(jié)束語

成都卷煙廠以動力能源車間為主體進(jìn)行的節(jié)能技術(shù)改造，取得了良好的成效，其中，空調(diào)系統(tǒng)的自動化程度得到了明顯的改善，節(jié)能效果顯著；通過對鍋爐系統(tǒng)節(jié)能改造，將原有的煙道溫度從120 ℃降低至85 ℃，廢熱回收效果顯著，熱效率提高了2%；除塵、排潮管線自清洗、排潮裝置的研制和使用，使得整個除塵體系的維護(hù)工作更加簡便，經(jīng)過改造不僅減少了動力車間能耗，而且改善車間工作環(huán)境。動力車間節(jié)能技術(shù)改造對企業(yè)的精益管理及降本增效都起到了促進(jìn)作用。