水泥企业建立能源管理控制系统的设计

邱斌斌

浙江省节能协会 , 浙江省杭州市， 310004

摘要：水泥行业是我国重要的原材料工业，近年来在需求拉动和政策支持下得到了快速发展。通过在水泥生产线建立能源管理控制系统,可以实现从能源各因素在采集、过程监控、能耗管理等全过程的自动化管理，加大能源合理运用、提升能源管理水平、提高能源利用效率、减低运营成本、提升企业经济实力，对水泥企业发展有着至关重要的作用。

关键词：水泥企业 ；能源管理控制系统；能源消耗

1 引言

水泥行业是我国重要的原材料工业，近年来在需求拉动和政策支持下得到了快速发展。因行业的特殊性，水泥行业属于高耗能行业之一，水泥行业消耗煤炭量约占全国煤炭总消耗量15%，氮氧化物排放量约占全国总量10%，水泥行业一直是国家推进节能减排工作的重点控制对象。

浙江省是中国水泥工业发展的先导省份，2001-2009年，水泥产量一直排在全国前五，进入市场成熟期后，年产量维持在1.2亿吨左右。2012年水泥产量负增长。近年来，水泥产量维持在1亿吨左右，熟料产量维持在5000万吨左右，总能耗约在600万吨标准煤，主要能源消耗为烟煤和电，其中烟煤占能源消耗比例80%以上。水泥产业总体来看，全部是规模以上企业，能源消耗大。通过在水泥生产线建立能源管理控制系统,可以实现从能源各因素在采集、过程监控、能耗管理等全过程的自动化管理，加大能源合理运用、提升能源管理水平、提高能源利用效率、减低运营成本、提升企业经济实力，对水泥企业发展有着至关重要的作用。

2 能源管理控制平台系统的总体架构

通过建立完善的能源管理控制平台系统，实现对水泥生产过程的电、煤、压缩空气和水等有关能源消耗数据进行在线收集、实时传输和监控，为能源集中调度、管理提供有效的数据分析和预测技术。对水泥企业能耗计量、统计过程中所使用的相关数据统计口径统一，保证生产过程中各项工艺统计参数前后一致性。加强对各能耗计量器材、设备的检查和校准，严格监督原始数据录入，保证数据准确、精确。建立各工序能耗考核指标体系，对车间、班组的能效水平进行有效反映，如单位水泥电耗、单位熟料电耗、单位熟料热耗、生料磨用电、单位产量水泥磨用电、各班单位产量电耗等，采用表格、图表、曲线等多种直观图示，减少原人工重复抄报带来的人工与纸张浪费，对能源计划、实绩、产量及综合电耗、综合能耗对标等数据进行对比、分析和挖掘，为管理者提供决策依据。

能源管理控制平台集数据采集、过程监控、能源调度、能源管理为一体，是覆盖企业能源系统的管控一体化系统。能够对水泥企业的能源消耗数据进行实时监测并在第一时间形成数据报表、状态图标，用各种数据形式为水泥企业的能源管理提供有效的依据，制定能源消耗目标和能源使用计划，完善对重点能耗设备的监测和管理。同时还能对水泥企业生产过程中的能耗、成本等进行分析，并与同行业不同产线、不同负载的能耗和成本进行对比，找出生产过程中需要优化的环节，促进企业进行替代能源的使用，并对窑炉、电机系统、能量系统、除尘系统等进行优化改造。

3 能源管理控制平台系统的软件方面

3.1数据采集      

包括生产线的电力系统、动力系统、供水系统和煤炭系统。

1. 电力系统：总降变电站、余热发电站及各10KV用户变电站高、低压电度表的瞬时值各变电站保护、报警信号；

2. 动力系统采集：压缩空气供气总管道及各主要用户压力、流量值；蒸汽源（窑头、窑尾余热锅炉）发生工况及蒸汽总管的压力、流量、温度与发电机组用户使用蒸汽的压力、流量；

3. 供水系统采集：原水、脱盐水、循环水、生活水供水总管与各用户管的流量、温度、压力；

4. 煤炭系统采集：煤炭库日进煤量、库存量、出库量、入/出粉磨站量、进窑头、窑尾喷煤量等；

5. 数据采集的接口方式生产线上采用DCS系统能源数据，通过通讯的方式读取相关的数据；未进DCS系统能源数据，采用RTU通过总线方式从相关仪表读取数据。

3.2能源数据集中监控

采用国外成熟的大型实时数据库和与之配套的数据可视化软件作为WEB实时信息监控平台，实现对水泥生产线能源介质计量信息的数据存储，运行潮流数据的实时归档和数据即时查询；提供能源信息监控、操作、实时曲线等功能；通过WEB服务器实施，实现能源系统主设备运行状态在线监测、集中控制、异常故障和事故处理，达到能源系统的综合平衡、合理分配与优化调度。一旦发现其数值超出预先设定好的数值则立即发出警报，根据数值超限情况对警报级别进行划分，同时还能进行警报数据的追溯和警报原因的分析。

3.3能源调度

对能源消耗、生产过程、关键生产设备、关键工艺等方面的数据实时、直观显示；主要包括计量和监控能源数据、报表输出、监控警报、源数据的分析处理、成本核算及绩效管理等方面，对各项实时及历史能耗数据进行汇总、计算，分析其实时及历史趋势，为水泥企业的能效管理提供参考依据。

3.4能源管理     

将在数据采集、能源调度过程中生成的宏观数据提供给企业决策者，使其能够以此为依据做出合理的判断和决策。

1. 根据生产计划编制能源需求计划。制定能源计划时，将各工序能源实物单耗量数据依参数设定或根据历史能耗数据计算出各工序能源实物单耗数据的方式，提供选择工序能源实物单耗量；

2. 通过计算机对流量采集实时数据的电量累加、流量计算、温度补正计算等实现企业各工序对电、煤炭、各种气体能源、水的计算；

3. 系统从监控系统中提取所有的实时信号数据后，汇总计算后得到每小时、每日的数据并生成各类能源报表、各介质能源平衡报表与企业总能源综合平衡报表；

4. 通过收集水、煤等能介质量分析数据信息，建立能源介质量历史档案，分析掌握企业能源介质量实际情况，为分析偏差提供数据基础；对各类环保数据（窑头、窑尾、煤磨烟尘等）进行监测管理，同时可以绘制不同时期的指标趋势图，以较直观方式显示相关数据；

5. 系统通过表格、图表、曲线等多种直观数据方式，对能源计划、产量等数据进行比较、分析和挖掘，为管理者提供决策依据。主要包括能源计划比较分析、能源实绩比较分析、工序能源单耗值分析，吨熟料、吨水泥能耗对标分析，及能源指标数据横向比较等功能，同时建立工序能耗考核指标体系；

6. 建立能源消耗预测模型，根据历史工序能耗数据：平均数据、最好工序能耗数据、正常生产时期的工序能耗数据以及各工序产品计划产量，计算未来某时期（以月为基本单位）的各能源介质消耗情况，实现用能优化调度管理。

建立用电负荷平衡调度模型，按当地供电局关于峰谷平用电费用的规定进行峰谷平用电负荷调度，在保证产量前提下，达到日用电成本最低，大幅度提高能源利用率，实现能源合理利用与在线平衡调度。在日用电负荷总量不变的情况下，高峰时间段用电负荷至少可下降5%，吨熟料综合能耗平均可下降4%。

4　结语

我国作为能源消费的大国,在能源的利用效率上和发达国家仍然存在着差距，通过在水泥企业中建立能源管理控制系统,采用先进的生产管理手段不断的降低水泥生产的能耗,对于降低企业的生产成本,提高资源的利用效率具有重要的意义。

参考文献：

[1]李景娇.水泥企业能源管理体系的建立和实施[J].中国水泥,2019，02:117-120.

[2]黄贤飞.水泥厂能源管理系统的设计与应用[J].水泥技术,2019，02:45-47.

[3]徐万里．水泥企业建立能源管理体系的作用和对策分析[J]．建材发展导向,2018,（18）：326．