水泥厂能源现状及应对的能源管理系统

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1、水泥行业能源管理系统技术方案北京华控自动化系统有限责任公司一、水泥行业能源现状水泥行业是高能耗产业，水泥行业的能源消耗约占世界能源消耗总量的 2%。水泥生产企业最 大的挑战是能源消耗（热能和电能消耗），约占水泥生产企业成本的40-70%。而国内的水泥生产能 源消耗约占全国能源消耗总量的 7%，水泥生产总能耗中，熟料生产约占 70-80%。在过去的 10 年中，水泥综合能耗约下降 12.6%，但是综合电耗下降水平不大，主要原因是水 泥行业自动控制水平有了很大的提高，同时也说明了水泥行业的节能潜力巨大。水泥厂典型能源消耗图对一个水泥生产企业而言，管控好每一个生产环节的能源消耗非常重要。能源管理系统

2、可以实 时监测出不符合基准值的能源消耗并及时协助您做出调整和优化。把提高能源效率和可持续发展作 为机遇来降低成本和提高生产力，使经济和生态环境的和谐发展就成为一件非常有意义的事情。优化能源使用并减少相关成本的能源管理办法包括：实时监测能源消耗并用不同的形式展现（能源消耗报表、柱状图、饼状图）比较不同工厂、不同产线、和不同负载的能源消耗和成本，找到需要优化的环节 水泥行业能耗对标分析 使用替代能源，如余热发电等 制定能源消耗目标和能源使用计划，改善和加强能源管理 完善重点能耗设备监测及管理目前大多数水泥厂还缺少一个统一的能源综合管理平台，即集生产调度与能源调度于一体的平 台，及能够反应具体能效水

3、平的能耗指标体系。能耗指标体系包括覆盖各种能源使用情况的诸多指 标：如能够反映全厂能效水平的可比热耗、可比电耗、单位水泥电耗，单位熟料电耗，单位熟料热 耗，WHR发电量，单位熟料WHR发电量，CO2排放量，减少CO2排放量等；如能够反映各车间 能效水平的单位产量生料磨用电，单位产量水泥磨用电等；如能够反映班组能效水平的各班单位产 量电耗等。各个指标应该基于实时的能耗数据进行计算，并通过专门的能源管理系统发布，使每天、 每班组、甚至每小时能效指标的具体数值可视化。其次，各系统的数据信息量偏少，功能设计相对简单。各配电室的电能表计，数据还不完善，比 如对电能质量的监测，需要改造和补充，实现电能到工

4、序级、重点耗能设备级的计量。现存的系统可扩充性和集团管理方面的功能要求尚未空缺。 为了企业的发展，为了能源合理运用，必须建立能源管理优化系统。 可持续发展的需要 提高能源利用效率的需要 提高管理水平的需要 节能减排的需要二、用能现状典型水泥企业主要消耗能源为：原煤、电力，还有少量柴油。原煤主要用于熟料烧成系统；电 力用于原料破碎与输送、生料粉磨、煤粉制备、熟料煅烧、水泥粉磨、水泥包装、产品出厂等各工 序；柴油用于烧成系统点火升温、矿山铲装设备及其他工程机械等。根据大多数水泥企业能源消耗状况的分析，典型水泥企业电力消耗占综合能源消耗量 5.90%， 原煤消耗占综合能源消耗量 93.61%，燃料油

5、消耗占综合能源消耗量0.49%。加强用电、煤的管理和 使用，是水泥企业节能管理工作的重要内容。三、能源管理现状生产用煤、用油数据全部进入DCS系统多数水泥企业通过健全的DCS自动控制系统对每个生产工序过程进行实时监测和控制，已达 到对各生产工序的用能进行监测和控制的目的。如通过对回转窑煅烧系统的运行参数进行监测、分 析，以达到合理利用煤粉，降低煤粉的吨熟料消耗量；并合理调整煤炭能源购入和库存管理，有效 减少能源购入资金占有，降低成本起到积极作用。 原料数据多数水泥企业的石灰石原料及原煤的计量数据均以接入DCS系统，可以满足生产控制系统和 能源管理系统的使用需求。 电能计量 多数水泥企业总降电力

6、室有一套一次变检测系统，实现对总降的电源进线的电能工况及各电力室母线进线的电能工况进行监测。相当一部分水泥企业在生产线各电力室层面和重点用能设备层面缺少一套完善的电能采集系 统，多数情况下是对特别受关注的重点耗能设备的电能消耗采用定时人工抄表的方式对班次或日用 电量的数据进行人工采集和手动计算的方式来进行计量。这种计量方式存在计量数据不准确、人为 误差较大等问题，对能源的管控没有太大的实际意义。四、能源管理系统方案华控自动化基于多年能源管理系统实施经验和对水泥行业能源管理系统的实施经验制定能源 管理系统的方案架构。4.1能源数据采集与监控子系统能源数据采集与监控子系统可对水泥生产企业的工艺设备

7、、能源设备、能源介质和物料数据进 行监视，实现对工艺过程数据和生产设备状态数据、能源介质的发生量与耗用量的数据进行采集、 显示和报警，对系统异常和事故进行应急处理等。该系统已在多个行业和多家国内著名企业的生产 和能源管理系统进行了大量的应用，并定制开发出符合各行业规范的HMI画面。包括：图形化监控界面：能源数据监控、生产过程监控、关键生产设备监控、关键工艺监控、能流监 控等。能源趋势：各种重要能源数据、生产数据的实时趋势、历史趋势，以实现各种参数数据的直观 表达和展示。报表输出：对各种监控数据进行汇总，并遵循系统使用人的要求以报表方式呈现。 监控报警：对各种重要过程数据的阀值进行设定，当该数据

8、的实时值超出阀值范围时，即时产 生报警，可根据实时值超限的实际情况产生不同级别的报警。并可对报警的数据进行追溯，方便对 报警产生的原因进行分析。4.1.1生产和能源工艺系统监视模块能源流监视：通过对能源流的图形化展现，实现从能源介质、生产工艺和综合能耗三个角度实 现能源流的可视化监视。以直观、整洁的表达方式体现生产系统的能源消耗与平衡状况。能源介质能源流：按照原煤、电能等单一能源介质的实施生产和消耗状况，展示单一能源介质 的消耗与平衡状况。生产工序能源流：对单一生产工序的各种能源介质的实施生产和消耗状况以直观的图形化方式 进行展现，直观的表达各工序的能源生产与消耗状况。全厂综合能源流：对全厂生

9、产过程中使用的各种能源介质和消耗状况以直观的图形化方式进行 展示，并通过折算为标煤的方式显示全厂的能源消耗和平衡状况。能源设备和生产工艺监视：能源设备监视实现生产线及各相关辅助生产环节中的能源生产和消 耗系统中的能源生产、输送、分配、转换及使用等环节和重点能耗设备的可视化管理。总降变电所监视：实时监视高压开关设备的使用状况及设备运行状态。动力系统监视：实时监视各主要能耗设备如原料磨、煤磨、窑主传电机、排风机、篦冷机、空 压机、斗式提升机、堆取料机、余热发电锅炉等关键生产设备的运行状态。生产工艺监视：汇总了各控制系统设备的实时生产数据，并将这些数据进行画面展示；通过对 生产数据进行计算、统计后汇

10、总到调度画面以图形方式展示生产工艺系统的设备运行状态和过程数 据。能源设备报警：通过报警模块实现对各能源设备的运行参数异常、运行故障的记录、报警和故 障原因分析。4.1.2 重点耗能设备监视模块从水泥生产企业的实际生产和能源管理角度，集成关键设备和生产工序，如生料磨、煤磨、回 转窑、水泥磨等的运行监控画面和运行参数，包括入磨生料量、入磨原煤量、回转窑喂料量、回转 窑喂煤量、一二次风量、各种混合材料量、窑尾烟室温度、窑尾烟气温度、回转窑转速、电压、电 流等运行参数，达到监控重点工序和设备的运行工况和运行效率的目的。4.1.3 实时报表输出模块能源管理系统可以针对水泥生产企业的实际需求提供专业的报

11、表系统，主要包括生产运行相关 的计划报表、实绩报表以及其他的管理类报表。4.1.4 实时历史报警模块针对发生的报警信息，生成报警事件并做 SOE 记录。包括报警的发生、确认和报警解除。同 时还可以对非报警类事件进行记录。4.1.5历史数据存储和查询模块能源管理系统运行过程中的数据会被系统自动存储，以备查询。历史数据查询方式可以是报表 的方式以及历史数据趋势图的方式。被存储的数据包括能源消耗历史数据、生产过程历史数据、历史事件信息、SOE信息、操作事 件信息等。4.1.6运行监视诊断功能模块运行监视诊断作为能源管理系统的自检功能，可对网络通信情况进行动态在线的连续监视，并 对异常状况进行诊断，以

12、保证系统能 24 小时不间断正常运行。主要包括系统通讯设备连接、数据 通讯接口连接、系统通讯故障等。417监控画面设计能源数据采集与监控子系统的监控画面主要包括以下几种： 供配电系统监控画面：包括总降供配电监控画面、各熟料生产线相关电力室供配电监控画面、矿山 相关电力室供配电监控画面、码头相关电力室供配电监控画面、余热发电相关电力室供配电监控画 面以及其他厂内电力室供配电监控画面；相对应的现实各电力室内配电柜的电压、电流、功率因数、 有功电能、无功电能等电能相关数据。4.2能源信息分析、管理子系统能源信息分析、管理子系统是在能源信息采集与监控子系统的基础上，针对能源信息采集与监 控子系统所获取

13、并提供的能源消耗数据、关键工序过程数据及关键能耗设备运行数据，以及通过能 源信息管理子系统的财务模块及质量模块中输入的财务数据及质量数据；通过对以上各种数据的有 效整合、分析，并结合工厂建模，对上峰水泥公司级、产线级、工序级的能源计划、能源实绩、能 源成本、能源质量、能源设备以及能源分析进行综合展示。展示的手段包括多种图形图表，如曲线 图、柱状图、饼图等。并可以实现以下分析功能：对多个同类型生产线、工艺、关键设备的能耗数据进行比较分析。对同一生产线的不同工艺、关键设备的能耗数据进行综合分析。 对同一生产线、工序、关键设备在不同时间段的能耗数据进行比较分析。 对同一条线不同班组产量、消耗进行对比

14、分析421能耗模型模块生产能耗管理包括两部分内容：工厂模型，能源消耗管理。工厂模型建立 工厂模型是能源管理系统所特有的。将工厂按照实际的工艺流程与区域划分为不同管理层 级，每个层级添加对应的管理报告点，实现每个工作中心的精细化管理。按照工厂的实际区域、工艺流程、设备构建工厂模型。按照能源的存储、转换、输送、使用构建能源的利用损失模型。能耗模型建立能源消耗管理对各种能源介质的实际发生量、主要用户使用量和主要介质放散量等数据进行 采集和整理，以此来获取生产运行的实绩数据，反映介质生产和使用情况，并跟踪主要能耗指标 数据，实现能源结算、考核及能源平衡。422基础信息管理模块系统各类不同的编码适应统计

15、要求，符合唯一性、合理性、可扩充性、简单性、适用性、规 范性的要求。系统初始化时将实际所有的基础信息由人工录入系统，具有相关查询、修改权限的 人员可对基础信息内容进行查询与修改。基础信息管理结构图4.2.3重点耗能设备信息管理模块从水泥生产的电能消耗比例来看，主机设备的电耗之和一般占全厂总电耗的 80-90%左右，因 此，对主机设备进行必要的能源管理对于降低整体生产电耗是有着积极意义的。主机设备产生能耗的情况，主要分为以下五类： 正常产量生产 产量不足生产 空运转 主机设备停止，但附属设备依然运转 峰谷平电价分时段运转由此可以看出，除正常产量生产，其他几种情形都可能会产生不必要的能源浪费，对后几种情 形的能源设备数据进行管理，可以及时查找到能源管理上的漏洞，提出必要的改进措施，提高全厂 的能效水平，降低能源成本。系统考虑到水泥生产的实际电耗状态，对水泥厂主机设备和重点耗能设备的主要管理内容如 下： 运转率 开停机次数、开停机时间 设备状态显示（运转、停机、故障、备妥、维修） 总运行时间 空运转率 空运转电耗 峰谷平分时电耗 电能成本 总电耗 单位电耗 产量不足（需设置门槛值）折算电耗以上绩效指标均可以使用图表方式直观展现出来，可以按年、月、日、班组进行统计，并可进 行同环比分析等。水泥