基于TPS的鍋爐精益能源管理

袁熹廷

摘 要：本文記錄了通過將TPS中的單元導入廣州卷煙廠鍋爐管理中，實現節能降耗的過程。

關鍵詞：TPS 鍋爐

（一）鍋爐精益能源管理的價值導向

在精益生產的理念里面，無可避免的是對“價值”的把握和深究。

廣州卷煙廠通過精益管理的導入和開展，尋求將往日的推動式生產改變為“以需為本”的拉動式生產：

把天然氣和水等看作原材料，將蒸汽當作我們的產品，而卷包車間、制絲車間及實驗線等用汽部門就成為我們產品的需求客戶，整個動力供給呈產品化發展。

我們運用價值工程分析：生產車間的需求價值為V，鍋爐的產能水平為F，生產總成本為C：

若想獲得產品的價值最大化（增值），我們可以從提高鍋爐的產能水平（如蒸汽質量）及降低生產成本著手。而生產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。

而我們調研發現，鍋爐蒸汽的非增值不單存在于生產環節，甚至在運輸過程中都會產生。于是我們定義非增值蒸汽為：不參與生產增值的蒸汽用汽，主要由鍋爐自用汽、管道熱損失、疏水系統損耗及其他損耗組成。

（二）TPS導入鍋爐精益能源管理

豐田汽車的生產過程中實行“反向搬運”，將傳統的“推進方式”轉變為“拉動方式”，實現生產方式的巨大創新，為JIT準時制的誕生奠定了基礎開始，豐田汽車公司及其創造的豐田生產方式（Toyota Production System，簡稱TPS）成為了全球企業共同關注的焦點和競相效仿的對象。其中，JIT準時制與自働化是TPS的兩大支柱。

我們將其各子系統從總體系上摘除下來，對癥下藥地“一對一輔助”，實現柔性構造：

（三）優化鍋爐運行調控，挖掘鍋爐運行節能潛力

1.均衡生產與最佳風氣比的確定

性質：F↑ ——提高鍋爐產能

TPS子系統：均衡生產

在TPS中，消除構成最終產品的各種零部件和原材料使用量的波動，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品的原材料，它的使用量必須處于一個均衡狀態，才能避免浪費的產生。而這會涉及到鍋爐的風氣比這一數值的確定。

我們不斷提高鍋爐燃燒機風氣比調節操作技能，試驗配合出最佳風氣比數據并記錄下來。

2.自働化與火位設置

性質： C1↓ ——降低增值成本

TPS子系統：自働化

鍋爐在自動運行模式下，火位會隨著用汽量的大小不斷發生變化，火焰的不斷交變，實際是一個熱損失過程，變化越多，損失越大。當鍋爐處于低負荷狀態時，火位變化區間很小，如果以自動控制模式運行，燃燒機啟、停頻繁，能耗增大。我們于此導入了TPS的自働化子系統。

自働化是TPS的支柱之一，是讓系統擁有人的"智慧"。當被加工零件或產品出現不良時，系統能即時判斷并自動停止，實現零缺陷。自働化是有人字偏傍的，強調的是人機最佳結合，而不是單單的用機械代替人力的自動化。

我們將特殊生產情況和鍋爐實際運行結合，并根據各生產線生產所需的最低壓力，監控系統在低負荷時發出“提醒”，司爐工轉用手動模式，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定。

（四）價值流分析，完善鍋爐系統設備

1.加強疏水系統保養，避免管道中冷凝水長期滯留

性質：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系統：JIT準時制

鍋爐啟爐送汽前需對蒸汽管道進行預熱暖管，即是一個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程。由于廣州卷煙廠廠區面積大、管道長，蒸汽輸送距離遠，每周鍋爐啟動之后都要經歷一段較長的管道預熱暖管時間。主要原因在于鍋爐停機后蒸汽管道中還有冷凝水滯留，不能及時排出，這不僅延長了暖管時間，還容易造成水擊現象，造成非增值蒸汽產生。

我們對鍋爐起爐過程運用價值流分析：

在長達64分鐘的起爐時間里，C/T（周期時間）=30min的“暖管”便占據了其中的46.9%，不產生價值之余，反而形成“儲存”白白延緩我們的蒸汽產品送達顧客手中的進程。而在暖管過程中產生5%的蒸汽損耗，也是我們力求消除的非增值耗能。

2.完善蒸汽輸送管網保溫，減少鍋爐蒸汽系統熱量損耗

性質：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系統：消除輸送過程浪費

我們發現地下管溝區域內，部分膨脹節表面最高溫度為174℃，遠超過燃氣鍋爐能效標準指標。對此，我們快速購入一批保溫套，對裸露的膨脹節進行包裹，有效降低了蒸汽在輸送過程中的散熱損失。

3.降低鍋爐排污率，提升蒸汽產能

性質：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系統：消除生產過程浪費

鍋爐是能量轉化設備，在蒸汽生產過程中，始終遵循鍋爐的熱平衡規律。通過對鍋爐工質側的熱平衡展開分析，我們發現新的節能潛力點。

鍋爐工質側熱平衡公式為：

Q給水+Q燃料=Q排污+Q自用+Q蒸汽

根據公式可知，若單位輸入熱量不變的情況下，要想提升蒸汽產能，則可通過降低排污及自用汽來實現。即：

Q蒸汽↑=（Q給水+Q燃料）-（Q排污↓+Q自用↓）

排污率每降低1%，對于蒸發量20t/h的鍋爐，每小時可節約標準煤14kg，相當于熱值20.9MJ/kg的燃煤19.6kg/h。但是，根據過往水質監測報告顯示，廣州卷煙廠鍋爐的排污率為10.7%，高于工業鍋爐標準（≤10%）。

采用復合再生劑，提升給水品質；

采用含有適當比例絡合劑與弱堿鹽的新型復合再生劑，取代工業鹽作為軟化器再生劑，使軟化水由原來的單一鈉鹽改變為鈉鹽和弱堿鹽兩種成分，有效改善了鍋爐給水水質。

1）提高鍋爐液面排污的控制參數；

鍋爐在自動控制狀態下，液面排污閥的開度會根據電導率的變化而調整，采用復合再生劑后，鍋爐水質有所改善。

另一方面，完善冷凝水系統設備后，由于將冷凝水作為鍋爐用水，日常水化驗所測得的溶解固形物含量大大減少。因此，我們將電導率的設置點由原先的3000μs/cm提升到4000μs/cm，在自動控制的情況下，閥門開度變小，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

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

通過以上措施，大大減少了鍋爐排污熱損失，同時，也減少了生產蒸汽的用水量。

（五）回歸現場，以人為本，加強鍋爐生產管理

1.優化信息記錄，加強鍋爐數據分析

性質：F↑ ——提高系統產能

TPS子系統：看板方式

我們有側重地加強生產組織和技術管理，做好月度能源消耗分析工作。我們在班組內部設置《鍋爐能耗記錄》，每隔兩小時記錄一次數據，包含鍋爐燃燒機天然氣讀數以及蒸汽流量讀數，用于掌握鍋爐在各時段能耗情況，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確可靠的信息材料。

2.以人為本，制定作業標準

性質：F↑ ——提高人員技能

TPS子系統：標準作業與尊重人性

廣州卷煙廠編寫了鍋爐系統的標準作業文件，并要求司爐工按其內容嚴格操作執行。

通過標準作業消除各種無效作業，用與以前一樣的勞動量增加有附加價值的作業，同時賦予司爐人員更明確的職責和指引，符合TPS中尊重人性系統的要求。

參考文獻：

[1]大野耐一《豐田生產方式》[M] 中國鐵道出版社

[2]張力《鍋爐原理》[M] 機械工業出版社