能管系統(tǒng)在水泥企業(yè)的作用

韓屹勍

（河北金隅鼎鑫水泥有限公司，河北 石家莊050226）

0 前言

水泥行業(yè)作為傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)，對推動社會進(jìn)步和人類文明進(jìn)程貢獻(xiàn)著不可磨滅和替代的貢獻(xiàn)，在智能制造深入發(fā)展過程中如何減少能源資源消耗，提高能源利用效率，盡快實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，已成為業(yè)內(nèi)共同關(guān)注的話題。本文主要對能管系統(tǒng)在水泥企業(yè)中發(fā)揮的作用進(jìn)行分析，供各位同仁們探討。

1 能管系統(tǒng)概述

我公司2015年建設(shè)了能管系統(tǒng)項(xiàng)目，項(xiàng)目按照能源實(shí)時(shí)監(jiān)控、能源管理和能效分析三大模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，范圍包括從石灰石進(jìn)廠到水泥出廠整個生產(chǎn)過程。整合了公司原有DCS系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、生產(chǎn)及安防監(jiān)控系統(tǒng)，項(xiàng)目實(shí)施中充分考慮了企業(yè)操作層、管理層和決策層不同層級的具體需求，實(shí)現(xiàn)不同程度的能源管控。

2 能源實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)包括了對DCS系統(tǒng)畫面的采集、能耗數(shù)據(jù)的采集、重點(diǎn)耗能設(shè)備監(jiān)視，實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)記錄查詢等功能。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度平臺

將DCS系統(tǒng)畫面數(shù)據(jù)集成在實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺上，可以實(shí)現(xiàn)對公司的生產(chǎn)狀況、用能設(shè)備和物料數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視；對于超出正常范圍數(shù)據(jù)以紅色報(bào)警形式加以提示。

（2）生產(chǎn)、能源工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)視

通過監(jiān)視畫面查看各生產(chǎn)、能源工藝系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和過程數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)DCS系統(tǒng)各控制站點(diǎn)和余熱發(fā)電等各工藝單元?？梢宰岊I(lǐng)導(dǎo)層直觀的了解各分公司生產(chǎn)和耗能情況，為其開展管理工作及制定考核目標(biāo)提供強(qiáng)有力的依據(jù)。

（3）重點(diǎn)耗能設(shè)備監(jiān)視

以各種能源介質(zhì)的能流圖為組織畫面，如回轉(zhuǎn)窯、生料磨、煤磨、水泥磨等的運(yùn)行監(jiān)控畫面和運(yùn)行參數(shù)，重點(diǎn)監(jiān)控重點(diǎn)工序及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

3 能源管理系統(tǒng)

3.1 能源實(shí)績分析管理

主要對能源生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)績數(shù)據(jù)各個車間投入、產(chǎn)出的數(shù)據(jù)按班維護(hù)，包括：投入的物料（電、煤、石灰石、砂巖等原材料）、運(yùn)行時(shí)間、有效運(yùn)行時(shí)間、故障時(shí)間、停車次數(shù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后進(jìn)行統(tǒng)一分析處理。

3.2 能源績效管理

對不同時(shí)期的產(chǎn)品單耗可按介質(zhì)、工序、重點(diǎn)用能設(shè)備進(jìn)行查詢、比較，通過表格、圖表等方式進(jìn)行顯示。實(shí)現(xiàn)公司、分公司級各工序的電耗、煤耗、綜合電耗、綜合能耗綜合分布統(tǒng)計(jì)分析。

3.3 能效對標(biāo)管理

以企業(yè)制定的對標(biāo)基準(zhǔn)值、目標(biāo)值、標(biāo)桿值為基礎(chǔ)，指標(biāo)分為工序能耗指標(biāo)、綜合能耗指標(biāo)、可比能耗指標(biāo)（此項(xiàng)指標(biāo)用于與國家能耗限額標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對標(biāo)使用），結(jié)合每月系統(tǒng)計(jì)算出來的各類能耗情況，逐月生成能效對標(biāo)結(jié)果表。

3.4 生產(chǎn)日報(bào)表功能

能源數(shù)據(jù)采集并生成生產(chǎn)日報(bào)表，包括生產(chǎn)綜合日報(bào)、能源單耗日報(bào)、能源以及原材料消耗對比報(bào)表。

4 能效分析系統(tǒng)

能效分析系統(tǒng)是企業(yè)在日常生產(chǎn)過程中最直接產(chǎn)生節(jié)能效益的系統(tǒng)，對監(jiān)測到的用能過程形成能耗K線圖，通過綜合分析設(shè)備的電耗、功率、效率和負(fù)載等參數(shù)進(jìn)行綜合分析，結(jié)合環(huán)境條件、運(yùn)行方法和操作行為尋找和挖掘節(jié)能空間。

我公司通過使用能效分析系統(tǒng)開展日常耗能分析，發(fā)現(xiàn)了諸多經(jīng)典節(jié)能案列，有些案例顛覆了常規(guī)慣性思維，比如開兩臺比開一臺省電，以前我們認(rèn)為不論是否改了變頻，開一臺一定會比兩臺要省電，但事實(shí)證明如果采用了變頻方式，運(yùn)行功率與設(shè)定的轉(zhuǎn)速為三次方關(guān)系，即運(yùn)行功率=額定功率*（轉(zhuǎn)速/50 ）3。當(dāng)給定轉(zhuǎn)速降低時(shí)，運(yùn)行功率成倍數(shù)降低。同時(shí)，并不是所有的變頻都是節(jié)電的，當(dāng)轉(zhuǎn)速到40赫茲以上時(shí)，由于變頻器本身還要消耗一定的電，就不如拆除變頻器換為工頻控制。同時(shí)各車間以開展能效分析為契機(jī)以點(diǎn)帶面推動各個環(huán)節(jié)采取措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，如空壓機(jī)，各分公司在關(guān)注空壓機(jī)運(yùn)行效率的同時(shí)，也加強(qiáng)了對輸送管道漏氣等的管理，有利于帶動各個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，使用該系統(tǒng)進(jìn)行能效分析以來，在管控系統(tǒng)合理用能方面發(fā)揮了重要作用，為企業(yè)帶來了可觀的節(jié)能效益。

4.1 余熱冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)電分析

下圖中粉紅色曲線為4#冷卻塔風(fēng)機(jī)，綠色曲線為2#冷卻塔風(fēng)機(jī)，黑色曲線為3#冷卻塔風(fēng)機(jī)，紫色曲線為1#冷卻塔風(fēng)機(jī)。生產(chǎn)中，冷卻塔風(fēng)機(jī)主要通過增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和開停數(shù)量來保持循環(huán)水溫在一定范圍內(nèi)，冷卻塔風(fēng)機(jī)共有四臺，都為110KW變頻控制。以前常規(guī)操作思路如圖三：夜班氣溫低時(shí)，冷卻風(fēng)機(jī)開兩臺，高頻率運(yùn)行，白班氣溫高時(shí)開三臺，低頻率運(yùn)行。有了能效分析監(jiān)控系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)開三臺風(fēng)機(jī)用電量比開兩臺低7kwh/10min：白天冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行電量6kwh/10min×3臺=18KWh/10min，而夜間12.5kwh/10min×2臺=25KWh/10min，從而驗(yàn)證了：運(yùn)行功率P=額定功率P×（變頻轉(zhuǎn)速R÷50）3的節(jié)電原理。為最大化利用變頻原理和現(xiàn)有設(shè)備。調(diào)整后操作思路詳見圖四：夜班運(yùn)行三臺，白班運(yùn)行四臺，節(jié)電效果如下：3.6×3=10.8KWh/10min，白天為2.4×4=9.6KWh/10min，一天中冷卻風(fēng)機(jī)3臺4臺各開12小時(shí)，每天可節(jié)?。?5-10.8）×6×12+（18-9.6）×6×12=1627.2KWh。一年按照運(yùn)行300天計(jì)算可節(jié)電48.8萬kwh。

圖三：調(diào)整前風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

圖四：調(diào)整后風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

4.2 廢氣風(fēng)機(jī)節(jié)電

下圖五為生料磨系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機(jī)（橘色曲線）和廢氣風(fēng)機(jī)（綠色曲線）用電量曲線，紅色曲線為臺時(shí)產(chǎn)量。紫色虛線和黑色虛線為比較線，循環(huán)風(fēng)機(jī)為定頻風(fēng)機(jī)，廢氣風(fēng)機(jī)為變頻風(fēng)機(jī)，通過能效分析曲線發(fā)現(xiàn)，循環(huán)風(fēng)機(jī)效率低下（定頻占額定功率78%），根據(jù)節(jié)能原理，定頻的在80%以下運(yùn)行為不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，變頻的在80%以上運(yùn)行為不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，本系統(tǒng)結(jié)合兩個風(fēng)機(jī)的控制方式操作上開大了增濕塔出口閥門，適當(dāng)?shù)恼{(diào)大了循環(huán)風(fēng)機(jī)閥門（定頻），降低了廢氣排風(fēng)機(jī)（變頻）轉(zhuǎn)速，通過兩風(fēng)機(jī)用風(fēng)匹配調(diào)整，使高溫風(fēng)機(jī)出口調(diào)整前后負(fù)壓以及磨機(jī)臺時(shí)產(chǎn)量維持在不變的情況下，廢氣處理風(fēng)機(jī)電量由之前150 KWh/10 min降為130KWh/10 min，降了20KWh/10 min，循環(huán)風(fēng)機(jī)電量在130KWh/10 min左右沒有明顯變化。通過計(jì)算每天可節(jié)電20×6×24=2880KWh，每年按運(yùn)行300天計(jì)算，那么節(jié)省電量為2880×300=86.4萬 KWh。

圖五： 風(fēng)機(jī)調(diào)整前后對比

4.3 判斷檢維修時(shí)間

下圖六、圖七為1#窯頭收塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行圖，藍(lán)色曲線為熟料產(chǎn)量，紅色為收塵風(fēng)機(jī)電量，黑色和綠色分別為熟料產(chǎn)量和風(fēng)機(jī)電量的比較線。圖中顯示在產(chǎn)量基本相同時(shí)，風(fēng)機(jī)電量不同。圖十為檢修前窯頭收塵風(fēng)機(jī)耗電，在檢修期間對余熱窯頭鍋爐積料、結(jié)皮進(jìn)行了清理，換熱器管道進(jìn)行了沖洗,降低了系統(tǒng)阻力，圖十一為檢修后運(yùn)行電量。節(jié)電量計(jì)算：檢修前后同比降低7kwh,日節(jié)電量1008度，按照窯年300天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算，年可節(jié)電量為1008×300=30.24萬度。由此通過耗電量曲線既可以判段最佳檢維修時(shí)間，節(jié)約用電量。

圖六： 清理結(jié)皮積料前用電

圖七：清理結(jié)皮積料后用電

4.4 監(jiān)視空壓機(jī)做功

下圖八為一線二線空壓機(jī)供氣系統(tǒng)4月27日到5月3日的能耗情況，紅色曲線為二線5#空壓機(jī)，黃色曲線為二線3#空壓機(jī)；藍(lán)色曲線為二線4#空壓機(jī)，桃紅色曲線一線4#空壓機(jī)，黑色曲線為一線1#空壓機(jī)。 一線窯系統(tǒng)和二線窯系統(tǒng)為并聯(lián)用氣，空壓機(jī)的做功取決于空壓站壓力的高低，在壓縮空氣壓力降低到空壓機(jī)的設(shè)定下限值時(shí)，便自動加載做功，在達(dá)到設(shè)定上限值時(shí)，便開始卸載。 熟料線空壓機(jī)功率都為132KW，通過對熟料線空壓機(jī)能耗監(jiān)控曲線可以看出，二線4#空壓機(jī)運(yùn)行效率低，長期不加載，存在空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。根據(jù)9臺空壓機(jī)csv曲線運(yùn)行情況，通過反復(fù)嘗試調(diào)整空壓機(jī)出口壓力下限，重點(diǎn)對二線4#空壓機(jī)加載情況摸索監(jiān)控。下圖十四為一線二線空壓機(jī)供氣系統(tǒng)7月13日到7月19日的能耗情況，紅色曲線為二線5#空壓機(jī)，黃色曲線為二線3#空壓機(jī)，藍(lán)色曲線為二線4#空壓機(jī)，紫色曲線一線4#空壓機(jī)，黑色曲線為一線1#空壓機(jī)。通過能耗監(jiān)控曲線可以看出，通過對空壓機(jī)出口設(shè)定壓力調(diào)整后，最終二線4#空壓機(jī)及各空壓機(jī)效率提高，做功理想，在開兩條熟料時(shí)，空壓機(jī)由之前5臺改為4臺運(yùn)行，也能滿足生產(chǎn)。拿調(diào)整前5臺空壓機(jī)總功率和調(diào)整后4臺總功率相比，負(fù)荷下降8KWh/10min，每天可節(jié)省電耗8×6×24=1152KWh，年運(yùn)行300天可實(shí)現(xiàn)節(jié)電量為1152×300=34.56萬度。

圖八：調(diào)整前空壓機(jī)做功

5 結(jié)論

《中國制造2025》中提出的五大工程，其中之一為智能制造工程，要求依托優(yōu)勢企業(yè)，緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人替代、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈優(yōu)化，建設(shè)重點(diǎn)領(lǐng)域智能工廠&數(shù)字化車間。一個企業(yè)的能耗水平與生產(chǎn)工藝過程控制、原燃材料品質(zhì)、企業(yè)管理水平等息息相關(guān)，同時(shí)水泥生產(chǎn)成本構(gòu)成中50-60%為能源成本，因此，能源管理系統(tǒng)的建設(shè)就顯得尤為重要，可以說工廠智能化離不開能源利用系統(tǒng)的智能化。