制丝设备经济运行模式研究0 - 图文

制丝设备经济运行模式研究

撰写人员：王迎彬 于红丽 赵文龙 发布人员：于红丽

关键词： 工艺段；设备预热；设备空运转；集中生产；冷却水回收利用；制丝线经济运行

摘 要：制丝线设备存在空运转、预热时间长、生产不集中、保养用水浪费、冷却水冷凝水不能利用等现象。在确保生产正常进行的前提下，通过实施①细化工艺段；②优化预热模式；③优化储丝柜出料系统；④真空回潮冷却水控制方式改进；⑤滚筒清洗时间优化；⑥冷却水和冷凝水回收利用等，减少了设备能源消耗，降低制丝车间的设备运行成本，为制丝线经济运行模式进行了有益探索。

制丝线设备多，生产过程中需要用到电、蒸汽、水、空压气、风力等多种能源；烟丝制造过程工艺复杂、工序繁多，属流程化作业，烟草从原料到成品烟丝一般需要运行300米才能走完全过程。通过强化过程控制，技术创新，探索设备经济运行模式，降低了运行成本，对企业节能降耗和提升企业核心竞争力有着积极意义。

1 细化工艺段（分项目主持人与主要完成人员：张春杰 于红丽 张晓锋 赵勇 许志兵）

制丝线的控制一般是根据工艺段进行分段控制的，段与段之间有连锁控制。工艺段一般根据工序功能来划分，因此有的工艺段路线长，有的工艺段路线短，这样便造成开机初期路线较长的工艺段存在部分设备等料空运转现象。因此，细化工艺段，优化控制流程，是实现制丝设备经济运行的关键措施之一。 1.1 工序控制现状

新郑卷烟厂制丝线共有15个工艺段（如图1）。按照原设计每个工艺段内的设备需要同时启动，在实际生产中部分工艺段存在后段设备在开机（或批次生产）初期处于等料空运行的情况，如图1中的叶片加料段、切叶丝东段、切叶丝西段、丝加香段及梗加香段等；改进前各段设备等料空运转情况如图2所示，从图2可以看出，仅上述5个工艺段，空运转电机有70台，等料空运转时间累积为62分钟。

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松散回潮段预混柜 松片回潮 皮带秤 喂料机 真空回潮 真空回潮段 分片 开箱开包 薄板烘丝段切丝机 切丝机 切梗 切梗丝段压梗 蒸梗 储梗 烟叶 切叶丝东段西线加温加湿 喂料机 喂料机 喂料机 喂料机 喂料机 薄板烘丝机 气流烘丝机 叶片加料段加料机 储叶柜 东线加温加湿 切叶丝西段 气流烘丝段 原梗处理段浸梗 上梗 亚丝段亚丝柜 梗丝柜 梗加香段加香机 梗膨化段 梗加料段喂料机 梗膨化 梗加料 膨丝喂料机 梗丝喂料机 烟 梗 加香机 储丝柜 卷接包 掺配主秤 亚丝喂料机 薄片喂料机 残丝喂料机 掺配段掺配皮带 混丝柜 喂料机 皮带秤 丝加香段

无等料空运转现象的工艺段

有等料空运转现象的工艺段

图1 制丝生产线工序图

20 15 10 5 0 16 15 112 17 14 12 15 12 8 叶片加料段 制叶丝东段 制叶丝西段 丝加香段 梗加香段

空运转电机数（台） 空运转时间（分钟）

图2 制丝设备空运转情况统计

1.2 采取措施

从图1可以看出，存在等料情况的设备主要集中在设有仓储式喂料机的工艺段，由于喂料机存储的物料需要一段时间，在批次开始生产时后续设备的运转就造成了能源浪费。改进措施是以喂料机为界进行工艺段细分，在批次开始生产时先启动喂料机及前段设备，等喂料机装满料后再启动后段设备。在实施过程中修改了喂料机控制程序和显示界面（如图3），

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增加了分段启动控制功能和按钮以及前后连锁，在解决设备空运转问题的同时也方便了操作。

改造后实现分段启动功能 改造前叶片加料段为一大工艺段，全线只有一个启动按钮

图3 改造前后显示屏界面

1.3 实施效果

改造后，将车间原有的15个工艺段进一步细化为20个工艺段，优化了控制流程，实现了部分工艺段内设备的分段启动，避免了设备空运转现象。按每台电机平均2.2KW，每天平均生产6个批次计算，每天可节约的电能为196.02度（见表1），每月按23个工作日计算，每月仅该项便可节约电能4508.46度。

表1 改造工艺段节电统计表

工艺段 叶片加料段 制叶丝东段 制叶丝西段 丝加香段 梗加香段

等料空运转电机数

（台）

16 11 14 17 12

等料空运转时间

（分钟）

节电

（度/天）

15 12 12 15 8

2.2×15×16×6/60=52.8 2.2×12×11×6/60=29.04 2.2×12×14×6/60=36.96 2.2×15×17×6/60=56.1 2.2×8×12×6/60=21.12

合计：196.02

2 优化预热模式（分项目主持人与主要完成人员：张春杰 于红丽）

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预热是为了满足生产工艺条件，使设备在进料之前具备一定的温度和湿度而进行的预生产过程。预热过程需要耗费汽、气、电等能源，需要预热的设备都是制丝用能较多的设备，优化预热环节对制丝设备经济运行有着积极意义。 2.1 设备现状

制丝线需要预热的设备主要有：松散回潮机、加料机、薄板烘丝机、气流烘丝机、闪蒸流化床等，这些设备不但预热时间长、耗能多，在预热过程中辅联设备也处于空运转状态，部分设备预热时间过长也会造成能源浪费，如气流烘丝机设备在预热过程中，原设计是干燥机和超级回潮同时预热，由于干燥机需要的预热时间长而超级回潮机需要的预热时间短，就造成了超级回潮预热时间过长和相关设备空运转问题。 2.2 采取措施

针对气流烘丝预热时干燥机和超级回潮机同时预热的现状，在不影响生产工艺的前提下，通过修改预热程序，将设备预热模式由同时预热改为分段预热，即第一时间段内干燥机预热，第二时间段内超级回潮机自动进入预热状态，最终同时完成预热，如图4所示。针对部分设备预热时间长、辅联设备空运转等情况，通过采取修改预热程序，优化PID参数，减少冷凝水排放时间等措施，减少电、空压气和蒸汽耗量。

干燥机：预热时干燥机先预热（绿色表示运行） 超级回潮：在干燥机即将达到预热温度时再开始预热（灰色表示停止） --- 4 --- 44

图4 气流烘丝设备预热改造示意图

2.3 达到效果

优化设备预热模式后节能情况见表2。优化设备预热模式后,缩短了生产时间，使制丝线主要耗能工序能耗减少。从表2可以看出,气流烘丝机超级回潮的预热时间由30分钟缩短为10分钟，松散回潮和加料机的预热时间由45分钟缩短为25分钟，同时减少了空运转辅联设备的数量。每月按23个生产日，每天按3次预热计算，总计每月可节约蒸汽13800 m（52.2744吨），节电3947.95度，也可节约部分空压气。

表2 优化预热模式后节能情况表

设备名称

优化前预热时间（分）

优化后预热时间（分）

减少空运转电机数（台）

节电 （度/天）

节汽

3

（m/h）

3

3

超级回潮

30 10 0

（7.5+7.5+5+1.5）

×3×20/60=21.5

3×20/60×200m/h=200

松散回潮

45 25 11

（7.5+7.5+5+1.5）

3

×3×20/60=21.53×20/60×200m/h=2002.2×11×3×25/60=30.25（7.5+7.5+5+1.5）×3×20/60=21.52.2×28×3×25/60=77

加料机 45 25 28

3×20/60×200m3/h=200

薄板烘丝

未变 未变 未变

未变

未变

未变

闪蒸流化床

3 优化储丝柜出料系统，减少等柜时间（分项目主持人与主要完成人员：王迎彬 李汉臣）

3.1储丝柜出料系统现状

按照原设计成品烟丝储丝柜的布局是与卷包设备位置相对应的，一组储丝柜只能装固定牌号的烟丝，即便有空柜子，不符合牌号要求也不能使用，这样便造成制丝线部分工艺设

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备空运转“等柜子”现象，有时甚至造成制丝线部分或全线停产。在这种情况下，设备处在待运行状态，照明、除尘、空调、站点待机正常进行，设备重新开启后需要保养、预热等，都会造成能源浪费。改造前储丝柜出料系统如图5所示。

改造前：单向行走，只能单组供料，储柜利用率低

图5 改造前储丝柜出料系统示意图

3.2 优化措施

储丝柜出料系统的优化措施是将部分储丝柜改为相邻位置的两个牌号公用，比如原来“散花”烟丝计划进储丝柜1-3柜，当1-3柜容量不能满足“散花”当时产量需求时，若将4号柜改为“散花”和其它牌号公用，可灵活安排储丝柜的使用，避免设备长时间空运行或等待。改造后储丝柜出料系统如图6所示。

3.2.1 在储丝柜21、22、23柜与18、19、20柜之间增加一台振动输送机使该7台柜子合为一组，并根据第7组要料信号出料。

3.2.2 在储丝柜12、13、14柜与9、10、11柜之间增加一台振动输送机，并将9、10、11柜出料皮带输送机改为双向出料，使9、10、11柜的烟丝即可进入3组，也可随5组要料信号出料，还可随4组要料信号出料。

3.2.3 将6、7、8柜出料皮带机改成两条皮带输送机，一条随7、8柜运行，一条随6柜运

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行，并在6柜出料皮带机后方增加一台振动输送机，使6柜的烟丝可以同4、5柜的烟丝一样随2组要料信号出料，提高了2组生产能力。

3.2.4 将7、8柜下方出料皮带机改为双向控制，使7、8柜不仅可随3组要料信号出料还能随2组要料信号出料。

改造后：出料皮带可双向运行，供料灵活，提高了储柜利用率，减少了等柜时间。

图6：改造后储丝柜出料系统示意图 （红色部分为新加功能及设备）

3.2.5 在具体实施过程中，自行设计改制了三台振动输送机、两台皮带输送机；对储柜出料系统的相关连接部件进行了改造；增加了双向馈电器等电控元件，修改了控制线路及相关程序。项目改造主要是利用旧设备改制来完成的。 3.3 实施效果

储丝柜出料系统改造后，成品烟丝储丝柜出料系统可根据卷包设备要料情况灵活调整，有效地减少了制丝线因“等柜”造成的停机现象，每天的待机时间平均减少2小时，这就意味着“等柜”状态下的照明、除尘、空调、站点待机、保养等都将随之减少。按照保供状态下只消耗电和自来水，以及制丝车间09年平均每天耗电11061.6度、耗自来水32.5吨计算，每月可节电31802.1度、节约自来水93.44吨。通过自行改造，可节约资金40多万元。 4 真空回潮冷却水控制方式改造（分项目主持人与主要完成人员：王迎彬 马全平 刘俊峰）

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4.1 冷却水控制现状

真空回潮机的4个冷却塔位于室外，原设计冷却塔补水采用的是浮球阀控制自动补水，由于浮球阀补水动作不可靠，特别是冬季管路及相关阀件冻结损坏时，经常出现冷却塔向外“溢水”或“缺水”现象。改造前曾改用4个冷却塔分别独立手动补水，增加了操作工的工作量，还不能彻底避免“溢水”或“缺水”现象，影响车间生产。另外一个问题是不按时补水或在生产过程中补水会影响制丝线生产用水，造成生产过程中水压不稳，影响产品制丝线加工质量。 4.2 改造措施

4.2.1改装管路，将室外的4个冷却塔底部相连通，使其成为一个大型连通容器。 4.2.2 在冷却塔供水的总管路上加装气动蝶阀，其通断靠电磁阀来控制。

4.2.3 完善控制程序并在工控机的人机界面软件IFix画面上添加“冷却塔补充水” 按钮和“冷却塔补充水时间”输入框，并分有自动补水、手动补水两种状态，包括自动补水时间及其倒计时显示、手动补水时间以及倒计时显示（如图7）。手动补水控制主要用于放假期间冷却塔管路定时清洗及塔内补水；自动控制主要用于每天自动补充生产过程中的损耗用水。 4.2.4针对进冷却塔管路冬季易冻结问题，采取在进水管“U”型底部设置连通管，生产结束后进行自动排放，同时平衡四个冷却塔的进水量。

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改造后：实现手自动控制及倒计时显示

图7 真空回潮冷却水控制方式改造示意图

4.3 改造效果

改造后通过预先设置补水时间以及补水倒计时显示，使补水过程简单化和人性化，补水操作准确。与改造前相比每天可节省软化水2吨，以此算来每月可节省软化水46吨左右，而且解决了进冷却塔管路冬季易冻结影响生产的问题，还有利于制丝线在线质量的稳定。 5 气流烘丝冷却水回收利用（分项目主持人与主要完成人员：王迎彬 马剑坤 赵文龙）

5.1 气流烘丝冷却水排放现状

气流烘丝循环风机的电机功率为160KW，为了保证循环风机正常运行，其轴承部分需要不间断加水进行冷却，据统计，气流烘丝设备每生产10000 Kg烟丝，循环风机需要4000Kg自来水进行冷却，而这些冷却水直接排入地沟流走，造成能源浪费。 5.2 系统简介

Sh94气流烘丝机用水部位如图8所示，主要有膨胀干燥机风机电机冷却用水、膨胀干燥机模拟加水、滚筒式超级回潮加湿水和设备保养用水四部分组成，水源全部来自厂内自来水管网。

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图8 Sh94气流烘丝机用水部位示意图

5.3 节水改造措施

SH94型叶丝高速膨胀干燥机改造后的管路系统如图9所示，在SH94型叶丝高速膨胀干燥机热风循环风机下方增加一个1500 Kg储量的水箱用作循环风机冷却水的收集和存储，并选择相应的管件和控制元件，对原有水管路系统进行改造。

正常生产时，热风循环风机开启后，自来水管路电磁阀打开，来自管网的自来水对循环风机轴承进行冷却，冷却水进入回收箱内。收集和储存在回收水箱内的回收水，分三路分别用作超级回潮加湿水、膨胀干燥机的模拟加水和设备保养用水。

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图9 改造后水管路系统示意图

5.4 改造效果

设备节水改造完成后，有效地减少了水资源的浪费。据测算，在不计原系统保养用水的情况下，每生产10000Kg烟丝节水改造完成后的总用水量为4000Kg，与改造前的总量为5650 Kg相比，设备用水量减少了1650 Kg；每月按400000Kg烟丝计算，可节约用水66000Kg。在保养用水得到充分利用的情况下，每产10000Kg烟丝可节约用水5650 Kg；每月可节约226000Kg左右，总计每月可节约用水292吨。另外，冷却水用作滚筒式超级回潮设备的加湿水，其热能也得到了利用。

6 探讨冷凝水排放模式多项改造（分项目主持人与主要完成人员：王迎彬 赵文龙）

制丝车间每月耗汽2000多吨，蒸汽使用过程中会产生大量的冷凝水，据统计，仅真空回潮机每天产生的冷凝水就有3吨多，而这些温度达六七十度的冷凝水都被排放到了地沟也浪费了热能。 6.1 车间冷凝水排放现状

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制丝车间的凝结水管路为地埋管，由于使用年限已达10年以上，腐蚀损坏严重，加上原设计不完善，许多凝结水排放口没有接入凝结水排放管网，凝结水与车间排污管串在一起，车间下水道口经常往上冒蒸汽，还伴有阵阵恶臭气，不仅影响了车间环境，还造成了能源浪费。另外，真空回潮进汽端及抽真空时排放蒸汽的凝结水直接排到了雨水井，也造成了能源浪费。 6.2 改造措施

在对车间凝结水管网进行维修的基础上，将膨化线热端冷凝水管道同车间污水管分离，接入冷凝水回收管道；将气包房冷凝水管道同污水井分离，接入冷凝水回收管道；将真空回潮进汽端的冷凝水排放管道同雨水井分离，接入冷凝水回收管道；将真空回潮抽空时的冷凝水排放管道同雨水井分离，接入冷凝水回收管道。 6.3 改造效果

改造后，原本进入污水和雨水管网的凝结水得到了回收再利用。据统计：真空回潮进汽凝结水每天排放量为1吨；膨化线热端蒸汽站凝结水每天排放量为5吨；膨化线汽包房凝结水每天排放量为3吨；真空回潮抽真空系统凝结水每天排放量为10吨。每月按23个工作日计算，每月共计可回收冷凝水437吨。

7 滚筒清洗节水改造（分项目主持人与主要完成人员：张晓锋 李子战） 7.1滚筒清洗用水现状

筒类设备清洗水管路一般为手动控制，在保养的各个用水环节，经常出现“长流水”现象，一般集中保养的时间为4小时，按2000Kg/h的水流量，4小时就要消耗8吨水，全车间筒类设备每天的保养用水就达72吨，造成水资源的严重浪费，增加了生产的成本。 7.2 改造措施

光靠人的自觉行为很难杜绝“长流水”现象，若能在保养过程中对保养用水进行自动控制，保养时间一到或是用水量一到自动切断用水，便可彻底杜绝长流水现象的发生。改进措施是通过自动控制来实现定量供水（如图10所示）。

7.2.1 测算每处保养用水的实际用量及用水时间。

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7.2.2 在保养用水手阀前加装节水电磁阀。

7.2.3 设计节水控制程序：在设定的合理用水时间内，节水电磁阀打开可正常用水，时间一到自动关闭阀门，无法使用，达到节水效果。

图10 滚筒清洗节水改造

7.3 改造效果

改造后，保养工为了能够完成保养任务用水后及时关闭手阀，需要时再打开，规范了用水行为，大大节约了保养用水。平均每天用水时间1.5小时，较之前的4小时减少了2.5小时，以此算来，全车间筒类设备每天的保养用水节省45吨，每月可节约保养用水1035吨。

多项改造实施后，制丝车间综合节能效果明显，从改造后的10年11月份与09年同期的能耗数据对比显示：每万支卷烟耗水减少了2.63千克，耗电减少了0.38度，耗汽减少了3.2353千克，生产效率每天提高了3153.07万支（详见表3）。

表3 10年11月份能耗与09年同期对比表

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耗水

日期

（千克/万支）

2010年11月 2009年11月

同比

4.94 7.57 -2.63

耗电 （度/万支）

0.89 1.27 -0.38

耗汽 （千克/万支）

9.3686 12.6039 -3.2353

制丝线生产效率（万支/天） 10673.9 7520.83 3153.07

通过一系列的措施，制丝设备运行模式得以优化，资源得以节约，达到了经济运行的目的，每年可为企业节约软化水552吨，自来水16314吨，电能483102.12度，蒸汽627.3吨，回收冷凝水5244吨左右，按照我厂生产软化水成本价20元/吨、工业用电0.7元/度、工业用水3元/吨、工业用蒸汽200元/吨来计算，仅此四项每年便可为企业节约费用50多万元，冷凝水经动力车间回收后还可进行再利用，制丝车间设备运行已逐步进入经济运行模式状态，降低了运行成本，节约了资源，提高了经济效益，达到了国家局“保障企业设备安全生产，节约能源、保护环境，促进设备资源有效利用、运行经济合理，充分发挥设备资源”的要求。

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