能管系統在水泥企業的作用

韓屹勍

（河北金隅鼎鑫水泥有限公司，河北 石家莊050226）

0 前言

水泥行業作為傳統工業制造業，對推動社會進步和人類文明進程貢獻著不可磨滅和替代的貢獻，在智能制造深入發展過程中如何減少能源資源消耗，提高能源利用效率，盡快實現高質量綠色轉型發展，已成為業內共同關注的話題。本文主要對能管系統在水泥企業中發揮的作用進行分析，供各位同仁們探討。

1 能管系統概述

我公司2015年建設了能管系統項目，項目按照能源實時監控、能源管理和能效分析三大模塊進行設計，范圍包括從石灰石進廠到水泥出廠整個生產過程。整合了公司原有DCS系統、電力監控系統、門禁系統、生產及安防監控系統，項目實施中充分考慮了企業操作層、管理層和決策層不同層級的具體需求，實現不同程度的能源管控。

2 能源實時監控調度系統

實時監控調度系統包括了對DCS系統畫面的采集、能耗數據的采集、重點耗能設備監視，實時能耗數據報表、歷史數據記錄查詢等功能。

（1）實時監控調度平臺

將DCS系統畫面數據集成在實時監控平臺上，可以實現對公司的生產狀況、用能設備和物料數據進行監視；對于超出正常范圍數據以紅色報警形式加以提示。

（2）生產、能源工藝系統數據監視

通過監視畫面查看各生產、能源工藝系統的設備運行狀態和過程數據，包括生產DCS系統各控制站點和余熱發電等各工藝單元。可以讓領導層直觀的了解各分公司生產和耗能情況，為其開展管理工作及制定考核目標提供強有力的依據。

（3）重點耗能設備監視

以各種能源介質的能流圖為組織畫面，如回轉窯、生料磨、煤磨、水泥磨等的運行監控畫面和運行參數，重點監控重點工序及設備的運行狀態。

3 能源管理系統

3.1 能源實績分析管理

主要對能源生產運行的實績數據各個車間投入、產出的數據按班維護，包括：投入的物料（電、煤、石灰石、砂巖等原材料）、運行時間、有效運行時間、故障時間、停車次數等進行統計，最后進行統一分析處理。

3.2 能源績效管理

對不同時期的產品單耗可按介質、工序、重點用能設備進行查詢、比較，通過表格、圖表等方式進行顯示。實現公司、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計分析。

3.3 能效對標管理

以企業制定的對標基準值、目標值、標桿值為基礎，指標分為工序能耗指標、綜合能耗指標、可比能耗指標（此項指標用于與國家能耗限額標準進行對標使用），結合每月系統計算出來的各類能耗情況，逐月生成能效對標結果表。

3.4 生產日報表功能

能源數據采集并生成生產日報表，包括生產綜合日報、能源單耗日報、能源以及原材料消耗對比報表。

4 能效分析系統

能效分析系統是企業在日常生產過程中最直接產生節能效益的系統，對監測到的用能過程形成能耗K線圖，通過綜合分析設備的電耗、功率、效率和負載等參數進行綜合分析，結合環境條件、運行方法和操作行為尋找和挖掘節能空間。

我公司通過使用能效分析系統開展日常耗能分析，發現了諸多經典節能案列，有些案例顛覆了常規慣性思維，比如開兩臺比開一臺省電，以前我們認為不論是否改了變頻，開一臺一定會比兩臺要省電，但事實證明如果采用了變頻方式，運行功率與設定的轉速為三次方關系，即運行功率=額定功率*（轉速/50 ）3。當給定轉速降低時，運行功率成倍數降低。同時，并不是所有的變頻都是節電的，當轉速到40赫茲以上時，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。同時各車間以開展能效分析為契機以點帶面推動各個環節采取措施實現節能降耗，如空壓機，各分公司在關注空壓機運行效率的同時，也加強了對輸送管道漏氣等的管理，有利于帶動各個環節實現精細化管理，使用該系統進行能效分析以來，在管控系統合理用能方面發揮了重要作用，為企業帶來了可觀的節能效益。

4.1 余熱冷卻塔風機節電分析

下圖中粉紅色曲線為4#冷卻塔風機，綠色曲線為2#冷卻塔風機，黑色曲線為3#冷卻塔風機，紫色曲線為1#冷卻塔風機。生產中，冷卻塔風機主要通過增加風機轉速和開停數量來保持循環水溫在一定范圍內，冷卻塔風機共有四臺，都為110KW變頻控制。以前常規操作思路如圖三：夜班氣溫低時，冷卻風機開兩臺，高頻率運行，白班氣溫高時開三臺，低頻率運行。有了能效分析監控系統后，發現開三臺風機用電量比開兩臺低7kwh/10min：白天冷卻風機運行電量6kwh/10min×3臺=18KWh/10min，而夜間12.5kwh/10min×2臺=25KWh/10min，從而驗證了：運行功率P=額定功率P×（變頻轉速R÷50）3的節電原理。為最大化利用變頻原理和現有設備。調整后操作思路詳見圖四：夜班運行三臺，白班運行四臺，節電效果如下：3.6×3=10.8KWh/10min，白天為2.4×4=9.6KWh/10min，一天中冷卻風機3臺4臺各開12小時，每天可節省（25-10.8）×6×12+（18-9.6）×6×12=1627.2KWh。一年按照運行300天計算可節電48.8萬kwh。

圖三：調整前風機運行狀態

圖四：調整后風機運行狀態

4.2 廢氣風機節電

下圖五為生料磨系統循環風機（橘色曲線）和廢氣風機（綠色曲線）用電量曲線，紅色曲線為臺時產量。紫色虛線和黑色虛線為比較線，循環風機為定頻風機，廢氣風機為變頻風機，通過能效分析曲線發現，循環風機效率低下（定頻占額定功率78%），根據節能原理，定頻的在80%以下運行為不經濟運行方式，變頻的在80%以上運行為不經濟運行方式，本系統結合兩個風機的控制方式操作上開大了增濕塔出口閥門，適當的調大了循環風機閥門（定頻），降低了廢氣排風機（變頻）轉速，通過兩風機用風匹配調整，使高溫風機出口調整前后負壓以及磨機臺時產量維持在不變的情況下，廢氣處理風機電量由之前150 KWh/10 min降為130KWh/10 min，降了20KWh/10 min，循環風機電量在130KWh/10 min左右沒有明顯變化。通過計算每天可節電20×6×24=2880KWh，每年按運行300天計算，那么節省電量為2880×300=86.4萬 KWh。

圖五： 風機調整前后對比

4.3 判斷檢維修時間

下圖六、圖七為1#窯頭收塵風機運行圖，藍色曲線為熟料產量，紅色為收塵風機電量，黑色和綠色分別為熟料產量和風機電量的比較線。圖中顯示在產量基本相同時，風機電量不同。圖十為檢修前窯頭收塵風機耗電，在檢修期間對余熱窯頭鍋爐積料、結皮進行了清理，換熱器管道進行了沖洗,降低了系統阻力，圖十一為檢修后運行電量。節電量計算：檢修前后同比降低7kwh,日節電量1008度，按照窯年300天運轉時間計算，年可節電量為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間，節約用電量。

圖六： 清理結皮積料前用電

圖七：清理結皮積料后用電

4.4 監視空壓機做功

下圖八為一線二線空壓機供氣系統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，黃色曲線為二線3#空壓機；藍色曲線為二線4#空壓機，桃紅色曲線一線4#空壓機，黑色曲線為一線1#空壓機。 一線窯系統和二線窯系統為并聯用氣，空壓機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的設定下限值時，便自動加載做功，在達到設定上限值時，便開始卸載。 熟料線空壓機功率都為132KW，通過對熟料線空壓機能耗監控曲線可以看出，二線4#空壓機運行效率低，長期不加載，存在空轉現象。根據9臺空壓機csv曲線運行情況，通過反復嘗試調整空壓機出口壓力下限，重點對二線4#空壓機加載情況摸索監控。下圖十四為一線二線空壓機供氣系統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，黃色曲線為二線3#空壓機，藍色曲線為二線4#空壓機，紫色曲線一線4#空壓機，黑色曲線為一線1#空壓機。通過能耗監控曲線可以看出，通過對空壓機出口設定壓力調整后，最終二線4#空壓機及各空壓機效率提高，做功理想，在開兩條熟料時，空壓機由之前5臺改為4臺運行，也能滿足生產。拿調整前5臺空壓機總功率和調整后4臺總功率相比，負荷下降8KWh/10min，每天可節省電耗8×6×24=1152KWh，年運行300天可實現節電量為1152×300=34.56萬度。

圖八：調整前空壓機做功

5 結論

《中國制造2025》中提出的五大工程，其中之一為智能制造工程，要求依托優勢企業，緊扣關鍵工序智能化、關鍵崗位機器人替代、生產過程智能優化控制、供應鏈優化，建設重點領域智能工廠&數字化車間。一個企業的能耗水平與生產工藝過程控制、原燃材料品質、企業管理水平等息息相關，同時水泥生產成本構成中50-60%為能源成本，因此，能源管理系統的建設就顯得尤為重要，可以說工廠智能化離不開能源利用系統的智能化。