基于精益管理模式的卷烟空调系统节能运行研究

王志国 朱晓 高金良

[摘    要]卷烟企业的发展逐渐趋向于工艺精细化管理，不仅体现在烟草生产的过程中对于温湿度控制的更高要求，同时对该行业内空调系统的把控也愈发严格，在降低能耗、提高环境温湿度以及控制精度方面都提出了较高的要求。在研究中通过对于新排风热回收装置、冷冻水变水温控制、空压冷却水热回收装置以及表冷器实现降低蒸汽的使用量进行进一步的整合，来达到节能减排与降低能源消耗的目的。

[关键词]精益管理;卷煙空调系统;热回收装置;节能减耗

[中图分类号]F426.8 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–0–03

Research on Energy-Saving operation of Cigarette Air-conditioning

System based on Lean Management Mode

Wang Zhi-guo，Zhu Xiao，Gao Jin-liang

[Abstract]The development of cigarette companies gradually tends to refined management， which is not only reflected in the higher requirements for temperature and humidity control in the process of tobacco production， but also more stringent control of the air-conditioning system in the industry， reducing energy consumption ， Improve the environmental temperature and humidity and control accuracy have put forward higher requirements. In the research， the new exhaust air heat recovery device， the chilled water variable water temperature control， the air pressure cooling water heat recovery device and the surface cooler are further integrated to reduce the amount of steam used to achieve energy saving， emission reduction and energy consumption.

[Keywords]lean management; cigarette air-conditioning system; heat recovery device; energy saving and consumption reduction

1 加装转轮热回收装置

按照相反的流向新风与排风会分别通过转轮的上下两部分。作为一种可以在输送过程中循环使用的介质，转轮蜂窝在使用过程中，通过暂时存留暖气流中的热量与湿量，再通过冷空气的经过释放热量来存储风味中的吸湿涂层来达到更利于回收湿度的目的。对于冬季时的运转，转轮蜂窝在回收湿气与热量的过程中存在着可降低加湿负荷的显著特点。该装置在配丝房空调机组前段，增加转轮系统的使用中，通过改造原空调系统的新风及排风管路，并入转轮系统的同时依然可以保证其原管路系统的完整性，为在不适宜使用转轮系统的情况下提供了可以使用原系统封路的二次选择性。

本次研究中的转轮热回收装置的处风量可达到18 000 m3/h。在对于吸湿材料的选择上具有较高要求，采用具有选择性吸收特性，仅容许水分子通过的同时可拒绝其他污染物，并将其存留在排风系统中。转轮装置的箱体应预留排污口，除此之外应便于清洗维护。可在该装置的表面喷射压缩空气、低温蒸汽以及热水等，在不影响该装置回收吸湿性能的同时达到稀释清洁剂或真空吸尘的目的。以高强度耐腐蚀铝合金作为风阀叶片原材料，四周框架采用2 mm热镀锌材料，具有强耐腐蚀性与强密封性的特点。初效过滤器采用级别不低于G3级的不锈钢纤维毡板式过滤器，初始阻力在60 Pa以下，可定期反复清洗。为实现转轮热回收装置和新、回风及旁通阀的自动运行，可置入一套自动控制系统。与此同时对新风量、转轮后排风温湿度以及新风温湿度进行检测与记录，建立数据库，便于计算分析热回收装置能量转移效率。转轮的热回收装置在冬季与夏季工作时，在新风与回风阀开始的状态下，旁通阀应处于关闭状态。自控制系统通过计算新风量与温湿度数据而得出热回收转移效率。

2 改造空压冷却塔冷却水系统

2.1 对原冷却水管路进行改造

将一条管路放到空调机组内，主要是通过电动阀完成管路切换，如图1所示。

2.2 优化控制系统

针对原热阀的控制中，需要实现分程输出，并且对于原加热阀达到0～30 %时，需要将冷却水进行加热。若是已经处于40%～100 %的状态，就需要进行蒸汽加热。

若是空调处于加热的状态，水汽加热阀需要按照实际的需求完成加热处理，若是水汽加热无法保障空调的正常运行，就要打开蒸汽加热模式。因为水、汽在加热的过程中，会产生速度差，所以就会导致蒸汽阀的开关次数增加，因此，在设计的过程中，设计了缓冲区，也就是在30%～40%的状态中，水加热的开启会处于最大的状态，汽加热阀依旧处于静止，这种方式就是为了能够放置蒸汽浪费。

3 表冷器分组控制改造

在配丝房空调机组中，处于并联状态的三台表冷器需要分组完成控制，其中两台的仪器管路还需要安装电动蝶阀，并且利用程序完成状态、开关的控制。因为PLC按照机组湿负荷需要在很对冷媒水需求的情况进行调整，而且在机组原来的表冷调节阀功能、控制都没有太大的变化。

4 制冷机机组变水温控制

通常情况，夏季的负荷是最大的，冷水机组的运行状态时，供水温度7 ℃，回水温度12 ℃，在此状态之下，空气经表冷盘管的出入温度分别为12.2 ℃、26 ℃，平均的温度是19.1 ℃。基于此，空调末端设备、冷水机组正常运行，但是要想减少能耗几乎不可能。在空调末端负荷减少时，能够保障供水温度处于稳定的状态，在该状态下的表冷盘管，其出水温度会出现变化，而且机器露点温度也会有所提升。因此，空调末端负荷开始下降，部分的冷冻水会直接回到冷水机组，这也就造成能源的浪费。

若需要保障冷水机组的回水温度一般处于恒定的状态，以此促进供水温度的增加。若机器露点的温度出现了下降的情况，是所有的冷冻水全部进入了表冷盘管，进而提升了传热率，可以达到换热、除湿的目的。

若空调末端中的负荷出现了下降的情况，那么冷冻水中的供水温度也能够得到减少能源消耗的目的。除此之外，还可以提升除湿、换热的成效。

按照上述的研究可知，若空調末端负荷降低，通过提升冷冻供水温度，即可实现减少能源消耗和提升冷盘管换热率。在自控系统中，需要完成对露点温度需求的计算、表冷阀开度监测分析等，进而了解系统对于冷冻供水温度的需求情况，以此完成冷水机组供水温度数值的设置，最终实现减少能源消耗的目的。

5 基于模糊控制算法优化空调控制程序

按照工业组合式空调系统控制方式进行设计，并且参考空气参数，针对空调机组的新风、过滤器等设备的信号进行采集，以及完成对送回风机变频调速的控制等，进而使得表冷加热加湿阀门处于开度的状态，最终完成空调的控制，若是处于生产区域中的空气模式，可以按照生产区域、空气环境等情况，完成系统运行状态的确认。基于生产工艺需求，保障空调系统的运行能够始终处于合理、安全的状态，进而达到最佳的控制状态。因为卷烟工艺在生产的过程中，环境的温度和湿度一定要达到要求，否则就会影响到正常的生产。因此，空调的控制系统就是同时具备多输入、输出的能力，在生产的区域中，需要保障平均的温、湿度始终处于被控参数的状态。然而，因为空调系统中的带有一定的滞后性等特征，所以若要将所有的参数实现统一控制，是很难的。因此，需要提前设计好参数，以此提升控制的成效。若思参数的转变超过了相应的范围，那么系统的控制成效就会下降，进而造成PID控制无法达到相应的标准，如图2所示。

在虚线的框图中，属于PID控制器，预设值为r（t），其和被控对象实测值y（t）进行结算，就能够得到e（t）的具体数值：

e（t）=y（t）-r（t）

因为输出的是偏差信号，具体包含的是该信号的比例、积分等数据的线性组合，也就是PID控制律：

其中，KP为比例系数;TI为积分时间常数;TD为微分时间常数。

在实践的过程中，就是为了能够保障控制系统可以达到标准，通过公式变化的方式，形成差分方程。其中，T进而K分别为采用周期、采用序号，计算公式如下：

将近似表达式方如到PID公式中进行计算：

因为想要将工艺生产中的空调系统控制问题进行处理，需要使用的是模糊控制策略，并且还需要保障PID控制的优化发展，通过提升空调控制系统中的鲁棒性等方面对于系统的影响，对于系统中非线性等问题也可以有效解决，进而促进工业空调系统的适应性，实现节能降耗。

PID参数模糊自整定实际上就是为了能够确定PID参数和e、ec的关系情况，通过运行进而检测出e、ec的数值。结合模糊控制原理，完成PID参数的调整，进而能够达到e、ec状态下，控制参数的各种需求，而且被控制的目标，其本身也需要具备一定的动、静能力。单纯模糊控制若是将偏差及其变化率作为输入值，那么也就是PD控制模式，其控制动态性较好，但是静态较差。在工业空调控制系统之中，基本上是多输入、输出的系统，而且影响控制因素较多，如温度、湿度等。所以，工业空调控制系统带有一定的强时滞等特点。若是单纯利用PID控制，其效果并不是很理想。因此，此次的系统设计中结合了模糊控制算法，通过一种参数进行模糊自整定，进而实施PID控制，就可以有效降低超调量。通过时间的调解、系统的振荡，提升控制能力，并且促进系统控制精确度的提升。

6 结束语

在此项项目之中，是针对动力车间空调系统的运行数据实施计算和分析，进而能够了解整个系统的运行情况，以此知晓能耗的状态等方面。通过上述的分析找到系统中问题的所在，特别是关键工序中冷、热量损失等情况。通过针对空调热回收装置进行设计，将模糊控制技术和控制系统相互融合，以此保障热回收装置等功能能够更加稳定，还需要提升节能技术的发展，进而保障相同类型的空调能够达到领先地位。还可以在使用的过程中，达到工艺空调的使用需求，以及减少能源的消耗。基于此次的研究，为之后的系统改造、节能提供合理化的意见。

参考文献

[1] 黄红敏.太阳能与空气能的清洁能源在空调热源系统的设计与应用[D].昆明：昆明理工大学，2018.

[2] 王茜.卷烟企业节能减排潜力评估方法及其应用研究[D].北京：北京理工大学，2018.