垃圾焚烧厂的精益运营时刻（二）：深剖设备综合效率，让焚烧炉“火力全开”

导读

本文是《垃圾焚烧厂的精益运营时刻》系列第二篇，主题是“两资两效”中的第一个效率：设备综合效率（OEE）。

设备综合效率（OEE）是TPM管理的重要工具，在全球制造业中广泛运用，不过在垃圾焚烧企业中应用还不足。OEE不仅是一个综合描述效率的指标，还是一套分析效率损失的工具方法——不仅可以为管理者分析全厂的效率损失，也能分析单一生产线或独立生产环节的效率损失，以量化形式使运营者了解哪些类型的运营效率损失更大，有多少具体的优化空间，并提供具体的优化方向。

本文将为您详述经典OEE的分析框架，以及在垃圾焚烧厂内部如何变通使用OEE工具提升运营水平，促使垃圾焚烧厂向精益运营更进一步，让焚烧炉“火力全开”。

经典OEE与垃圾焚烧业务的碰撞

从OEE概念的起源和发展来看，OEE是广泛应用于全球制造业精益运营管理的指标或工具，在制造业而非电力生产行业广泛运用。在传统的垃圾焚烧运营管理中，OEE的运用还不普遍，类似指标中大家关注更多的是产能利用率、设备完好率等。事实上，OEE指标比这些指标更优的主要原因是：OEE指标不仅是可以衡量垃圾焚烧厂的全厂效率的综合、横向可比指标，更重要的是能够将各种损失进行科学分类并量化，为管理者提升运营效率提供具体方向。

制造业中运用OEE如图1所示。根据衡量标准的不同，OEE可以分为按设备最大产能为基数计算的OEE和按设备可用时间内的产能为基数计算的OEE两种，差异在于是否将计划停机算作基数的一部分，按使用场景择优选择。在计算OEE的时候，通常以时间为单位来量化表示，例如对一个生产线一周7天的OEE进行计算，总时间就是7*24=168小时，有效时间则根据机器的有效产量来换算为时间，比如机器1个小时可以生产1件，如果一周的OEE是100%，那么就可以生产168件良品，但由于各种因素只生产了73件良品，那么有效时间等价折算为73小时，OEE=73/168=59%。这个例子中损失的41%就是生产线的效率损失，分为三大类：

可用性损失，也就是本可以开机生产但由于故障或者操作耗时而没有生产的时间。

性能损失，也就是机器没有达到额定生产速度，本来1小时1件，但1小时20分钟才生产了1件，未全速运转。

质量损失，也就是生产的产品不合格导致的损失。

对垃圾焚烧厂运用OEE框架分析时，大部分理念都是相通的，只不过生产的产品从摸得着的物品变成了电能。

OEE在垃圾焚烧厂精益运营中的实际运用

在具体运用时，OEE既可以用来分析全厂的整体生产效率，也可以对焚烧产汽、汽轮机发电等不同的完整生产环节进行生产效率分析，分析方法是一致的。由于垃圾焚烧发电时，产汽与发电要么同时发生，要么同时停止，而汽轮机的运行比焚烧炉通常更为稳定，因此通常更关注焚烧炉（焚烧产汽环节）的OEE，甚至直接用它来代表全厂OEE。

全厂OEE的分析方法

对焚烧厂全厂做OEE分析，首先要明确的是：垃圾焚烧厂的最终产物是上网电量，在无法直接统计时间损失时，要用电能的量来进行等价折算。全厂OEE代表的是一个周期内实际上网电量达到理想情况上网电量的比例。

更具体的，以一年的周期来计算全厂OEE，那么将会把OEE中的计划停机和三类损失按照以下方式明确：

计划停机。指的是根据全厂炉机状况，提前安排的年内停机检修。若以垃圾焚烧厂的最大潜在产能为基数计算OEE，那么计划停机的时间也会作为一种损失。例如一年共有365*24=8760个小时，其中安排两次停机检修，每次10个日历天，计划停机将用去20*24=480个小时，可用时间剩余365*24-480=8280个小时。

可用性损失。理想情况下，除了计划停机外，垃圾焚烧厂应当不间断发电，也就是操作时间有8280个小时，主要有两种情况导致操作时间的损失：

故障停机停炉。由于焚烧炉或汽轮机的故障，发生计划外停机停炉，使全厂停止发电。

垃圾量不足导致的停机停炉。实际案例中，由于垃圾量不足而部分停机停炉甚至全厂停产的现象并不少见。部分停机停炉的损失既可以在这里体现也可以在性能损失中体现，只要前后口径一致即可。

性能损失。理想情况下，在全部操作时间内，垃圾焚烧厂应当按照设计的额定功率发电，主要有三种情况导致实际发电功率达不到额定功率：

点火损耗。垃圾炉冷启动到汽轮机能够达到额定功率发电往往需要数个小时，停炉停机次数越多，总点火损耗就越高。

小停炉。由于突发故障或计划外事件，导致炉或机短暂（数小时-24小时之间）停止工作，导致这段时间达不到额定功率，通常作为性能损失的一部分，一般而言这部分损失较小。

功率损失。由于垃圾量不足或垃圾热值问题或锅炉漏气等问题，导致发电功率达不到额定功率。效率损失在垃圾焚烧厂的OEE损失中通常占比不小，尤其是垃圾量不足吃不饱的情况下，焚烧厂往往很难达到额定工况。

质量损失。电的生产不存在“良品率”，但并非全部生产的电都能够上网，产量与实际上网的差异就是垃圾焚烧厂的质量损失：

厂用电损失。厂用电率通常在10%~20%之间，控制厂用电率从某种意义上是能源效率的管理，不过在分析全厂OEE时，这部分能源效率也会被计算在内。

根据这样的分析结构，就可以清晰明了的了解垃圾焚烧厂的全厂生产效率，什么因素导致效率损失一目了然（如图2）。

焚烧炉OEE的分析方法

垃圾焚烧发电可以分为两个大环节：垃圾焚烧产汽和汽轮机发电，焚烧炉OEE指的是第一个环节的整体效率。在分析时，既可以对某个焚烧炉进行分析，也可以将全部的焚烧炉作为整体进行分析，不过即使是以全部焚烧炉为整体，也会先分析各个焚烧炉，再通过时间加总得到整体数据。

焚烧炉OEE的拆解与全厂OEE差别并不大，依然可以分为这几部分：

计划停机。

可用性损失，同样分为这样两部分：

故障停炉，可通过统计焚烧炉故障时间得到。

垃圾量不足导致的停炉，可通过焚烧炉启停记录统计时间得到，垃圾焚烧厂应当记录每次停机停炉的原因。

性能损失，同样可分为三部分：

点火损耗，通过统计每次启炉时到开始并汽的时间得到，或者使用该段时间内的总产汽量来折算。

小停机，统计各次小停机的时间得到。

功率损失，根据实际产汽量与锅炉额定产汽量进行换算得到。例如锅炉的额定产汽量是30t/h，某一天锅炉实际产汽为650t，当天的功率损失计算为30*24-650=70t，换算为时间就是70/30=2.3小时，如此进行累加得到整个周期内的全部功率损失时间。

质量损失，主要包括：

汽温汽压不足损失。焚烧炉的产汽如果达不到额定的汽温和汽压，意味着产品没有达到质量标准。通常来说，焚烧厂的汽温和汽压指标是相对稳定的，这部分损失一般不超过1%，因此在实际换算中会忽略这部分损失，但如果汽温和汽压长期达不到额定值，则可以根据实际蒸汽焓与额定汽温和汽压下的蒸汽焓来换算这部分损失。

从OEE到运营提升

垃圾焚烧厂的收入与垃圾处理量和发电量正相关，OEE实际上代表着处理垃圾量和发电量的多寡，因此与垃圾焚烧厂的收入是强相关的，每提升1%就基本等同于收入增加1%。OEE将各种损失以量化的形式呈现，可以让管理人员清晰地看到问题出在哪里，有多少优化空间。

以某两炉一机配置的垃圾焚烧厂为例（见图3），经辰于项目组测算其两炉的OEE为73.5%，处于行业中等水平。其中总日历时间为2台焚烧炉1年的总小时数=2*365*24=17520h，在对各部分OEE损失进行折算后，我们发现故障停炉、垃圾量不足停炉、效率损失三类损失最大：

故障停炉：该企业的两台焚烧炉投运时间已经接近10年，焚烧炉整体状态相对较差，一年内由于故障原因导致停炉10余次，平均每次停炉的维修将近4天，而根据《城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准》，每台炉每年因故障停炉的时间不宜超过31天，这两台炉已经明显处于亚健康状态。后续深入分析发现，两炉的炉排系统、烟道系统和省煤器系统出现故障的概率很高，部分故障例如轴承故障、管道泄漏问题长期反复发生，已经很难靠常规维修解决问题。

垃圾量不足停炉：由于当地垃圾焚烧厂建设已经超过实际需求，该垃圾焚烧厂长期处于“吃不饱”的状态，在秋冬季垃圾量不足的问题更加严峻，要安排两炉周期性交替停机，频繁启停对炉的损伤较大，也使得点火损耗高于常规情形。

效率损失：结合能量效率分析，我们发现效率损失的原因一是垃圾量不足，未达到焚烧炉的额定焚烧量，燃烧工况未达到焚烧炉的最佳效率点；二是焚烧炉本身热效率较低，在同等工况下相比类似焚烧炉热效率低5%以上。

根据发现的问题和数据，垃圾焚烧厂向总部提交了焚烧炉大修计划，并与当地政府商谈获取协同处置部分工业垃圾的许可，由于数据详实有力，得到了总部的重视和政府的认可，经过大修后的锅炉年维修量明显下降，故障停炉的时间减少了30%以上，维修成本得以控制，同时垃圾处理量有所好转，2024年利润得到了5个点的提升。

OEE运用时的主要注意点

垃圾焚烧厂运用OEE来指导运营，主要有这样几点需要注意：

选择合适或统一的OEE基数进行管理。在本文的案例中，由于该企业的总部对垃圾焚烧厂每年的计划停机停炉安排进行了审核审批，考虑了不同企业焚烧炉年限、工艺等差异，因此以可用时间为基数考虑OEE比较科学，这样测算的OEE也更适合进行横向对比。若企业对于计划维修的管理不严，不同焚烧厂的计划时长差异过大，那么还应关注计划停炉方案是否合理。

全厂OEE更适合总部作为监控指标使用，而焚烧厂建议更多关注各炉的OEE指标来为运营提供指导。全厂OEE是一个非常综合的指标，可以描述全生产线的整体状态以及整体设备利用效率，总部可以用来横向比较。焚烧厂则更多要利用OEE来观察提升的空间，优化一切可以优化的地方，以每一台焚烧炉为关注点分析其OEE损失才能提供更多运营上的指导，只要每一台炉的OEE在提升，全厂的OEE也必然会提升。

OEE分析不是结束而是开始，还要进一步分析发生的原因，才能知其所以然，进而对症下药。OEE以量化的角度使管理者知其然，但还要顺着线索进一步分析原因，才能找到真正行之有效的优化方法。例如在另一个客户案例中，同样是效率损失大，但主因并非垃圾量不足，而是入炉垃圾含水量过高，单位热值偏低，因此，在细化了垃圾仓发酵管理措施、对垃圾吊员工进行培训考核后，垃圾炉的热效率得到了提升，效率损失得以降低。