首钢京唐能源与环境管理系统创建与应用

赵彤

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）

首钢京唐能源与环境管理系统创建与应用

赵彤

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）

介绍了首钢京唐公司能源与环境管理中心系统的构成、特点及功能，该系统投入运行以来，能够对生产、能源、运输、环保系统集中管理并优化调度，促进了二次能源的回收和利用，提高了能源使用率。

钢铁企业；能源管理系统；节能降耗

1 引言

当前中国处在工业化快速发展阶段，经济社会发展面临能源短缺和环境约束等不利因素，加速推进钢铁等重点用能行业的节能减排工作，既是国家节能减排的长期战略，也是钢铁等工业行业调整结构、提升产业竞争力、走内涵式发展道路的紧迫任务。目前，钢铁工业耗能量约占我国总能耗的15%，能源总成本一般也占到了企业经营成本的25%～35%，为确保现代钢铁企业的高效运行和可持续发展，迫切需要科学、高效的能源与环境管理体系[1]作支撑，需要建立一个高效率、低成本的能源与环境管理系统，以降低钢铁制造流程的能源消耗，提高能源利用效率，实现能源系统的安全稳定[2]、经济平衡、节能降耗[3]和优质环保运行。

2 能源与环境管理系统构成

首钢京唐公司能源管理中心系统按照扁平化和集中一贯的管理理念，采用先进的自动化、信息化技术建立能源管理中心，对厂区电力、煤气、供水等全部能源介质实行集中、高效的监控和管理。其硬件平台主要包括服务器、存储设备、操作终端、GPS设备、大屏幕、网络设备、采集设备等，软件平台主要包括UNIX、WINDOWS系列操作系统、SCADA监控平台软件、EMS能源管理信息平台软件（含大量的数学模型）、数据库管理软件、网络管理软件等，并建立若干个现场子站及多个通信接口、规模约123762点信号。整个系统分成供电系统、供水系统、供气系统（氧气、氮气、氩气、压缩空气、高炉鼓风）、燃气系统（各种副产煤气及天然气）、热电（自发电、余热蒸汽、工业锅炉蒸汽、热电机组抽汽、换热站冷热水）、环境监控等信息化管控系统。能源管理中心系统在线支持各个系统的监控及管理，对全厂能源介质的生产、净化、储存、混合、输送、使用和回收等各环节的管理与监视，同时对厂区电力、煤气放散塔、空压站等区域重点设备远程控制，实现无人值守。实现全厂各种能源介质的供需动、静态平衡，降低产品单位能耗最终实现公司能源零排放，实现能源系统效益最大化。

3 能源与环境管理系统特点

（1）能源管理的各专业系统从能源生产、能源输配、能源使用的全过程进行专业介质线的管理，侧重对铁、钢、轧等主工序单元的某类能源介质进行专业管理，而能源管理的综合系统则侧重对主工序单元进行区域性的多介质管理，以卡斯特等系统管理理论及陆钟武院士系统节能理论与技术作指导，开展系统节能和降成本工作，注重对多能源介质进行系统优化，提高系统的能效，降低系统能耗，逐步实践以能源总成本最低为原则来指导生产和优化运行。

（2）安全质量管理则是重新定位了质量管理范围：它是一个独立于生产的质量监督系统。实行安全质量、制造质量的一体化管理，通过质量管理来管理和控制能源的运转状况，还可通过检修后的产品质量检验、过程参数检验来控制检修质量。同时，创新性设立了气体防护站，将气体防护管理敷设至全公司，并对能源系统各分厂的气体作业进行审批、管理、监督，与体系中的能源平衡、能源使用、能源安全等职责高度统一。其防护作业不仅限于传统钢铁企业高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、混合煤气的防护管理，还增加了氧气、氮气、氩气、天然气、氢气的防护管理，弥补了过去对有害和易燃易爆气体管理上的不足，更利于全面提高冶金气体安全。

（3）环境保护管理体现在建设了以节能为中心的全流程清洁能源转换体系，以平衡能源供应与消耗为中心的能源制造系统，高效的余热、余能、余压、煤气能量转换系统，用于产蒸汽和电，建设了以海水淡化为特色的低品质余热高效转换系统，构建全流程能源网络，实现全流程综合节能与CO2减排。同时，运用高标准的环境管理和先进的环保技术，公司按照国家环保部门及ISO14001环境管理体系标准，为强化环保管理环境保护专业管理处，在能中平台配套建设了在线自动监测系统和环境管理平台，与能源管理体系合为一体，以便及时、准确地调控环保设施的运行管理，掌控环境质量、污染物总量等。

（4）能源与环境中心不同于传统意义调度，它具有远程操作功能，可以及时对能源输配进行一些快捷的调整，以强化能源动态管控功能，如：煤气放散塔、管网远控阀、换热站循环水泵、空压站开停机等，变电站也采用远控技术，具备无人值守、远程操控的硬件要求；为了加强能源输配作业，加强管网安全稳定运行，将能源管网统一归入能源中心进行管理，并在其下设了综合管网作业区，进行地上管网、地下管网及6个集中换热站的巡检与操作。

4 能源与环境管理系统功能

首钢京唐公司能源管理中心系统是一个集过程监控、能源管理、能源调度、环境监控为一体的厂级管控一体化的系统。

4.1 数据采集

数据采集是实现能源生产过程监控和能源管理的基础，同时它还涵盖了计量系统。实时数据采集主要是将能源管理中心所需的各系统的实时数据、计量数据、能源设备运行数据采集到能源中心，进行远程在线集中监控、统一调度和平衡优化，充分满足了过程控制、信息管理和现场操作的一体化系统集成需求。还和公司ERP管理系统进行数据交换，获得能源产供计划、全厂生产计划、主作业线设备检修计划等重要数据信息，以实现全厂能源数据共享管理。

4.2 能源生产过程监控与调度

能源生产过程监控与调度主要是对生产监视和对现场设备进行控制与调整，以保证能源生产稳定运行，同时完成能源信息的归档，具体包括以下功能：（1）生产监视。主要对现场能源设备、能源的流量、压力、温度等属性等进行监视。（2）控制与调整。主要根据生产需求对现场可控能源设备进行远程控制与调整。（3）短期过程预测。利用煤气消耗预测分析等数学模型，对未来短时期内的煤气产耗情况进行预测，为能源的调度运行提供决策依据。（4）大屏幕监视。大屏幕直观显示重要能源数据，同时显示现场视频信息。（5）信息处理与归档。分析处理能源数据并存储归档。（6）报警。及时反映现场生产异常信息，提醒运行调度人员及时处理。

4.3 能源管理

能源管理功能具有能源成本管理、能源优化调度决策、能源供需预测、能源计划管理、能源实绩平衡分析、能耗统计与分析、能源质量管理、能源设备管理、能源计量管理、能源管理中心值班日志管理、能源报表管理、环境监控的管理功能。根据全厂能源管理需求，能源管理中心系统设置有供电监控台、蒸汽监控台、给排水监控台、燃气监控台、供气监控台、环境监控台；能源管理调度借助操作站进行能源系统潮流监视及主要能源设备状态监视和操作，并设置大型模拟屏系统，对能源系统及相关生产单元进行全局监视；另外，在能源管理主体系统出现异常的情况下，通过其非常监控系统可以对重要的能源设施进行直接的监控，确保其安全运行。能源生产技术人员借助能源管理的应用系统，完成主要潮流监视、技术分析、统计报表输出等功能。

5 能源与环境管理系统应用举例

5.1 能源供需预测功能应用——煤气系统在线监控及预测

煤气系统在线监控包括对全厂煤气柜、煤气放散塔，煤气管网、煤气加压站，制氢站、启动燃料占、煤气混合装置进行监控，如图1所示。对煤气管网压力及用户侧使用信息、煤气发生侧的气源信息进行监视和预测，如图2所示。

通过煤气系统的在线监控和预测实现了动态监控、在线预测、统一调配、集中管理，特别是开发了多种煤气预测模型，强化了煤气产供平衡管理，优化了煤气调度，提高了系统运行效率和煤气的安全性。

图1 煤气系统在线监控画面图

图2 煤气系统在线预测画面图

5.2 能源生产过程监控与调度应用——电力系统智能软五防

首钢京唐钢铁公司的电力设备五防系统共分3级，分别是设备级、变电站级和能源中心级。在设备级即最底层的五防由硬件来保证，而变电站级及能源中心级的五防都由软件来实现。软五防简单来说就是通过软件模型的方式实现电力系统安全逻辑判断，从而实现甚至优于传统五防硬件实现的联锁控制。电力五防是指：（1）防止误分合断路器；（2）防止带负荷分合隔离刀闸；（3）防止带电合接地刀闸；（4）防止接地刀闸合着时合断路器；（5）防止不合理反送电。

电力系统软五防的应用实现了电力系统调度与集中控制系统的有机融合，通过应用模型科学调整用电模式，从而有效提高用电效率，并全部实现了遥控、遥测，各个变电站实现无人值守，为进一步实现首钢京唐公司智能电网建设提供坚实的技术基础。

5.3 能源管理功能应用——能源实绩平衡分析

能源实绩平衡分析主要包括实时数据发布（如图3所示）、实时数据曲线、统计数据查询、能流图（如图4所示）等功能模块。通过能源实绩平衡分析图，帮助用户及时、准确掌握能源系统运行状况，为能源管理信息系统上层应用提供基础。

6 结束语

能源与环境管理中心的建立，实现了首钢京唐的智能化管理。将原来的粗放型管理模式变为集约型精细化、知识型的集中管理模式，实现了能源的分散型控制与集中式管理相结合，达到优化控制、集中管理、系统节能，它将提高全流程的能源利用效率，降低能源消耗指标，提高了系统运行的效率以及安全性和稳定性，实现了公司节能降耗的目标。

（1）降低高炉煤气放散率，逐步实现“零放散”。2010年下半年高炉煤气放散率为10.92%，2011年上半年高炉煤气放散率为5.16%，2012年进一步总结2座高炉煤气同时并网运行经验、更换放散塔气动阀、加大热电高气掺烧煤气调整力度等手段，实现高炉煤气“零放散”。与2011年相比，2012年全年高炉煤气减少放散6.42亿m3，产生3659.4万元经济效益。

图3 实时数据发布图

图4 能流实绩图

（2）2010年下半年吨钢转炉煤气回收84.6 m3，2011年上半年吨钢转炉煤气回收88.6 m3，2012年吨钢转炉煤气回收91 m3，年生产854万t钢，与2011年相比较，多回收转炉煤气0.205亿m3，产生217.3万元经济效益。

（3）逐步实现污水“零排放”，降低外购新水消耗。2010年下半年吨钢回用污水0.0829 t，2011年上半年吨钢回用污水1.1477 t，2012年吨钢污水回用1.152 t，与2011年水平持平。通过用户从源头改善水质、加大回水管线漏点治理力度、提高海淡产水，降低再生水勾兑比例等手段，吨钢耗新水比2011年降低0.18 t，节约外购工业水产生711.5万元经济效益。

[1]李向军，孙彦广.冶金能源管理系统EMS[J].科技资讯，2008(3)：95.

[2]魏海明.冶金能源管理系统的发展[J].宝钢技术，2007(5)：28-31，34.

[3]李博，徐谦，赵博识.能源管理系统(EMS)在大规模能源生产中的节能应用[J].冶金动力，2012(5)：4.

Establishment and Application of Energy and Environment Management System

ZHAO Tong
(Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

The composition,characteristics and functions of the energy and environment system of Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd are introduced.The system can complete centralized management and optimal distribution of production,energy source,conveyance as well as environmental protection since commissioning of the system.It has promoted recovery and utilization of secondary energy and improved the energy utilization rate.

steel enterprise;energy management system;energy saving and consumption reducing

TK018

B

1006-6764(2013)07-0089-04

2013-03-20

赵彤（1972-），男，满族，毕业于北京科技大学机电工程专业，现从事能源生产管理工作。