动力能源系统节能技术研究及应用

吴一恒

（中国电子系统工程第二建设有限公司，湖北武汉 430000）

能源是国民经济发展的关键基础。通过加强能源结构的建设，可以出现科学的节约和合理的用能，可以有效地减少企业生产和居民的生活成本，从而全面提高经济效益，促进国民经济持续稳定协调发展。因此，能源系统节能和能效提高问题是当前亟待解决的热点问题，我国专家提出，节约能源是继煤炭、石油、天然气、电力之后的“第五能源”。随着我国经济的快速发展，能源利用率低、不可持续的消费方式、供需矛盾加剧、环境恶化、经济发展矛盾加剧已成为制约国民经济持续健康发展的重要因素。

文中以成都卷烟厂为例，通过对能耗较高的能源系统装置进行一系列的改造，来对动力能源系统节能技术研究及应用进行分析。

1 烟草行业节能手段表现形式

烟草行业的节能主要是通过行政手段和技术手段来实现，行政管理措施节能方面，主要有完善的计量体系、建立相应能源管理体系；节能技术措施主要是节能技术的应用，坚持源头控制等。

（1）健全计量系统。建立或更新能耗计量系统，使计量数据长期、完整、准确，为企业提高节能管理和技术改造积累数据。

（2）加强对能源的管理。卷烟厂、丝束生产单位和年能耗超过3 000 t 的复烧（烟改）厂要建立能源管理制度。年能耗超过5 000 t 的企业，要对其进行定期的能源管理制度认证，并对存在的问题进行整改，工业用能单位（年能耗超过10 000 t），每年要进行一次能源审核，各企业要定期召开能耗分析会议，对近期的能源消费情况进行分析，制定下一阶段的工作方案。

（3）推动精益化的节能。在节约能源方面，必须采用精益管理，以最少的投资，创造最大的效益。指导员工进行精益化能源改进，运用各种精益管理的手段和措施，组织节能项目。充分发挥节源设计小组的作用，协助团队进行节能项目的研究，发掘企业节能潜能，营造持续改善的环境，推动节能工作。

（4）节约能源技术的运用。节能技术的应用，应遵循技术可行、经济合理、节约资源、保护环境的原则。要加快实施国家发改委制定的《节能技术促进目录》中的推荐技术；要大力推广节能技术，争取在最短时间内收回投资；对具有长期投资回报、节能效果稳定的工程，要进行深入的研究和论证，并有针对性地进行应用；在能源密集型的生产过程中，要采取有效的节能措施，加大技术改造力度。

（5）严格控制源头。要坚持“技术改造”的源头控制方针，对用能设备的配置要做好充分的论证，防止出现产能过剩和用能设施过剩的情况，改造工程要强化集约利用，优化工艺布局，减少单位建筑面积能耗，推广绿色建筑国家标准中推荐的节能技术，提高烟草行业绿色工房建设水平。

2 卷烟工业车间的节能改造

根据检测报告和相应的转换技术，确定具体的创新改革环节，通过对比分析各种技术的局限性、适应性和成本效益，得出最优的节能方案，以达到锅炉的复杂改造的目的，不仅保证各热工参数的协调和动态变化同时，在时间和空间上也实现同步。

此外，还需要对改造方案和技术进行可行性研究，包括技术可行性、时间可行性（锅炉运行期间技术转换所需的时间）、经济可行性（经济投资和转换后的经济效果），并提供现代化计划、和可行性研究报告，改造项目的关键在于改造方案、技术和可行性研究。

2.1 概要

国家节能减排局“十三五”工作规划提出了节能减排的总体目标，各部门要根据工作实际采取切实措施，落实各项工作机制，确保节能减排。近年来，降本增效一直是我国烟草行业的工作重点，努力争取“质量发展”。成都卷烟厂积极响应中国烟草降低单位产品能耗计划，以及技术改造和改善管理计划，全厂供水、供电、供汽总线路超过10万条和4 700多台仪表，用于配电、蒸汽和压缩空气测量、全厂各部分电力设备的连接，工厂线路和管道错综复杂，在操作时间上的浪费和风险都比较高，系统的稳定性比较差，面对这些问题，该厂动力车间创新团队通过研究，对动力设备的节能技术进行了一系列改进，并取得了一定的成果。

2.2 节能空调技术改造

成都卷烟厂能源工作创新组自主研发的方法，与现有的MES（生产管理系统）相结合。配合各工段的间歇特性，实时获取生产订单数量，生产线对应空调机区设备启停，对应区域极端温湿度差小于2 ℃，保证每个空调箱的设备自动启动，当相应区域的温湿度满足生产环境要求时，系统将采用PID 控制。空调机组的启动时间可根据不同的生产季节调整，空调设备可启停智能，降低能耗，同时满足生产需求。表1为空调设备集成控制系统的监控数据。

表1 空调设备集成控制系统的监控数据

在空调节能改造前，空调机组K37 在运行30～60min 后，因湿度问题被关闭，关闭后30min 内，又被重启，在短短12h 内启动和停止多达15次，运行时间占比为60%～70%，空调系统节能改造后，空调机组K37空调将自动关闭，下次启动为3h 后，24h内只开关3次，运行时间占比在20%～30%，显然，为了满足生产要求的温湿度条件，只有空调机组K37开启运行30～60min 后关闭，温度和湿度能保持在生产要求范围内，空调系统节能改造后，K37空调机组运行90～150min，温湿度达到生产要求并趋于稳定后，在温、湿度充足的情况下，改造后的空调系统节能效果显著。为满足生产技术的需要，保证成品烟的吸味稳定性，应尽可能降低仓库不同高度储藏区域的温度阶差。卷烟厂动力车间创新团队在改善空调监控体系的同时，并对相应的高架库空调风管布置方式进行了改进，采用混风空调送风系统，在安装两层回风管道的情况下，充分干扰库中的空气，减少了空气的流通死角，保证了仓库的温度和湿度均匀。改进后的高架库内温度湿度极差＜2 ℃，实现了对烟丝高架库温湿度的精确控制。

2.3 节能锅炉技术改造

经过成都卷烟厂动力车间开拓创新团队的研究，仔细分析了锅炉尾气余热回收的主要问题和技术瓶颈，并论证了锅炉给水系统和尾气余热回收系统的优化设计方案，确定了锅炉尾气循环系统的改造计划。在原锅炉水循环系统中，软化水从锅炉软化水箱进入换热器，然后进入保温水箱。在保温水箱入口增加了一个电动三通阀门，它可以根据水箱的水位，将软水重新注入到软水箱中，使软水保持流动。经改造后，该锅炉的烟气排放温度由120 ℃下降至85 ℃，锅炉的热效率可提高2%左右，每年都要为公司节约30万元的天然气成本。

2.4 自清洗排水除尘管排水系统的研制

每一次生产结束后，除尘排潮管道中都会残留很多残渣，手工清洗非常不便。卷烟厂动力车间的创新团队研制了一种自清洗排水除尘管排水系统，并嵌入到控制除尘排潮风机的PLC 功能模块中。它可以够通过制丝车间集中管理PLC 功能模块发出的请求启停信号来智能判断制丝车间生产状况，在各工艺段生产结束时延后关闭风机，并自动增大风机的输出频率，从而加大风量，对管道内冷凝积水和腐蚀残存物进行清理。保证除尘排潮管道内的清洁.当生产设备开始运行时，除尘排潮风机请求信号的初始值设为1，启动一个上升沿，15 Hz（在应用中，应视每个排潮风机的实际需要设置），在生产设备开始运行时，除尘排潮风机请求信号的结束值被置于0，触发一个下降沿，45 Hz 被写入设置频率的上下限，并且，该自清洁排潮系统能够在每日生产运行结束后对除尘排潮管道进行清理与保养，节省了大量的维保人力。

2.5 除尘烟末智能称重回收系统的设计与应用

粉尘称量，一般使用秤称重，由操作员手工将重量记录在包装袋上，并将其安装在相应的烟尘收集装置上。该方法所获得的重量数据精度较低，难以进行统计分析。因此，卷烟厂电气车间的设计人员研制了一套智能化的除尘、烟道粉尘称重处理系统。本系统包括MettlerIND570XX 防爆电子秤，PROFIBUS-DP总线，西门子S7-300 PLC 芯片，主开关，数据采集服务器，MES，防爆电脑，防爆标签打印机。图1为智能粉尘和烟尘的称量与回收系统的工作原理。

图1 智能粉尘和烟尘的称量与回收系统的工作原理图

它的智能称量方式是：采用梅特勒IND570xx 防爆电子称重系统，对每一包的烟草粉末进行称量，然后通过通信装置总线PROFIBUS-DP，并实时地通过主交换机进行信息交换。收集到的资料会传送至资料搜集伺服器，该系统与MES 互动，将产品品牌、批次、包装袋的颜色显示在防爆计算机屏幕上，并提醒操作人员将烟末与对应颜色的包装袋相匹配，并按下计算机上的按键，进行包装。防爆式电子称数据由无线WiFi 传送至防爆标签打印机，并打印出时间，批次，品牌，包装颜色，序号等。由应急部门采集到的资料，按每日不同批号、不同色袋的烟粉重量进行统计，并对同一批次不同时期所采集的烟粉进行对比和分析。通过使用本系统，可使烟尘收尘器的智能化、计量精度得到明显改善。

2.6 节能技术改造对发电车间的影响

成都卷烟厂进行节能技改后，2017年复合能源比能耗折合2.45kg/万常规单位煤，比2016年下降9.6%；车间包括吸尘系统、空调系统、除尘系统等，每年可节省420.86万元。

3 结束语

成都卷烟厂以动力能源车间为主体进行的节能技术改造，取得了良好的成效，其中，空调系统的自动化程度得到了明显的改善，节能效果显著；通过对锅炉系统节能改造，将原有的烟道温度从120 ℃降低至85 ℃，废热回收效果显著，热效率提高了2%；除尘、排潮管线自清洗、排潮装置的研制和使用，使得整个除尘体系的维护工作更加简便，经过改造不仅减少了动力车间能耗，而且改善车间工作环境。动力车间节能技术改造对企业的精益管理及降本增效都起到了促进作用。