基于TPS的锅炉精益能源管理

袁熹廷

摘 要：本文记录了通过将TPS中的单元导入广州卷烟厂锅炉管理中，实现节能降耗的过程。

关键词：TPS 锅炉

（一）锅炉精益能源管理的价值导向

在精益生产的理念里面，无可避免的是对“价值”的把握和深究。

广州卷烟厂通过精益管理的导入和开展，寻求将往日的推动式生产改变为“以需为本”的拉动式生产：

把天然气和水等看作原材料，将蒸汽当作我们的产品，而卷包车间、制丝车间及实验线等用汽部门就成为我们产品的需求客户，整个动力供给呈产品化发展。

我们运用价值工程分析：生产车间的需求价值为V，锅炉的产能水平为F，生产总成本为C：

若想获得产品的价值最大化（增值），我们可以从提高锅炉的产能水平（如蒸汽质量）及降低生产成本着手。而生产成本包括必须的增值成本及非增值成本：

从上述公式我们可以得到清晰的导向：一方面要尝试挖掘锅炉的潜能，提高其工作效率，另一方面则要在增值成本既定的情况下，大大降低非增值成本。

而我们调研发现，锅炉蒸汽的非增值不单存在于生产环节，甚至在运输过程中都会产生。于是我们定义非增值蒸汽为：不参与生产增值的蒸汽用汽，主要由锅炉自用汽、管道热损失、疏水系统损耗及其他损耗组成。

（二）TPS导入锅炉精益能源管理

丰田汽车的生产过程中实行“反向搬运”，将传统的“推进方式”转变为“拉动方式”，实现生产方式的巨大创新，为JIT准时制的诞生奠定了基础开始，丰田汽车公司及其创造的丰田生产方式（Toyota Production System，简称TPS）成为了全球企业共同关注的焦点和竞相效仿的对象。其中，JIT准时制与自働化是TPS的两大支柱。

我们将其各子系统从总体系上摘除下来，对症下药地“一对一辅助”，实现柔性构造：

（三）优化锅炉运行调控，挖掘锅炉运行节能潜力

1.均衡生产与最佳风气比的确定

性质：F↑ ——提高锅炉产能

TPS子系统：均衡生产

在TPS中，消除构成最终产品的各种零部件和原材料使用量的波动，极力减少零部件和原材料的剩余量，这就是“零部件使用的均衡化”。天然气作为我们蒸汽产品的原材料，它的使用量必须处于一个均衡状态，才能避免浪费的产生。而这会涉及到锅炉的风气比这一数值的确定。

我们不断提高锅炉燃烧机风气比调节操作技能，试验配合出最佳风气比数据并记录下来。

2.自働化与火位设置

性质： C1↓ ——降低增值成本

TPS子系统：自働化

锅炉在自动运行模式下，火位会随着用汽量的大小不断发生变化，火焰的不断交变，实际是一个热损失过程，变化越多，损失越大。当锅炉处于低负荷状态时，火位变化区间很小，如果以自动控制模式运行，燃烧机启、停频繁，能耗增大。我们于此导入了TPS的自働化子系统。

自働化是TPS的支柱之一，是让系统拥有人的"智慧"。当被加工零件或产品出现不良时，系统能即时判断并自动停止，实现零缺陷。自働化是有人字偏傍的，强调的是人机最佳结合，而不是单单的用机械代替人力的自动化。

我们将特殊生产情况和锅炉实际运行结合，并根据各生产线生产所需的最低压力，监控系统在低负荷时发出“提醒”，司炉工转用手动模式，减少因火位频繁变化引起的额外能耗，保证供汽量和供汽压力的稳定。

（四）价值流分析，完善锅炉系统设备

1.加强疏水系统保养，避免管道中冷凝水长期滞留

性质：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系統：JIT准时制

锅炉启炉送汽前需对蒸汽管道进行预热暖管，即是一个用缓慢加热的方法将蒸汽管道逐渐加热到接近其工作温度的过程。由于广州卷烟厂厂区面积大、管道长，蒸汽输送距离远，每周锅炉启动之后都要经历一段较长的管道预热暖管时间。主要原因在于锅炉停机后蒸汽管道中还有冷凝水滞留，不能及时排出，这不仅延长了暖管时间，还容易造成水击现象，造成非增值蒸汽产生。

我们对锅炉起炉过程运用价值流分析：

在长达64分钟的起炉时间里，C/T（周期时间）=30min的“暖管”便占据了其中的46.9%，不产生价值之余，反而形成“储存”白白延缓我们的蒸汽产品送达顾客手中的进程。而在暖管过程中产生5%的蒸汽损耗，也是我们力求消除的非增值耗能。

2.完善蒸汽输送管网保温，减少锅炉蒸汽系统热量损耗

性质：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系统：消除输送过程浪费

我们发现地下管沟区域内，部分膨胀节表面最高温度为174℃，远超过燃气锅炉能效标准指标。对此，我们快速购入一批保温套，对裸露的膨胀节进行包裹，有效降低了蒸汽在输送过程中的散热损失。

3.降低锅炉排污率，提升蒸汽产能

性质：C2↓ ——降低非增值成本

TPS子系统：消除生产过程浪费

锅炉是能量转化设备，在蒸汽生产过程中，始终遵循锅炉的热平衡规律。通过对锅炉工质侧的热平衡展开分析，我们发现新的节能潜力点。

锅炉工质侧热平衡公式为：

Q给水+Q燃料=Q排污+Q自用+Q蒸汽

根据公式可知，若单位输入热量不变的情况下，要想提升蒸汽产能，则可通过降低排污及自用汽来实现。即：

Q蒸汽↑=（Q给水+Q燃料）-（Q排污↓+Q自用↓）

排污率每降低1%，对于蒸发量20t/h的锅炉，每小时可节约标准煤14kg，相当于热值20.9MJ/kg的燃煤19.6kg/h。但是，根据过往水质监测报告显示，广州卷烟厂锅炉的排污率为10.7%，高于工业锅炉标准（≤10%）。

采用复合再生剂，提升给水品质；

采用含有适当比例络合剂与弱碱盐的新型复合再生剂，取代工业盐作为软化器再生剂，使软化水由原来的单一钠盐改变为钠盐和弱碱盐两种成分，有效改善了锅炉给水水质。

1）提高锅炉液面排污的控制参数；

锅炉在自动控制状态下，液面排污阀的开度会根据电导率的变化而调整，采用复合再生剂后，锅炉水质有所改善。

另一方面，完善冷凝水系统设备后，由于将冷凝水作为锅炉用水，日常水化验所测得的溶解固形物含量大大减少。因此，我们将电导率的设置点由原先的3000μs/cm提升到4000μs/cm，在自动控制的情况下，阀门开度变小，则排污的热损失也因此减少了。

2）减少锅炉底部排污的次数

由于采用了新型复合再生剂之后，炉水中的杂质明显减少，将底部固定排污次数从原先的每班一次降低至每天一次。

通过以上措施，大大减少了锅炉排污热损失，同时，也减少了生产蒸汽的用水量。

（五）回归现场，以人为本，加强锅炉生产管理

1.优化信息记录，加强锅炉数据分析

性质：F↑ ——提高系统产能

TPS子系统：看板方式

我们有侧重地加强生产组织和技术管理，做好月度能源消耗分析工作。我们在班组内部设置《锅炉能耗记录》，每隔两小时记录一次数据，包含锅炉燃烧机天然气读数以及蒸汽流量读数，用于掌握锅炉在各时段能耗情况，既能方便各班次工作衔接，又为每月能耗分析工作提供了准确可靠的信息材料。

2.以人为本，制定作业标准

性质：F↑ ——提高人员技能

TPS子系统：标准作业与尊重人性

广州卷烟厂编写了锅炉系统的标准作业文件，并要求司炉工按其内容严格操作执行。

通过标准作业消除各种无效作业，用与以前一样的劳动量增加有附加价值的作业，同时赋予司炉人员更明确的职责和指引，符合TPS中尊重人性系统的要求。

参考文献：

[1]大野耐一《丰田生产方式》[M] 中国铁道出版社

[2]张力《锅炉原理》[M] 机械工业出版社