卷煙廠制絲線集中除塵系統節能優化改進

楊桓

【摘要】除塵系統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負荷或最惡劣工況環境設計，除塵風機系統都存在生產負荷不均勻狀態，各除塵點可能會出現空載情況，造成能源浪費。為了合理控制風力分布，降低除塵系統電耗，本文通過對除塵系統控制方式的改進，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，建立了除塵節能控制系統，自動關閉空載除塵支路，降低風機負載以達到節能目的。該系統可根據現場生產狀態提供合適的風力匹配，讓電機始終運行在最佳節能點，節能效果較好，有一定推廣應用價值。

【關鍵詞】除塵系統? 生產負荷? 風機負載? 節能控制系統

隨著社會經濟突飛猛進的發展勢態，我國越來越重視各個領域中的節能減排工作。而工廠作為能源消耗主要源頭，許多工業企業致力于控制生產成本，降低生產消耗，節約生產能源。除塵系統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負荷或最惡劣工況環境設計，除塵風機系統都處于“大馬拉小車”的狀態，其電能損耗相當嚴重且吸風口沒有和生產設備相關聯，普遍存在著風力浪費。我車間集中除塵系統主要由除塵風機、濾塵器、除塵管道、風速傳感器、插板閥和控制系統等部分組成。其中風機是除塵系統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，由于生產安排會出現同組的多個除塵點不一定同時生產，但是風機卻需要滿負荷工作或同一組生產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，當生產負荷不足時，這種浪費尤為嚴重，具有較大的節能空間，對系統進行優化改進確有必要。

1 集中除塵系統能耗高原因分析

制絲車間采用的集中風力除塵系統是由若干組小型的除塵系統并聯組成的。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）、風力調節閥、除塵防爆閥、除塵器、離心風機和異步電機等部分組成。實際生產中，制絲不同生產線或同一生產線前后工藝段并不總是同步運行的，生產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。這樣就會出現部分生產線不生產時，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，導致除塵系統風量浪費;當生產負荷不飽和時，該情況就更加明顯。根據生產數據粗略估算，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，以30kW環境除塵風機為例，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 集中除塵系統節能優化措施

根據流體力學與風機的相關知識，可以得到風機頻率與轉速、功率節電率關系見表1[3]，在現場部分設備預熱狀態、生產批次間間隙時間段、以及停機等產塵點無物料通過的時間階段，利用變頻器通過調整頻率控制風機轉速，以及通過關閉部分不用的支路，控制除塵系統整體負載，可以在保證除塵風量滿足生產需求情況下有效節約能源，將頻率降低10HZ，節能效率接近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控畫面的完善;第三階段是節能控制系統的調試。

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。通過電磁元件驅動氣缸，控制風閥進行除塵管道關閉和打開。根據PLC輸出信號可實現自動開關。

第二階段，主要是軟件程序編寫和調試。系統軟件部分整體設計方案包括整體工業以太網通信、風速控制模塊和閥門控制模塊。在生產現場安裝完風速傳感器、氣缸和電磁閥后，將現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，根據現場風速需求，實施控制調節風機頻率。比如針對SDT風機預熱和冷卻狀態時空運轉，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”“冷卻狀態”時不允許風機啟動如圖4。根據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塵點，在PLC內以選取的指標來控制電磁閥開啟和關閉。實現了除塵系統實時獲取產塵點空載信號的功能。并且在除塵間上位機監控畫面添加各電磁閥和氣缸的開關顯示狀態，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和風速情況。

第三階段，節能控制系統的調試主要涉及PID參數調整，實現自動調節主風管風速，除塵PLC配置與編程，讀取主管道風速，并使用PID控制回路調節風機頻率，保證除塵主管道風速不低于17.23m/s。

3 總結

經過實施階段后，實現了預期目標，（1）除塵系統PLC能夠實時獲取工藝生產段的物料狀態信號，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據傳輸至PLC，經過程序運算，實時調節風機的變頻器頻率;（3）經過統計，實施后除塵系統能耗顯著降低，變頻器總體運行頻率在40～45 Hz，根據表1測算，節電率約為35%。每月可節約除塵系統用電6504.96（18585.6×0.35）kW·h。

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

參考文獻：

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