煉鋼廠動(dòng)態(tài)管控和全員全效的能源管理體系

陳艷峰，揭兆省

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司三煉鋼廠，河北 邯鄲 056015）

煉鋼廠動(dòng)態(tài)管控和全員全效的能源管理體系

陳艷峰，揭兆省

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司三煉鋼廠，河北 邯鄲 056015）

通過(guò)實(shí)施重要能源因素優(yōu)先控制，提高二次能源回收利用率，開發(fā)和應(yīng)用信息化與動(dòng)態(tài)掌控相結(jié)合的能源管理創(chuàng)新，推行全員參與、全效運(yùn)行的全方位、全過(guò)程的管理理念，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、高效化的用能目的，持續(xù)大幅度降低煉鋼能耗。

能源管理體系；動(dòng)態(tài)管控；全員全效；工序能耗

河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司三煉鋼廠（以下簡(jiǎn)稱三煉鋼廠）自1994年5月11日開始籌建，1997年12月12日投入生產(chǎn)，現(xiàn)擁有1座120T雙工位復(fù)合噴吹脫硫站、1座單吹顆粒鎂脫硫站、4座100 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐（配備8萬(wàn)m3煤氣柜一座，采用四代“OG”濕法除塵方式，

無(wú)副槍），4座120TLF精煉爐、1座120T真空精煉爐、1臺(tái)八機(jī)八流方坯連鑄機(jī)及2臺(tái)直弧型板坯連鑄機(jī)等主體設(shè)備，年生產(chǎn)能力500萬(wàn)t。近年來(lái)，三煉鋼廠借助完備的能源計(jì)量體系，開發(fā)和應(yīng)用信息化與動(dòng)態(tài)掌控相結(jié)合的能源管理創(chuàng)新，實(shí)施消耗定額管理，推行全員參與、全效運(yùn)行的管理理念，積極開展節(jié)能、節(jié)水和二次能源回收利用工作，使煉鋼系統(tǒng)的全工序能耗指標(biāo)有明顯降低。本文通過(guò)對(duì)三煉鋼廠在能源管理上的經(jīng)驗(yàn)做法進(jìn)行分析和總結(jié)，旨在為冶金企業(yè)在“非鋼創(chuàng)效”方面提供一些借鑒。

1　建立和完善全員、動(dòng)態(tài)、全效的能源管理體系

三煉鋼廠通過(guò)創(chuàng)新工作思路和方法，全面推進(jìn)信息化管理以提高工作效率滿足生產(chǎn)需求。充分利用公司EMS(EnergyManagementSystem)能源系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并統(tǒng)計(jì)匯總做趨勢(shì)分析，關(guān)注各介質(zhì)的趨向變化，從生產(chǎn)組織流程、工藝標(biāo)準(zhǔn)化操作、設(shè)備性能差異等方面進(jìn)行異常原因分析，并預(yù)測(cè)能耗的變化趨勢(shì)。然后通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)管理信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的資源共享，為各層次的能源管理人員提供精準(zhǔn)的決策依據(jù)。通過(guò)改進(jìn)操作方式、調(diào)整優(yōu)化生產(chǎn)組織流程、恢復(fù)設(shè)備功能精度和適時(shí)的技術(shù)改造革新，消除異常穩(wěn)定消耗。推行“受控管理”，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)（PDCA）的能源管理，為用能精細(xì)化、系統(tǒng)化、科學(xué)化提供基礎(chǔ)支撐。

1.1能源管理的全員參與

煉鋼系統(tǒng)的能源管理是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，不是依靠某個(gè)個(gè)體力量所能實(shí)現(xiàn)的，因此組織管理尤為重要。組建科學(xué)的、全覆蓋、立體化、全流程的能源管理組織體系，是實(shí)現(xiàn)能源精細(xì)管理的保障。

三煉鋼廠成立了以廠一把手為最高指揮者的矩陣結(jié)構(gòu)的能源管理組織，設(shè)縱向和橫向兩種不同類型的工作部門。縱向部門為設(shè)備管理科、生產(chǎn)科、技術(shù)科等職能管理科室，橫向部門為各用能車間。設(shè)備管理科做為牽頭單位，協(xié)同用能車間設(shè)置能源管理機(jī)構(gòu)，并指定專職能源管理員，分解用能指標(biāo)到各工區(qū)、班組和每一名在崗職工，明確崗位任務(wù)和職責(zé)，實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)、全覆蓋的能源組織管理。

根據(jù)分解到位的用能指標(biāo)，完善用能考核制度，明確考核辦法和獎(jiǎng)懲標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于超指標(biāo)用能，以班組為單位進(jìn)行分析，屬于非合理性能源消耗予以考核。同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，杜絕因個(gè)體習(xí)慣性操作造成的消耗增加，推廣先進(jìn)的節(jié)能操作法，對(duì)于善于總結(jié)降耗明顯的個(gè)人和班組予以獎(jiǎng)勵(lì)。通過(guò)鼓勵(lì)性獎(jiǎng)勵(lì)與約束性考核的有效統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)用能的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。

成立以能源管理為主的介質(zhì)專業(yè)檢查組，重點(diǎn)針對(duì)崗位上跑冒滴漏和非有效用能進(jìn)行監(jiān)督檢查，檢查結(jié)果形成介質(zhì)檢查治理表，以曝光促進(jìn)整改。并注重整改后的效果檢驗(yàn)，效果顯著者給與適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)。鼓勵(lì)和促進(jìn)職工實(shí)現(xiàn)自主式、全員參與的能源管理，提升有效用能意識(shí)。

1.2能源管理的動(dòng)態(tài)管控

在生產(chǎn)實(shí)踐中，三煉鋼廠通過(guò)建立生產(chǎn)組織調(diào)度和能源在線監(jiān)控一體化的模式，利用數(shù)字化模擬和系統(tǒng)組織的方法，將生產(chǎn)調(diào)度與能源管理有機(jī)結(jié)合起來(lái)。按照監(jiān)控與管理這兩大職能，動(dòng)態(tài)過(guò)程控制煉鋼系統(tǒng)的物質(zhì)流、能介流、信息流。依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取的計(jì)量數(shù)據(jù)，依托計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支撐，在明確生產(chǎn)計(jì)劃、成本目標(biāo)、能源需求、資源供給強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的策劃、實(shí)施、檢查和改進(jìn)，及時(shí)分析，適時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能源平衡和生產(chǎn)協(xié)調(diào)的有效結(jié)合。

根據(jù)管轄區(qū)域和側(cè)重點(diǎn)不同，各單位制作不同效力等級(jí)和不同形式的日?qǐng)?bào)表。如同樣是轉(zhuǎn)爐煤氣回收日?qǐng)?bào)表，維修車間著重統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)量、喉口開度等設(shè)備參數(shù)，轉(zhuǎn)爐車間著重統(tǒng)計(jì)氧壓、吹煉時(shí)間、回收時(shí)間等工藝參數(shù)。再輔以蒸汽回收日?qǐng)?bào)、軟水日?qǐng)?bào)，精煉電耗日?qǐng)?bào)、混合煤氣消耗日?qǐng)?bào)，鋼包周轉(zhuǎn)日?qǐng)?bào)等不同形式日?qǐng)?bào)表，在廠內(nèi)設(shè)備管理信息平臺(tái)發(fā)布予以共享。設(shè)備管理科進(jìn)行收集和匯總后形成廠級(jí)能源日?qǐng)?bào)，并分析節(jié)超原因和消耗變化趨勢(shì)，出現(xiàn)異常立即向用戶車間發(fā)出警告，同時(shí)組織用戶車間和相關(guān)科室查找原因，制定措施，全過(guò)程跟蹤整改，實(shí)現(xiàn)能源消耗“受控管理”。

完備的計(jì)量體系和數(shù)據(jù)化的采集系統(tǒng)為動(dòng)態(tài)管控能源消耗提供了物質(zhì)保證。目前三煉鋼廠廠際間計(jì)量設(shè)備配備率100%，單體用能用戶計(jì)量設(shè)備配備率95%。2012年公司上線的EMS(EnergyManagementSystem)能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了能源數(shù)據(jù)的采集、處理、分析等技術(shù)功能。在此基礎(chǔ)上，三煉鋼廠通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)代化管理手段，優(yōu)化能源的管理和物流的平衡，不僅促進(jìn)了能源績(jī)效管理的提升，也提高了技術(shù)裝備的利用效率。

1.3能源管理的全效運(yùn)行

根據(jù)不同的生產(chǎn)計(jì)劃，以及各工序生產(chǎn)節(jié)奏、各臺(tái)套設(shè)備運(yùn)行耗能特點(diǎn)，三煉鋼廠專門制定了“設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行管理方案”。以生產(chǎn)的飽和程度確定機(jī)組的開停機(jī)順序，最大限度發(fā)揮設(shè)備效能，降低公輔系統(tǒng)消耗。該方案明確要求以設(shè)備管理科作為專業(yè)管理單位，負(fù)責(zé)制度的制定和完善，負(fù)責(zé)組織運(yùn)行檢查和考核。以生產(chǎn)科作為調(diào)度管理單位，負(fù)責(zé)按照管理方案規(guī)定的模式，組織生產(chǎn)和運(yùn)行調(diào)度。各車間作為執(zhí)行單位，服從調(diào)度管理，并進(jìn)一步細(xì)化車間內(nèi)部管理制度，要做到操作和責(zé)任明確，執(zhí)行及時(shí)規(guī)范，嚴(yán)格確認(rèn)制度，確保生產(chǎn)和設(shè)備安全。

“設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行管理方案”明確了各工序的停機(jī)順序，比如轉(zhuǎn)爐排產(chǎn)順序?yàn)?#-1#-4#-3#；LF精煉爐排產(chǎn)順序?yàn)?#-1#-3#-2#；連鑄機(jī)排產(chǎn)順序?yàn)榉脚鬟B鑄-板二連鑄-板一連鑄-CSP。排序的原則是根據(jù)各機(jī)組和工序的個(gè)體差異性不同，相對(duì)能耗高利用率低的排在前列，在生產(chǎn)組織允許的情況下，優(yōu)先停機(jī)。各車間結(jié)合“設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行管理方案”，并本著隨時(shí)停用隨時(shí)停機(jī)的原則，制定本車間各系統(tǒng)設(shè)備停機(jī)運(yùn)行控制表，明確停機(jī)設(shè)備名稱、開停機(jī)時(shí)間點(diǎn)、所涉及介質(zhì)能耗的停送時(shí)間點(diǎn)、操作責(zé)任者，并執(zhí)行好內(nèi)部停產(chǎn)、復(fù)產(chǎn)確認(rèn)，確保用能的有效和高效。

2　優(yōu)先控制重要能源因素

在與三煉鋼廠煉鋼過(guò)程中所關(guān)聯(lián)的14項(xiàng)能源介質(zhì)中，蒸汽和回收轉(zhuǎn)爐煤氣在煉鋼工序能耗中所占比重高達(dá)65%以上，且蒸汽和回收轉(zhuǎn)爐煤氣作為作為煉鋼產(chǎn)生的自產(chǎn)能源，回收后并入公司管網(wǎng)，由能源中心再統(tǒng)一調(diào)配使用，主要用于公司自發(fā)電系統(tǒng)。因此蒸汽和轉(zhuǎn)爐煤氣作為二次能源，其回收效率的高低，不僅影響到三煉鋼廠的全工序能耗指標(biāo)水平，同時(shí)對(duì)公司提高自發(fā)電比例以及能效配平、優(yōu)化利用方面起著舉足輕重的作用。三煉鋼廠將其作為優(yōu)先控制的重要因素，實(shí)施重點(diǎn)能源管控，并作為推進(jìn)節(jié)能技術(shù)改造的重點(diǎn)項(xiàng)目。下面就優(yōu)化轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收系統(tǒng)和轉(zhuǎn)爐一次除塵煤氣回收系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)例重點(diǎn)介紹。

2.1轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化（圖1）

2.1.1存在問(wèn)題

原有系統(tǒng)存在問(wèn)題有：第一，蓄熱器容積??；第二，轉(zhuǎn)爐除氧器和外送公司管網(wǎng)蒸汽在一路調(diào)節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)用戶分路分級(jí)控制；第三，R H真空精煉爐生產(chǎn)時(shí)，由于自動(dòng)化控制手段不足，蒸汽系統(tǒng)需人工調(diào)壓分配，用量和壓力分配控制精度差，蒸汽有放散現(xiàn)象。

2.1.2優(yōu)化措施

第一，蓄熱器擴(kuò)容，增加120 m3；第二，增設(shè)蓄熱器穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，并將轉(zhuǎn)爐除氧器和外送公司管網(wǎng)蒸汽管路分離，增設(shè)壓力調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)分級(jí)分路控制；第三，專設(shè)R H真空精煉爐生產(chǎn)模式的自動(dòng)化控制程序，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)一鍵式轉(zhuǎn)換，自動(dòng)分級(jí)配汽，在穩(wěn)定供應(yīng)R H生產(chǎn)使用轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽的同時(shí)，各級(jí)用戶用汽自動(dòng)分配。

此外，為降低轉(zhuǎn)爐汽化冷卻強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)水泵運(yùn)行電耗，減少非吹煉期煙道熱損失，提高轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收量，三煉鋼廠還對(duì)煙道高低壓強(qiáng)制循環(huán)泵運(yùn)行優(yōu)化，降低水泵低速運(yùn)行頻率25～30 Hz。

2.2轉(zhuǎn)爐一次除塵煤氣回收系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

2.2.1存在問(wèn)題

（1）2013年下半年起，轉(zhuǎn)爐氧槍四孔改五孔氧槍，轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)間縮短10%，轉(zhuǎn)爐爐氣量和煙氣量增加，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備能力有欠缺。

（2）受變頻器性能影響，風(fēng)機(jī)高速區(qū)過(guò)長(zhǎng)，低速轉(zhuǎn)速過(guò)高，不利于爐口微正壓延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐煤氣回收時(shí)間，非吹煉期汽化煙道冷風(fēng)量大。

（3）轉(zhuǎn)爐煤氣回收和放散兩個(gè)狀態(tài)，由于風(fēng)機(jī)機(jī)后壓力差異大，風(fēng)機(jī)電流波動(dòng)大。

2.2.2優(yōu)化措施

（1）在轉(zhuǎn)爐一次風(fēng)機(jī)至放散煙囪管道上安裝調(diào)節(jié)閥門，提高放散備壓，降低放散態(tài)電流，消除轉(zhuǎn)爐煤氣回收態(tài)和放散態(tài)切換過(guò)程的風(fēng)機(jī)電流波動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)的瞬時(shí)沖擊，降低運(yùn)行電耗。

圖1　轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收系統(tǒng)優(yōu)化示意圖

（2）根據(jù)三煉鋼廠轉(zhuǎn)爐實(shí)際生產(chǎn)情況，優(yōu)化風(fēng)機(jī)高低速自動(dòng)化控制程序，壓縮風(fēng)機(jī)高速區(qū)，降低風(fēng)機(jī)低速轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速按吹煉前期、中期、后期分階段控制，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐煤氣回收時(shí)間，降低煙道非吹煉期冷風(fēng)量，降低運(yùn)行電耗。改造前后風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線對(duì)比如下圖2、圖3所示。

通過(guò)風(fēng)機(jī)運(yùn)行優(yōu)化前后曲線對(duì)比，可以明顯看出，風(fēng)機(jī)運(yùn)行高速區(qū)縮短，風(fēng)機(jī)低速區(qū)轉(zhuǎn)爐降低，達(dá)到適應(yīng)五孔氧槍吹煉、高效生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)回收時(shí)間的目的。同時(shí)風(fēng)機(jī)低速風(fēng)量降低12 000 m3/h，煙道冷風(fēng)量的大幅度降低，減少煙道待吹期冷卻強(qiáng)度，有利于蒸汽回收量的提高，并降低一次除塵風(fēng)機(jī)和煙道冷卻高壓強(qiáng)制泵的運(yùn)行電耗。

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽和轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，三煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收量提高10 kg/t，達(dá)到100 kg/t以上；轉(zhuǎn)爐煤氣回收量按2 000 Kcal/m3折算達(dá)到110 m3/t；系統(tǒng)水泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗降低0.7 kW·h/t。

2.3動(dòng)態(tài)管控和全員全效的能源管理體系取得效益

三煉鋼廠通過(guò)創(chuàng)新采用信息化與動(dòng)態(tài)掌控相結(jié)合的能源管理手段，大幅壓減全工序能源消耗，提高二次能源回收利用率。轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量的提高為東區(qū)優(yōu)化能源平衡和提高自發(fā)電水平提供了有力支持。轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽品質(zhì)的改善，回收總量的提升，為公司夏季優(yōu)化蒸汽供應(yīng)、減停燃?xì)忮仩t、以及進(jìn)一步自發(fā)電開發(fā)創(chuàng)造了良好條件，發(fā)展前景可觀，潛在經(jīng)濟(jì)效益顯著。2015年，三煉鋼廠全工序能耗達(dá)到-22.23 kgce/t（圖4）。

圖2　優(yōu)化前風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線

圖3　優(yōu)化后風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線

圖4　2011～2015年工序能耗趨勢(shì)圖

3　結(jié)語(yǔ)

河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司三煉鋼廠借助能源信息管理平臺(tái)對(duì)介質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、異常分析，通過(guò)能源組織架構(gòu)的建立、生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化、設(shè)備的高效運(yùn)行、重要能源因素的優(yōu)先控制等措施，開發(fā)和應(yīng)用動(dòng)態(tài)管控和全員全效的能源精細(xì)化管理體系。實(shí)踐證明，它對(duì)不僅對(duì)提高能源管理水平，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)組織的統(tǒng)一調(diào)度、工藝過(guò)程的流程優(yōu)化也起到十分明顯的促進(jìn)作用。

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A

1671-0711（2016）09（下）-0029-03