卷烟工业绿色工房技术体系研究与实践

廖柏华， 张占涛， 郝军， 李天阳， 吕南

（1. 国家烟草专卖局发展计划司；2. 郑州益盛烟草工程设计咨询有限公司；3. 中国城市建设研究院有限公司；4. 中国建筑设计研究院有限公司）

1 引言

随着社会经济发展，能源和环境已成为人类日益关注的突出问题。建筑和工业是传统意义上的能耗大户，节能建筑和绿色建筑成为未来建筑发展的趋势。目前绿色建筑在我国的民用建筑领域已得到了较为广泛的重视，并取得了一定的进展，但是绿色建筑在工业建筑领域尚未真正起步。烟草行业涉及农业、工业和商业三大产业门类，长期以来不断加大生态环境保护力度、提高资源利用效率、严控污染物排放总量，全面建设资源节约型、环境友好型行业。国家烟草专卖局印发了《关于烟草行业加强节能减排工作的实施意见》[1]《烟草行业“十四五”绿色低碳循环发展工作方案》《关于深入贯彻落实党中央国务院决策部署做好烟草行业碳达峰碳中和工作的实施意见》等文件，并先后于2011年、2020年颁布和修订了《烟草行业绿色工房评价标准》（YC/T396—2020）[2]，在“十一五”至“十三五”期间，推动一批卷烟工业企业技术改造项目按照绿色工房建设要求进行整体规划设计，推广应用先进适用的绿色低碳技术，在节约土地、能耗控制、水循环利用、污染物排放、生产环境改善等方面取得显著成效。杭州、昆明、郑州、许昌、宁波等十多家卷烟厂技术改造项目先后被住建部评为烟草行业绿色工房三星级项目。

2 绿色工房技术体系研究

《烟草行业绿色工房评价标准》参考了国内外绿色建筑评价体系，借鉴《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）[3]的基本架构，保留其中适用于烟草行业工业建筑的相关指标，并结合烟草行业工艺生产特点，形成了新的框架体系。为使指标适用于烟草行业，先后开展了烟草行业工业建筑能耗、围护结构热工性能、工艺设备散热散湿量、工艺排风参数、室内噪声现状、室内污染物、生产区域照明功率密度值、工业余（废）热来源和用水等基础研究，同时开展了不同温湿度参数车间围护结构热工性能分析、建筑节能潜力研究、生产区域照明功率密度现行值及目标值研究、建筑结构材料采用高性能混凝土与高强度钢和轻质混凝土的适用性分析等四项专题研究。

2.1 绿色工房概念

面对国家节能减排要求和行业自身发展需要的双重压力，烟草行业提出以“节能减排、环境保护、职业健康”三大目标为核心的“绿色工房”理念。烟草行业绿色工房结合行业工业建筑的工艺需求、负荷特性、使用规律等自身特点，并考虑不同气候类型影响，实现在建筑全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为工艺生产提供适用、高效的使用空间、为工作人员提供健康的生产作业环境，与自然和谐共生的工业建筑。

为了规范烟草行业绿色工房建设与评价，2009年国家烟草专卖局批准制定《烟草行业绿色工房评价标准》。结合我国《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）、美国LEEDTM(Leadership in Energy and Environment Design)标 准[4]、英 国BREEAM(Building Research Establishment Environment As‐sessment Method )标准[5]等国内外相关标准，统筹考虑卷烟工业企业的工艺需求、建筑特征、负荷特性、能耗构成等技术特点以及环境影响和职业健康等要求，结合试点项目经验，于2011年编制完成《烟草行业绿色工房评价标准》（YC/T396-2011）并颁布实施，指导行业技术改造项目将节能减排工作从运行管理阶段向规划设计阶段延伸，从分散的节能环保技术应用向系统规划、精细设计、全生命期评价的建管结合模式转变，从技术改造建设管理的源头推动行业节能减排水平的提升。经过十年的绿色工房建设实践，不断总结经验教训，标准编制团队于2019年开展本标准修订工作，并于2020年正式发布《烟草行业绿色工房评价标准》YC/T 396-2020。

2.2 绿色工房技术体系构成

《烟草行业绿色工房评价标准》针对烟草行业自身特点，考虑了气候、地域等对建筑的影响，确定了以节地与场地规划、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境与职业健康、环境影响和运行管理等七类指标为主的主体框架。实现了工业领域制定绿色标准的创新，突出了节能、环保与职业健康的权重，并适度保留了前瞻性技术要求。该评价标准采用项数与分数相结合的综合评价法，对待评技术改造项目的策划、设计等提出相关要求，并可指导后期评价。每类评价条款均分为控制项、一般项和优选项。其中，控制项是待评项目必须满足的基本要求，例如单位产量综合能耗指标要求、单位产品耗水量指标要求等（见表1）[6]。

表1 绿色工房评价体系条款比例表

3 绿色工房评价方法

烟草行业绿色工房评价标准引入了权重的概念，按不同等级分为一星级、二星级、三星级。要达到相应星级标准，对于一般项及优选项，不仅要满足一定的条款数量要求，而且要满足一定的分数要求。引入分数要求是为了对绿色工房实施效果进行量化考核。并且采用“条款分档计分”，将条款按照完成情况的不同，分成不同的分值，以利于体现不同技术在项目中的组合应用。

指标评价时技术实施的不同档次获得不同分数，只有条款数和总分数均满足相应等级要求才可判定为达标，条款数和总分数既相互关联又各成体系。引入权重体现对技术实施效果的重视，某一技术若应用很好，则相应分数较高。这种项数与分数相结合的评价方法在我国目前已颁布执行的绿色建筑相关评价标准中尚属首创。此外，该标准是我国第一个设置创新项的标准，允许创新项在一定程度上替代一般项或优选项，从而鼓励应用标准中未涵盖的技术或措施。

4 绿色工房关键技术措施及实践效果

4.1 绿色工房关键技术

绿色工房关键技术涵盖节地与场地规划、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境与职业健康、环境影响和运行管理等七大方面，结合烟草行业特点，以节能、环保、室内环境与职业健康关键技术为重点，主要包括以下关键技术。

1）被动式节能技术

被动式节能技术是指以非机械设备干预手段降低建筑运行能耗的节能技术，具体指应用围护结构、保温隔热与遮阳、自然通风、天然采光等技术，降低空调、采暖、通风、照明等能耗。烟草行业技改项目结合当地气候特点，采用被动式节能技术满足工艺生产需求。

例如，天然采光不仅可充分利用天然光、节约照明用电，而且可减少照明设备向室内散热，进而减少空调能耗。另外，结合当地气候特点，通过“自然通风+机械通风”组合方式，尽量减少或不开启空调系统，大大节约联合工房空调能耗[7]。昆明卷烟厂、蚌埠卷烟厂等易地技术改造项目全面采用被动式节能技术，其中昆明卷烟厂在制丝车间屋顶安装了约90个12m×0.73m的通风采光窗，可满足制丝车间室内热环境需求，并明显降低了通风空调系统能耗；蚌埠卷烟厂联合工房综合应用外遮阳、光导照明系统等措施，有效降低建筑空调能耗和照明系统能耗。

2）高大空间空调送风系统节能技术

联合工房生产区域高度较高、导致空调能耗增大，同时出现了冬季热风难以送至工作区、室内温湿度分层严重等问题，比较典型的是制丝车间和高架库。制丝车间由于工艺设备散热量很大、车间内热空气上浮，极易出现气流短路和温湿度分层现象；高架库总高度一般24m左右，又有货架、货物的阻挡，空调送风很难满足工艺要求，气流组织不佳极易导致空调能耗增加。

杭州卷烟厂技术改造项目采取计算流体动力学（CFD）模拟及实验测试方法，提出适用于制丝车间和高架库等高大空间节能运行的送风方式[8]。制丝车间按工艺特点分成开包区、叶处理区和丝处理区三个区域：对工艺环境要求较高的制丝区按工艺空调设计，全部采用全面送风方式；对工艺环境要求不高的开包区及叶处理区，以保证人员基本舒适为主，在人员主要通道区采用旋流风口、固定操作岗位及特殊需要部位附近增设喷射风口，优化后有效减少了空调负荷需求，相比实现节能率36.4%。高架库基于竖向空调负荷分布特点的平面布局，可有效改善气流组织。

3）厂区余废热综合利用规划及余废热利用技术

卷烟生产企业的余热来源主要有：各种工艺设备排出的高温烟气、工艺设备的冷却水、锅炉烟气、厂区生产生活污废水等。通过对卷烟生产企业余热资源情况进行分析，高温烟气余热及冷却介质余热均为所占比例较大的余热资源[9]。通过对厂区内余废热资源（包括工艺设备余废热、锅炉烟气回用、空压机余热、污水处理余热等）进行量化分析与测算，并从全厂角度测算用热需求，分析余废热资源与用能需求之间的匹配情况，从而确定合理的余废热资源方案并予以实施。

武汉卷烟厂、杭州卷烟厂、蚌埠卷烟厂等多个技术改造项目均对全厂余废热综合利用进行统一规划，采用锅炉烟气余热回收技术、蒸汽凝结水回收利用、锅炉连续排污热回收以及工艺设备余热利用等技术措施。其中杭州卷烟厂的锅炉烟气余热回收技术通过一级、二级锅炉节能器预热锅炉补水，全年可节省热量约8506GJ；烘丝机余热+太阳能联合供应生活热水系统，优先考虑采用太阳能光热系统进行加热，其次，利用工艺设备烘丝机HXD、HDT等烟丝干燥设备工作时排放高温烟气（最高排风温度为350℃）的余热制备热水，每年约制备热水14570t，节约热量1522GJ。

4）冷却塔供冷技术

冷却塔供冷技术是空调系统节能降耗途径之一，适用于过渡季或冬季室外空气湿球温度较低的场合。当室外空气湿球温度低于某个值时，关闭冷水机组、以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调末端系统供冷，以减少冷水机组的运行时间[10]。我国部分卷烟厂冬季可能存在供冷需求。长江流域的气象资料显示，每年湿球温度低于10℃的时间约为3100h，占全年时间的35%左右，这为卷烟厂在冬季利用自然冷源提供了良好的外部条件。

武汉卷烟厂、新郑州卷烟厂、杭州卷烟厂、合肥卷烟厂、蚌埠卷烟厂等在技术改造项目中均采用了冷却塔直接供冷技术。实测结果表明，卷烟厂冷却塔供冷系统运行情况良好，节能效果显著。冬季冷却塔供冷系统的季节节能率约为61.9%，季节冷源系统能效高达10.6。

5）非传统水源综合利用技术

合肥卷烟厂全厂年用水总量约为21.8万t，污水量约为8万t。按“高质高用、低质低用”原则，根据用水水质的要求对用水进行规划，通过方案比较及量化分析，确定非传统水源利用方案为：再生水优先处理至低品质再生水，用于绿化灌溉、道路洒水；用不完时，在进行深度处理成高品质再生水，高品质再生水的利用顺序为景观补水、冷却循环水补水。低品质再生水水质达到《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》（GB/T 18920-2002）的要求；高品质再生水水质满足《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》（GB/T 18921-2002）和《城市污水再生利用工业用水水质标准》（GB/T 19923-2005）的要求。合肥卷烟厂技术改造项目年利用再生水量约60000t，按自来水2.5元/t，再生水处理费用2.0元/t计，可节约自来水费用3万元/a。

6）串联用水及梯级用水技术

卷烟生产企业生产、非生产用蒸汽一般由自建锅炉房供给，锅炉排污产生高温水，通常采用排污降温池降温处理，需消耗大量的自来水。通常位于动力中心的软水供应站提供动力中心制冷站、空压站、联合工房真空站、二氧化碳膨胀烟丝工段循环水系统用水及锅炉房用水、换热站用水等用水；软水站的树脂再生时产生大量的高盐废水；同时，动力中心还设有纯水站，纯水采用反渗透（RO）工艺制备，会产生约25%的高浓度含盐废水。因此，技术改造项目应通过水资源综合利用规划，根据水质的不同要求，实现水的梯级利用及串联使用，从而降低水资源的消耗。

上海烟草集团中华专线技术改造项目将高盐废水用于锅炉排污降温及高温冷凝水的降温，从而替代自来水，节约了大量的水资源。据统计，技术改造项目高盐废水量37000t/a，大于技术改造项目冷却需求量33600t/a，水量满足梯级用水要求，每年可节约自来水约33600t，产生可观的经济效益和明显的社会效益。

目前，在全球化脱轨，贸易量萎缩，世界经济滞涨的大环境下，随着美联储退出量化宽松政策，各国为避免由此带来的冲击，开启“去美元”化浪潮。如果全球经济不能有所起色，美国为了保证国内政治经济的稳定，达到美元回流、消除经济滞胀对自身的冲击的目的，不排除利用上述矛盾加剧或引爆中东油气聚集地的地缘政治冲突。

7）厂房吸声隔音及降噪关键技术应用

卷接包车间设备数量较多且集中布置，是卷烟生产的主要工艺环节，一直是国内各烟厂噪声控制的难点。技术改造项目中采用吸声、隔声、消声、减震等方法对待建工房进行噪声控制[11]。

武汉卷烟厂、杭州卷烟厂技术改造项目建筑室内在墙面、吊顶、构造柱等部位采用了吸声材料，在建筑内墙、门窗等部位采用了隔音降噪技术。从噪声控制的原理入手，将传统的实验方法和计算机模拟分析手段相结合，考虑建筑结构、工艺过程，以及卷烟厂运行管理等实际需求，对新建卷接包车间噪声情况及其控制技术措施进行分析和预测。根据声场分布测试结果，降噪方案实施后新建车间的声场声压级较原有车间有较明显降低，卷接包机组操作人员工作区域内平均降噪量达到7dB（A），8h等效声级可以控制在85dB(A)以内，有效地改善了车间内的声环境。

8）烟草异味处理技术

卷烟生产过程中切片、加湿系统，烟丝、梗丝回潮、干燥系统等工序散发的异味及除尘尾气对周围环境有一定的影响，按照我国环保方面的要求需对烟草异味进行治理。异味治理方式包括对含有烟草异味的除尘尾气及排潮空气等通过异味处理装置进行净化处理[12]。

以蚌埠卷烟厂技术改造项目为例，为解决联合工房生产过程中烟草异味排放问题，对联合工房制丝线切丝、烘丝、润梗、烟丝加香等工序产生的烟草异味，采用5套一体化离子洗涤异味处理系统进行集中处理，处理后的废气经过5个30m高的排气筒排入大气环境。采用以上处理设施后，大大降低了异味的排放量和排放浓度。环境监测部门的监测结果显示，烟草异味处理装置处理后的排放口臭气浓度最大测定值为416，符合《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-93）标准。

9）能源智能管理平台

为精确掌握能源消耗数据、更好保障绿色运行管理，卷烟工厂大多建立了能源智能管控系统，包括制冷及空调控制系统、能源计量系统、锅炉检测控制系统、真空控制系统、智能配电系统、水资源管理系统，实现全厂动力能源集中监控、统一调度及管理，保障各个系统运行状况最佳、最经济合理，尽量降低卷烟生产能耗。

绿色运管制度与智能资源管理系统的高效结合，使得卷烟企业的各项节能减排指标均持续保持了良好的下降趋势，环境能源运行效果良好。其中，以武汉卷烟厂2020年运行情况为例，节能减排各项指标均完成较好，达到控制指标要求。卷烟万支综合能耗为标准煤2.06kg/万支，较2020年公司下达目标标准煤2.14/万支下降4%；卷烟单箱耗水0.07m³/万支，与企业目标0.10m³/万支相比下降30%；工业用水重复利用率达到98.57%；氨氮排放总量较环评要求下降80%以上；COD排放总量较环评要求下降近70%。

10）能耗对标及能源管理绩效评价

2009年以来，烟草行业持续深入推进能耗对标工作，通过行业内对标标杆，推进企业从技术、管理两方面着手有效降低能耗水平，并根据自身特点和能源管理的实际需要，对能耗对标指标体系进行动态调整和完善，逐步扩展对标范围，取得了显著成效：一是通过对标指标和机制的持续优化，知道了“比什么、怎么比”；二是通过聚焦对标改进，明确了“做什么、如何做”；三是通过广泛对标帮扶，实现了“团队协作、共同提升”。值得一提的是，行业企业近年来探索并全面推广分层分类对标，以对标数据间的逻辑关系为基础，开展数据采集、加工、建模、统计、分析等，有效解决了长期存在的“不同重量级对标”问题。

在能耗对标工作基础上，近年来，宁波卷烟厂汇同郑州烟草研究院等单位共同开展了卷烟工厂能源管理绩效评价方法的研究，提出一套较为完善、可操作性强，兼顾不同地区、不同气候环境区域，能客观反映当前卷烟工厂能源管理绩效水平的评价方法。该方法通过对“基于以生产驱动的能源供应”的流程化管理研究，注重能源供给、输送、转换和实际利用的评价，重点分析研究“精准供能、按需供能和以产定供”等非稳态条件下的能源配送、能源转换以及实际利用率之间的相关性，过程中充分考虑到能源系统的动态特性与多时间尺度特性，注重能源需求侧的自我管理、自我提升、自我优化，从而引导企业能源管理方面的提升。通过对宁波卷烟厂、红河卷烟厂、青岛卷烟厂、涪陵卷烟厂等进行实地测评，对能源管理绩效评价方法进行实际验证和改进优化，最终形成完整的卷烟工厂能源管理绩效评价方法。该方法通过指标搭建、定量分析、实际测评，能够对卷烟工厂能源管理绩效水平进行客观评价，通过评价查找不足、明确改进方向，不断推进卷烟工厂能耗对标工作，为持续提升行业能源管理绩效水平提供思路和借鉴，对于科学引导各卷烟工厂深入贯彻“绿色发展理念”和开展“碳达峰、碳中和”等工作，发挥了积极作用。

4.2 绿色工房实践效果

“十一五”至“十三五”时期，卷烟工业企业相对集中推广“中式卷烟”特色工艺、实施技术改造。大批采用绿色工房技术的技术改造项目，在满足高标准卷烟工艺对建筑空间需求的前提下，建成后的运行综合能耗与技术改造前相比基本持平，单位建筑面积综合能耗、单位空调面积综合能耗均有较大幅度地降低。据统计，技术改造后与技术改造前相比，单位建筑面积综合能耗降低约34.4%，单位空调面积综合能耗降低约43.6%。

节约水资源方面，非传统水源利用技术大规模应用，行业节水率相对于技术改造前降低约10%。以昆明卷烟厂技术改造项目为例，根据2012年实际运行数据，技术改造项目全年水资源消耗为0.27m³/箱，相比较技术改造前2010年卷烟耗水量的0.36m³/箱，下降约25%。

废气排放方面，全面采用粉尘及异味处理设备，粉尘、异味浓度均大幅度降低。据统计，行业“十二五”期间二氧化硫排放总量2791t（相比2010年降低约65%），化学需氧量排放总量2033t（相比2010年降低约35%），氨氮排放总量107t，氮氧化物排放总量4218t。

污水排放方面，应用废水循环处理，排放量降低约15%～20%；采用高效中水处理工艺，污水COD指标下降明显，合肥卷烟厂“十一五”技改后污水COD浓度相比技术改造前降低约25%。

5 绿色工房发展与展望

碳达峰、碳中和工作是我国当前及未来一个时期的重大战略目标。党中央、国务院发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》要求：到2025年，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用效率大幅提升。单位国内生产总值能耗比2020年下降13.5%；单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%。国务院发布的《中国制造2025》要求：建设绿色工厂，实现厂房集约化、原料无害化、生产洁净化、废物资源化、能源低碳化；发展绿色园区，推进工业园区产业耦合，实现近零排放；壮大绿色企业，支持企业实施绿色战略、绿色标准、绿色管理和绿色生产。工信部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》提出：到2025年，工业产业结构、生产方式绿色低碳转型取得显著成效，绿色低碳技术装备广泛应用，能源资源利用效率大幅提高，绿色制造水平全面提升，为2030年工业领域碳达峰奠定坚实基础。倡导以数字化转型驱动生产方式变革，深化生产制造过程的数字化应用，赋能绿色制造等。

新时期，烟草行业认真贯彻国家生态文明建设方针政策，立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局，围绕“双碳”目标，以绿色工房、绿色厂区建设为重要抓手，持续发力建设资源节约型、环境友好型企业，为地方经济发展和“美丽中国”贡献力量，让绿色成为烟草行业高质量发展的亮丽底色。

5.1 开展绿色工房项目的后评价

自《烟草行业绿色工房评价标准》发布实施以来，烟草行业已有近30个工程项目按标准要求进行绿色工房建设，其中杭州卷烟厂、昆明卷烟厂、合肥卷烟厂等15个项目已获得绿色工房评价标识认证，有效推动了烟草行业绿色工房实践。随着烟草行业整体绿色建设水平的提高，适时开展绿色工房建设项目后评价工作，系统总结绿色工房建设成效，持续推动烟草行业绿色工房建设水平，更有力地支撑卷烟生产“优质、高效、低耗、安全、环保”的发展要求。

5.2 推动绿色发展方式思路创新

5.2.1 深化“以四节一环保”为基本特征的绿色工房建设

对整体技术改造项目，要集约化使用土地，同时优化工厂的建设规模、厂房空间构成、建筑空间及层高、工艺空间及布局、室内环境参数（如生产工房的温度、湿度、照度等指标），进一步降低建筑能耗。支持卷烟工厂在现有设施条件下加强绿色化改造，包括工艺参数优化、可再生能源利用、动力及公用设备系统的节能与节水改造、能源计量系统及环境监测系统等改造，逐步实现能源消耗低碳化、原料使用无害化、生产过程洁净化、废物利用资源化。

5.2.2 推动绿色工房向绿色厂区、园区拓展

探索以生态文明、绿色发展和产业链高效协同为基础的发展方式，以重点卷烟品牌为引领，推动汇集基础研发、产品设计、生产、物流为一体的产业园区建设；加强太阳能、地热能等可再生能源利用，减少传统化石能源的消费；加强环境排放控制手段，减少废气、异味及噪声等排放总量及强度；对污废水进行园区内循环利用，实现污水近零排放，以及废弃物的回收循环利用，实现生产力布局优化、资源共享利用、产业链绿色低碳。

5.2.3 积极开展碳达峰碳中和工作方案研究

针对烟草行业覆盖农业、工业和商业全产业链的特点，开展烟草行业碳达峰碳中和工作方案研究。全面摸排全产业链的碳排放源、排放类型以及碳排放现状，研究分析烟草行业碳达峰目标、路线图和时间表，明确技术路径，为烟草行业今后更好地开展“双碳”工作提供技术支撑。

5.2.4 推动绿色化与数字化智能化融合发展

深化卷烟产品研发设计、生产制造、循环利用等环节的数字化技术应用，加快人工智能、物联网、云计算、数字孪生、区块链等信息技术在绿色制造领域的应用，对生产工艺流程及工艺配套公用设备系统进行智能化改造升级，推动制造过程的关键工艺装备智能感知和控制系统、过程多目标优化、经营决策优化等，实现生产过程的物质流、能量流等信息采集监控、智能分析和精细管理。打造面向产品全生命周期的数字孪生系统，以数据为驱动提升行业绿色智能制造水平。