動力能源系統節能技術研究及應用

吳一恒

（中國電子系統工程第二建設有限公司，湖北武漢 430000）

能源是國民經濟發展的關鍵基礎。通過加強能源結構的建設，可以出現科學的節約和合理的用能，可以有效地減少企業生產和居民的生活成本，從而全面提高經濟效益，促進國民經濟持續穩定協調發展。因此，能源系統節能和能效提高問題是當前亟待解決的熱點問題，我國專家提出，節約能源是繼煤炭、石油、天然氣、電力之后的“第五能源”。隨著我國經濟的快速發展，能源利用率低、不可持續的消費方式、供需矛盾加劇、環境惡化、經濟發展矛盾加劇已成為制約國民經濟持續健康發展的重要因素。

文中以成都卷煙廠為例，通過對能耗較高的能源系統裝置進行一系列的改造，來對動力能源系統節能技術研究及應用進行分析。

1 煙草行業節能手段表現形式

煙草行業的節能主要是通過行政手段和技術手段來實現，行政管理措施節能方面，主要有完善的計量體系、建立相應能源管理體系；節能技術措施主要是節能技術的應用，堅持源頭控制等。

（1）健全計量系統。建立或更新能耗計量系統，使計量數據長期、完整、準確，為企業提高節能管理和技術改造積累數據。

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

（3）推動精益化的節能。在節約能源方面，必須采用精益管理，以最少的投資，創造最大的效益。指導員工進行精益化能源改進，運用各種精益管理的手段和措施，組織節能項目。充分發揮節源設計小組的作用，協助團隊進行節能項目的研究，發掘企業節能潛能，營造持續改善的環境，推動節能工作。

（4）節約能源技術的運用。節能技術的應用，應遵循技術可行、經濟合理、節約資源、保護環境的原則。要加快實施國家發改委制定的《節能技術促進目錄》中的推薦技術；要大力推廣節能技術，爭取在最短時間內收回投資；對具有長期投資回報、節能效果穩定的工程，要進行深入的研究和論證，并有針對性地進行應用；在能源密集型的生產過程中，要采取有效的節能措施，加大技術改造力度。

（5）嚴格控制源頭。要堅持“技術改造”的源頭控制方針，對用能設備的配置要做好充分的論證，防止出現產能過剩和用能設施過剩的情況，改造工程要強化集約利用，優化工藝布局，減少單位建筑面積能耗，推廣綠色建筑國家標準中推薦的節能技術，提高煙草行業綠色工房建設水平。

2 卷煙工業車間的節能改造

根據檢測報告和相應的轉換技術，確定具體的創新改革環節，通過對比分析各種技術的局限性、適應性和成本效益，得出最優的節能方案，以達到鍋爐的復雜改造的目的，不僅保證各熱工參數的協調和動態變化同時，在時間和空間上也實現同步。

此外，還需要對改造方案和技術進行可行性研究，包括技術可行性、時間可行性（鍋爐運行期間技術轉換所需的時間）、經濟可行性（經濟投資和轉換后的經濟效果），并提供現代化計劃、和可行性研究報告，改造項目的關鍵在于改造方案、技術和可行性研究。

2.1 概要

國家節能減排局“十三五”工作規劃提出了節能減排的總體目標，各部門要根據工作實際采取切實措施，落實各項工作機制，確保節能減排。近年來，降本增效一直是我國煙草行業的工作重點，努力爭取“質量發展”。成都卷煙廠積極響應中國煙草降低單位產品能耗計劃，以及技術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、全廠各部分電力設備的連接，工廠線路和管道錯綜復雜，在操作時間上的浪費和風險都比較高，系統的穩定性比較差，面對這些問題，該廠動力車間創新團隊通過研究，對動力設備的節能技術進行了一系列改進，并取得了一定的成果。

2.2 節能空調技術改造

成都卷煙廠能源工作創新組自主研發的方法，與現有的MES（生產管理系統）相結合。配合各工段的間歇特性，實時獲取生產訂單數量，生產線對應空調機區設備啟停，對應區域極端溫濕度差小于2 ℃，保證每個空調箱的設備自動啟動，當相應區域的溫濕度滿足生產環境要求時，系統將采用PID 控制。空調機組的啟動時間可根據不同的生產季節調整，空調設備可啟停智能，降低能耗，同時滿足生產需求。表1為空調設備集成控制系統的監控數據。

表1 空調設備集成控制系統的監控數據

在空調節能改造前，空調機組K37 在運行30～60min 后，因濕度問題被關閉，關閉后30min 內，又被重啟，在短短12h 內啟動和停止多達15次，運行時間占比為60%～70%，空調系統節能改造后，空調機組K37空調將自動關閉，下次啟動為3h 后，24h內只開關3次，運行時間占比在20%～30%，顯然，為了滿足生產要求的溫濕度條件，只有空調機組K37開啟運行30～60min 后關閉，溫度和濕度能保持在生產要求范圍內，空調系統節能改造后，K37空調機組運行90～150min，溫濕度達到生產要求并趨于穩定后，在溫、濕度充足的情況下，改造后的空調系統節能效果顯著。為滿足生產技術的需要，保證成品煙的吸味穩定性，應盡可能降低倉庫不同高度儲藏區域的溫度階差。卷煙廠動力車間創新團隊在改善空調監控體系的同時，并對相應的高架庫空調風管布置方式進行了改進，采用混風空調送風系統，在安裝兩層回風管道的情況下，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。改進后的高架庫內溫度濕度極差＜2 ℃，實現了對煙絲高架庫溫濕度的精確控制。

2.3 節能鍋爐技術改造

經過成都卷煙廠動力車間開拓創新團隊的研究，仔細分析了鍋爐尾氣余熱回收的主要問題和技術瓶頸，并論證了鍋爐給水系統和尾氣余熱回收系統的優化設計方案，確定了鍋爐尾氣循環系統的改造計劃。在原鍋爐水循環系統中，軟化水從鍋爐軟化水箱進入換熱器，然后進入保溫水箱。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，每年都要為公司節約30萬元的天然氣成本。

2.4 自清洗排水除塵管排水系統的研制

每一次生產結束后，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新團隊研制了一種自清洗排水除塵管排水系統，并嵌入到控制除塵排潮風機的PLC 功能模塊中。它可以夠通過制絲車間集中管理PLC 功能模塊發出的請求啟停信號來智能判斷制絲車間生產狀況，在各工藝段生產結束時延后關閉風機，并自動增大風機的輸出頻率，從而加大風量，對管道內冷凝積水和腐蝕殘存物進行清理。保證除塵排潮管道內的清潔.當生產設備開始運行時，除塵排潮風機請求信號的初始值設為1，啟動一個上升沿，15 Hz（在應用中，應視每個排潮風機的實際需要設置），在生產設備開始運行時，除塵排潮風機請求信號的結束值被置于0，觸發一個下降沿，45 Hz 被寫入設置頻率的上下限，并且，該自清潔排潮系統能夠在每日生產運行結束后對除塵排潮管道進行清理與保養，節省了大量的維保人力。

2.5 除塵煙末智能稱重回收系統的設計與應用

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，并將其安裝在相應的煙塵收集裝置上。該方法所獲得的重量數據精度較低，難以進行統計分析。因此，卷煙廠電氣車間的設計人員研制了一套智能化的除塵、煙道粉塵稱重處理系統。本系統包括MettlerIND570XX 防爆電子秤，PROFIBUS-DP總線，西門子S7-300 PLC 芯片，主開關，數據采集服務器，MES，防爆電腦，防爆標簽打印機。圖1為智能粉塵和煙塵的稱量與回收系統的工作原理。

圖1 智能粉塵和煙塵的稱量與回收系統的工作原理圖

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

2.6 節能技術改造對發電車間的影響

成都卷煙廠進行節能技改后，2017年復合能源比能耗折合2.45kg/萬常規單位煤，比2016年下降9.6%；車間包括吸塵系統、空調系統、除塵系統等，每年可節省420.86萬元。

3 結束語

成都卷煙廠以動力能源車間為主體進行的節能技術改造，取得了良好的成效，其中，空調系統的自動化程度得到了明顯的改善，節能效果顯著；通過對鍋爐系統節能改造，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工作更加簡便，經過改造不僅減少了動力車間能耗，而且改善車間工作環境。動力車間節能技術改造對企業的精益管理及降本增效都起到了促進作用。