首鋼京唐能源與環(huán)境管理系統(tǒng)創(chuàng)建與應(yīng)用

趙彤

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山063200）

首鋼京唐能源與環(huán)境管理系統(tǒng)創(chuàng)建與應(yīng)用

趙彤

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山063200）

介紹了首鋼京唐公司能源與環(huán)境管理中心系統(tǒng)的構(gòu)成、特點(diǎn)及功能，該系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，能夠?qū)ιa(chǎn)、能源、運(yùn)輸、環(huán)保系統(tǒng)集中管理并優(yōu)化調(diào)度，促進(jìn)了二次能源的回收和利用，提高了能源使用率。

鋼鐵企業(yè)；能源管理系統(tǒng)；節(jié)能降耗

1 引言

當(dāng)前中國處在工業(yè)化快速發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨能源短缺和環(huán)境約束等不利因素，加速推進(jìn)鋼鐵等重點(diǎn)用能行業(yè)的節(jié)能減排工作，既是國家節(jié)能減排的長期戰(zhàn)略，也是鋼鐵等工業(yè)行業(yè)調(diào)整結(jié)構(gòu)、提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、走內(nèi)涵式發(fā)展道路的緊迫任務(wù)。目前，鋼鐵工業(yè)耗能量約占我國總能耗的15%，能源總成本一般也占到了企業(yè)經(jīng)營成本的25%～35%，為確?，F(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的高效運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展，迫切需要科學(xué)、高效的能源與環(huán)境管理體系[1]作支撐，需要建立一個(gè)高效率、低成本的能源與環(huán)境管理系統(tǒng)，以降低鋼鐵制造流程的能源消耗，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定[2]、經(jīng)濟(jì)平衡、節(jié)能降耗[3]和優(yōu)質(zhì)環(huán)保運(yùn)行。

2 能源與環(huán)境管理系統(tǒng)構(gòu)成

首鋼京唐公司能源管理中心系統(tǒng)按照扁平化和集中一貫的管理理念，采用先進(jìn)的自動(dòng)化、信息化技術(shù)建立能源管理中心，對(duì)廠區(qū)電力、煤氣、供水等全部能源介質(zhì)實(shí)行集中、高效的監(jiān)控和管理。其硬件平臺(tái)主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、操作終端、GPS設(shè)備、大屏幕、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、采集設(shè)備等，軟件平臺(tái)主要包括UNIX、WINDOWS系列操作系統(tǒng)、SCADA監(jiān)控平臺(tái)軟件、EMS能源管理信息平臺(tái)軟件（含大量的數(shù)學(xué)模型）、數(shù)據(jù)庫管理軟件、網(wǎng)絡(luò)管理軟件等，并建立若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)子站及多個(gè)通信接口、規(guī)模約123762點(diǎn)信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)分成供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)（氧氣、氮?dú)?、氬氣、壓縮空氣、高爐鼓風(fēng)）、燃?xì)庀到y(tǒng)（各種副產(chǎn)煤氣及天然氣）、熱電（自發(fā)電、余熱蒸汽、工業(yè)鍋爐蒸汽、熱電機(jī)組抽汽、換熱站冷熱水）、環(huán)境監(jiān)控等信息化管控系統(tǒng)。能源管理中心系統(tǒng)在線支持各個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控及管理，對(duì)全廠能源介質(zhì)的生產(chǎn)、凈化、儲(chǔ)存、混合、輸送、使用和回收等各環(huán)節(jié)的管理與監(jiān)視，同時(shí)對(duì)廠區(qū)電力、煤氣放散塔、空壓站等區(qū)域重點(diǎn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)無人值守。實(shí)現(xiàn)全廠各種能源介質(zhì)的供需動(dòng)、靜態(tài)平衡，降低產(chǎn)品單位能耗最終實(shí)現(xiàn)公司能源零排放，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)效益最大化。

3 能源與環(huán)境管理系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）能源管理的各專業(yè)系統(tǒng)從能源生產(chǎn)、能源輸配、能源使用的全過程進(jìn)行專業(yè)介質(zhì)線的管理，側(cè)重對(duì)鐵、鋼、軋等主工序單元的某類能源介質(zhì)進(jìn)行專業(yè)管理，而能源管理的綜合系統(tǒng)則側(cè)重對(duì)主工序單元進(jìn)行區(qū)域性的多介質(zhì)管理，以卡斯特等系統(tǒng)管理理論及陸鐘武院士系統(tǒng)節(jié)能理論與技術(shù)作指導(dǎo)，開展系統(tǒng)節(jié)能和降成本工作，注重對(duì)多能源介質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，提高系統(tǒng)的能效，降低系統(tǒng)能耗，逐步實(shí)踐以能源總成本最低為原則來指導(dǎo)生產(chǎn)和優(yōu)化運(yùn)行。

（2）安全質(zhì)量管理則是重新定位了質(zhì)量管理范圍：它是一個(gè)獨(dú)立于生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)。實(shí)行安全質(zhì)量、制造質(zhì)量的一體化管理，通過質(zhì)量管理來管理和控制能源的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，還可通過檢修后的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、過程參數(shù)檢驗(yàn)來控制檢修質(zhì)量。同時(shí)，創(chuàng)新性設(shè)立了氣體防護(hù)站，將氣體防護(hù)管理敷設(shè)至全公司，并對(duì)能源系統(tǒng)各分廠的氣體作業(yè)進(jìn)行審批、管理、監(jiān)督，與體系中的能源平衡、能源使用、能源安全等職責(zé)高度統(tǒng)一。其防護(hù)作業(yè)不僅限于傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、混合煤氣的防護(hù)管理，還增加了氧氣、氮?dú)狻鍤?、天然氣、氫氣的防護(hù)管理，彌補(bǔ)了過去對(duì)有害和易燃易爆氣體管理上的不足，更利于全面提高冶金氣體安全。

（3）環(huán)境保護(hù)管理體現(xiàn)在建設(shè)了以節(jié)能為中心的全流程清潔能源轉(zhuǎn)換體系，以平衡能源供應(yīng)與消耗為中心的能源制造系統(tǒng)，高效的余熱、余能、余壓、煤氣能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于產(chǎn)蒸汽和電，建設(shè)了以海水淡化為特色的低品質(zhì)余熱高效轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，構(gòu)建全流程能源網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全流程綜合節(jié)能與CO2減排。同時(shí)，運(yùn)用高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境管理和先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)，公司按照國家環(huán)保部門及ISO14001環(huán)境管理體系標(biāo)準(zhǔn)，為強(qiáng)化環(huán)保管理環(huán)境保護(hù)專業(yè)管理處，在能中平臺(tái)配套建設(shè)了在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和環(huán)境管理平臺(tái)，與能源管理體系合為一體，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)控環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行管理，掌控環(huán)境質(zhì)量、污染物總量等。

（4）能源與環(huán)境中心不同于傳統(tǒng)意義調(diào)度，它具有遠(yuǎn)程操作功能，可以及時(shí)對(duì)能源輸配進(jìn)行一些快捷的調(diào)整，以強(qiáng)化能源動(dòng)態(tài)管控功能，如：煤氣放散塔、管網(wǎng)遠(yuǎn)控閥、換熱站循環(huán)水泵、空壓站開停機(jī)等，變電站也采用遠(yuǎn)控技術(shù)，具備無人值守、遠(yuǎn)程操控的硬件要求；為了加強(qiáng)能源輸配作業(yè)，加強(qiáng)管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，將能源管網(wǎng)統(tǒng)一歸入能源中心進(jìn)行管理，并在其下設(shè)了綜合管網(wǎng)作業(yè)區(qū)，進(jìn)行地上管網(wǎng)、地下管網(wǎng)及6個(gè)集中換熱站的巡檢與操作。

4 能源與環(huán)境管理系統(tǒng)功能

首鋼京唐公司能源管理中心系統(tǒng)是一個(gè)集過程監(jiān)控、能源管理、能源調(diào)度、環(huán)境監(jiān)控為一體的廠級(jí)管控一體化的系統(tǒng)。

4.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)過程監(jiān)控和能源管理的基礎(chǔ)，同時(shí)它還涵蓋了計(jì)量系統(tǒng)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集主要是將能源管理中心所需的各系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)、能源設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集到能源中心，進(jìn)行遠(yuǎn)程在線集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化，充分滿足了過程控制、信息管理和現(xiàn)場(chǎng)操作的一體化系統(tǒng)集成需求。還和公司ERP管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，獲得能源產(chǎn)供計(jì)劃、全廠生產(chǎn)計(jì)劃、主作業(yè)線設(shè)備檢修計(jì)劃等重要數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)全廠能源數(shù)據(jù)共享管理。

4.2 能源生產(chǎn)過程監(jiān)控與調(diào)度

能源生產(chǎn)過程監(jiān)控與調(diào)度主要是對(duì)生產(chǎn)監(jiān)視和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制與調(diào)整，以保證能源生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)完成能源信息的歸檔，具體包括以下功能：（1）生產(chǎn)監(jiān)視。主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)能源設(shè)備、能源的流量、壓力、溫度等屬性等進(jìn)行監(jiān)視。（2）控制與調(diào)整。主要根據(jù)生產(chǎn)需求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可控能源設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與調(diào)整。（3）短期過程預(yù)測(cè)。利用煤氣消耗預(yù)測(cè)分析等數(shù)學(xué)模型，對(duì)未來短時(shí)期內(nèi)的煤氣產(chǎn)耗情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，為能源的調(diào)度運(yùn)行提供決策依據(jù)。（4）大屏幕監(jiān)視。大屏幕直觀顯示重要能源數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)視頻信息。（5）信息處理與歸檔。分析處理能源數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)歸檔。（6）報(bào)警。及時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)異常信息，提醒運(yùn)行調(diào)度人員及時(shí)處理。

4.3 能源管理

能源管理功能具有能源成本管理、能源優(yōu)化調(diào)度決策、能源供需預(yù)測(cè)、能源計(jì)劃管理、能源實(shí)績(jī)平衡分析、能耗統(tǒng)計(jì)與分析、能源質(zhì)量管理、能源設(shè)備管理、能源計(jì)量管理、能源管理中心值班日志管理、能源報(bào)表管理、環(huán)境監(jiān)控的管理功能。根據(jù)全廠能源管理需求，能源管理中心系統(tǒng)設(shè)置有供電監(jiān)控臺(tái)、蒸汽監(jiān)控臺(tái)、給排水監(jiān)控臺(tái)、燃?xì)獗O(jiān)控臺(tái)、供氣監(jiān)控臺(tái)、環(huán)境監(jiān)控臺(tái)；能源管理調(diào)度借助操作站進(jìn)行能源系統(tǒng)潮流監(jiān)視及主要能源設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和操作，并設(shè)置大型模擬屏系統(tǒng)，對(duì)能源系統(tǒng)及相關(guān)生產(chǎn)單元進(jìn)行全局監(jiān)視；另外，在能源管理主體系統(tǒng)出現(xiàn)異常的情況下，通過其非常監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)重要的能源設(shè)施進(jìn)行直接的監(jiān)控，確保其安全運(yùn)行。能源生產(chǎn)技術(shù)人員借助能源管理的應(yīng)用系統(tǒng)，完成主要潮流監(jiān)視、技術(shù)分析、統(tǒng)計(jì)報(bào)表輸出等功能。

5 能源與環(huán)境管理系統(tǒng)應(yīng)用舉例

5.1 能源供需預(yù)測(cè)功能應(yīng)用——煤氣系統(tǒng)在線監(jiān)控及預(yù)測(cè)

煤氣系統(tǒng)在線監(jiān)控包括對(duì)全廠煤氣柜、煤氣放散塔，煤氣管網(wǎng)、煤氣加壓站，制氫站、啟動(dòng)燃料占、煤氣混合裝置進(jìn)行監(jiān)控，如圖1所示。對(duì)煤氣管網(wǎng)壓力及用戶側(cè)使用信息、煤氣發(fā)生側(cè)的氣源信息進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)測(cè)，如圖2所示。

通過煤氣系統(tǒng)的在線監(jiān)控和預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)監(jiān)控、在線預(yù)測(cè)、統(tǒng)一調(diào)配、集中管理，特別是開發(fā)了多種煤氣預(yù)測(cè)模型，強(qiáng)化了煤氣產(chǎn)供平衡管理，優(yōu)化了煤氣調(diào)度，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率和煤氣的安全性。

圖1 煤氣系統(tǒng)在線監(jiān)控畫面圖

圖2 煤氣系統(tǒng)在線預(yù)測(cè)畫面圖

5.2 能源生產(chǎn)過程監(jiān)控與調(diào)度應(yīng)用——電力系統(tǒng)智能軟五防

首鋼京唐鋼鐵公司的電力設(shè)備五防系統(tǒng)共分3級(jí)，分別是設(shè)備級(jí)、變電站級(jí)和能源中心級(jí)。在設(shè)備級(jí)即最底層的五防由硬件來保證，而變電站級(jí)及能源中心級(jí)的五防都由軟件來實(shí)現(xiàn)。軟五防簡(jiǎn)單來說就是通過軟件模型的方式實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全邏輯判斷，從而實(shí)現(xiàn)甚至優(yōu)于傳統(tǒng)五防硬件實(shí)現(xiàn)的聯(lián)鎖控制。電力五防是指：（1）防止誤分合斷路器；（2）防止帶負(fù)荷分合隔離刀閘；（3）防止帶電合接地刀閘；（4）防止接地刀閘合著時(shí)合斷路器；（5）防止不合理反送電。

電力系統(tǒng)軟五防的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)調(diào)度與集中控制系統(tǒng)的有機(jī)融合，通過應(yīng)用模型科學(xué)調(diào)整用電模式，從而有效提高用電效率，并全部實(shí)現(xiàn)了遙控、遙測(cè)，各個(gè)變電站實(shí)現(xiàn)無人值守，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)首鋼京唐公司智能電網(wǎng)建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

5.3 能源管理功能應(yīng)用——能源實(shí)績(jī)平衡分析

能源實(shí)績(jī)平衡分析主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布（如圖3所示）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢、能流圖（如圖4所示）等功能模塊。通過能源實(shí)績(jī)平衡分析圖，幫助用戶及時(shí)、準(zhǔn)確掌握能源系統(tǒng)運(yùn)行狀況，為能源管理信息系統(tǒng)上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

能源與環(huán)境管理中心的建立，實(shí)現(xiàn)了首鋼京唐的智能化管理。將原來的粗放型管理模式變?yōu)榧s型精細(xì)化、知識(shí)型的集中管理模式，實(shí)現(xiàn)了能源的分散型控制與集中式管理相結(jié)合，達(dá)到優(yōu)化控制、集中管理、系統(tǒng)節(jié)能，它將提高全流程的能源利用效率，降低能源消耗指標(biāo)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率以及安全性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了公司節(jié)能降耗的目標(biāo)。

（1）降低高爐煤氣放散率，逐步實(shí)現(xiàn)“零放散”。2010年下半年高爐煤氣放散率為10.92%，2011年上半年高爐煤氣放散率為5.16%，2012年進(jìn)一步總結(jié)2座高爐煤氣同時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、更換放散塔氣動(dòng)閥、加大熱電高氣摻燒煤氣調(diào)整力度等手段，實(shí)現(xiàn)高爐煤氣“零放散”。與2011年相比，2012年全年高爐煤氣減少放散6.42億m3，產(chǎn)生3659.4萬元經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布圖

圖4 能流實(shí)績(jī)圖

（2）2010年下半年噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收84.6 m3，2011年上半年噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收88.6 m3，2012年噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收91 m3，年生產(chǎn)854萬t鋼，與2011年相比較，多回收轉(zhuǎn)爐煤氣0.205億m3，產(chǎn)生217.3萬元經(jīng)濟(jì)效益。

（3）逐步實(shí)現(xiàn)污水“零排放”，降低外購新水消耗。2010年下半年噸鋼回用污水0.0829 t，2011年上半年噸鋼回用污水1.1477 t，2012年噸鋼污水回用1.152 t，與2011年水平持平。通過用戶從源頭改善水質(zhì)、加大回水管線漏點(diǎn)治理力度、提高海淡產(chǎn)水，降低再生水勾兌比例等手段，噸鋼耗新水比2011年降低0.18 t，節(jié)約外購工業(yè)水產(chǎn)生711.5萬元經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李向軍，孫彥廣.冶金能源管理系統(tǒng)EMS[J].科技資訊，2008(3)：95.

[2]魏海明.冶金能源管理系統(tǒng)的發(fā)展[J].寶鋼技術(shù)，2007(5)：28-31，34.

[3]李博，徐謙，趙博識(shí).能源管理系統(tǒng)(EMS)在大規(guī)模能源生產(chǎn)中的節(jié)能應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力，2012(5)：4.

Establishment and Application of Energy and Environment Management System

ZHAO Tong
(Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

The composition,characteristics and functions of the energy and environment system of Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd are introduced.The system can complete centralized management and optimal distribution of production,energy source,conveyance as well as environmental protection since commissioning of the system.It has promoted recovery and utilization of secondary energy and improved the energy utilization rate.

steel enterprise;energy management system;energy saving and consumption reducing

TK018

B

1006-6764(2013)07-0089-04

2013-03-20

趙彤（1972-），男，滿族，畢業(yè)于北京科技大學(xué)機(jī)電工程專業(yè)，現(xiàn)從事能源生產(chǎn)管理工作。