能管系统在水泥企业的作用

韩屹勍

（河北金隅鼎鑫水泥有限公司，河北 石家庄050226）

0 前言

水泥行业作为传统工业制造业，对推动社会进步和人类文明进程贡献着不可磨灭和替代的贡献，在智能制造深入发展过程中如何减少能源资源消耗，提高能源利用效率，尽快实现高质量绿色转型发展，已成为业内共同关注的话题。本文主要对能管系统在水泥企业中发挥的作用进行分析，供各位同仁们探讨。

1 能管系统概述

我公司2015年建设了能管系统项目，项目按照能源实时监控、能源管理和能效分析三大模块进行设计，范围包括从石灰石进厂到水泥出厂整个生产过程。整合了公司原有DCS系统、电力监控系统、门禁系统、生产及安防监控系统，项目实施中充分考虑了企业操作层、管理层和决策层不同层级的具体需求，实现不同程度的能源管控。

2 能源实时监控调度系统

实时监控调度系统包括了对DCS系统画面的采集、能耗数据的采集、重点耗能设备监视，实时能耗数据报表、历史数据记录查询等功能。

（1）实时监控调度平台

将DCS系统画面数据集成在实时监控平台上，可以实现对公司的生产状况、用能设备和物料数据进行监视；对于超出正常范围数据以红色报警形式加以提示。

（2）生产、能源工艺系统数据监视

通过监视画面查看各生产、能源工艺系统的设备运行状态和过程数据，包括生产DCS系统各控制站点和余热发电等各工艺单元。可以让领导层直观的了解各分公司生产和耗能情况，为其开展管理工作及制定考核目标提供强有力的依据。

（3）重点耗能设备监视

以各种能源介质的能流图为组织画面，如回转窑、生料磨、煤磨、水泥磨等的运行监控画面和运行参数，重点监控重点工序及设备的运行状态。

3 能源管理系统

3.1 能源实绩分析管理

主要对能源生产运行的实绩数据各个车间投入、产出的数据按班维护，包括：投入的物料（电、煤、石灰石、砂岩等原材料）、运行时间、有效运行时间、故障时间、停车次数等进行统计，最后进行统一分析处理。

3.2 能源绩效管理

对不同时期的产品单耗可按介质、工序、重点用能设备进行查询、比较，通过表格、图表等方式进行显示。实现公司、分公司级各工序的电耗、煤耗、综合电耗、综合能耗综合分布统计分析。

3.3 能效对标管理

以企业制定的对标基准值、目标值、标杆值为基础，指标分为工序能耗指标、综合能耗指标、可比能耗指标（此项指标用于与国家能耗限额标准进行对标使用），结合每月系统计算出来的各类能耗情况，逐月生成能效对标结果表。

3.4 生产日报表功能

能源数据采集并生成生产日报表，包括生产综合日报、能源单耗日报、能源以及原材料消耗对比报表。

4 能效分析系统

能效分析系统是企业在日常生产过程中最直接产生节能效益的系统，对监测到的用能过程形成能耗K线图，通过综合分析设备的电耗、功率、效率和负载等参数进行综合分析，结合环境条件、运行方法和操作行为寻找和挖掘节能空间。

我公司通过使用能效分析系统开展日常耗能分析，发现了诸多经典节能案列，有些案例颠覆了常规惯性思维，比如开两台比开一台省电，以前我们认为不论是否改了变频，开一台一定会比两台要省电，但事实证明如果采用了变频方式，运行功率与设定的转速为三次方关系，即运行功率=额定功率*（转速/50 ）3。当给定转速降低时，运行功率成倍数降低。同时，并不是所有的变频都是节电的，当转速到40赫兹以上时，由于变频器本身还要消耗一定的电，就不如拆除变频器换为工频控制。同时各车间以开展能效分析为契机以点带面推动各个环节采取措施实现节能降耗，如空压机，各分公司在关注空压机运行效率的同时，也加强了对输送管道漏气等的管理，有利于带动各个环节实现精细化管理，使用该系统进行能效分析以来，在管控系统合理用能方面发挥了重要作用，为企业带来了可观的节能效益。

4.1 余热冷却塔风机节电分析

下图中粉红色曲线为4#冷却塔风机，绿色曲线为2#冷却塔风机，黑色曲线为3#冷却塔风机，紫色曲线为1#冷却塔风机。生产中，冷却塔风机主要通过增加风机转速和开停数量来保持循环水温在一定范围内，冷却塔风机共有四台，都为110KW变频控制。以前常规操作思路如图三：夜班气温低时，冷却风机开两台，高频率运行，白班气温高时开三台，低频率运行。有了能效分析监控系统后，发现开三台风机用电量比开两台低7kwh/10min：白天冷却风机运行电量6kwh/10min×3台=18KWh/10min，而夜间12.5kwh/10min×2台=25KWh/10min，从而验证了：运行功率P=额定功率P×（变频转速R÷50）3的节电原理。为最大化利用变频原理和现有设备。调整后操作思路详见图四：夜班运行三台，白班运行四台，节电效果如下：3.6×3=10.8KWh/10min，白天为2.4×4=9.6KWh/10min，一天中冷却风机3台4台各开12小时，每天可节省（25-10.8）×6×12+（18-9.6）×6×12=1627.2KWh。一年按照运行300天计算可节电48.8万kwh。

图三：调整前风机运行状态

图四：调整后风机运行状态

4.2 废气风机节电

下图五为生料磨系统循环风机（橘色曲线）和废气风机（绿色曲线）用电量曲线，红色曲线为台时产量。紫色虚线和黑色虚线为比较线，循环风机为定频风机，废气风机为变频风机，通过能效分析曲线发现，循环风机效率低下（定频占额定功率78%），根据节能原理，定频的在80%以下运行为不经济运行方式，变频的在80%以上运行为不经济运行方式，本系统结合两个风机的控制方式操作上开大了增湿塔出口阀门，适当的调大了循环风机阀门（定频），降低了废气排风机（变频）转速，通过两风机用风匹配调整，使高温风机出口调整前后负压以及磨机台时产量维持在不变的情况下，废气处理风机电量由之前150 KWh/10 min降为130KWh/10 min，降了20KWh/10 min，循环风机电量在130KWh/10 min左右没有明显变化。通过计算每天可节电20×6×24=2880KWh，每年按运行300天计算，那么节省电量为2880×300=86.4万 KWh。

图五： 风机调整前后对比

4.3 判断检维修时间

下图六、图七为1#窑头收尘风机运行图，蓝色曲线为熟料产量，红色为收尘风机电量，黑色和绿色分别为熟料产量和风机电量的比较线。图中显示在产量基本相同时，风机电量不同。图十为检修前窑头收尘风机耗电，在检修期间对余热窑头锅炉积料、结皮进行了清理，换热器管道进行了冲洗,降低了系统阻力，图十一为检修后运行电量。节电量计算：检修前后同比降低7kwh,日节电量1008度，按照窑年300天运转时间计算，年可节电量为1008×300=30.24万度。由此通过耗电量曲线既可以判段最佳检维修时间，节约用电量。

图六： 清理结皮积料前用电

图七：清理结皮积料后用电

4.4 监视空压机做功

下图八为一线二线空压机供气系统4月27日到5月3日的能耗情况，红色曲线为二线5#空压机，黄色曲线为二线3#空压机；蓝色曲线为二线4#空压机，桃红色曲线一线4#空压机，黑色曲线为一线1#空压机。 一线窑系统和二线窑系统为并联用气，空压机的做功取决于空压站压力的高低，在压缩空气压力降低到空压机的设定下限值时，便自动加载做功，在达到设定上限值时，便开始卸载。 熟料线空压机功率都为132KW，通过对熟料线空压机能耗监控曲线可以看出，二线4#空压机运行效率低，长期不加载，存在空转现象。根据9台空压机csv曲线运行情况，通过反复尝试调整空压机出口压力下限，重点对二线4#空压机加载情况摸索监控。下图十四为一线二线空压机供气系统7月13日到7月19日的能耗情况，红色曲线为二线5#空压机，黄色曲线为二线3#空压机，蓝色曲线为二线4#空压机，紫色曲线一线4#空压机，黑色曲线为一线1#空压机。通过能耗监控曲线可以看出，通过对空压机出口设定压力调整后，最终二线4#空压机及各空压机效率提高，做功理想，在开两条熟料时，空压机由之前5台改为4台运行，也能满足生产。拿调整前5台空压机总功率和调整后4台总功率相比，负荷下降8KWh/10min，每天可节省电耗8×6×24=1152KWh，年运行300天可实现节电量为1152×300=34.56万度。

图八：调整前空压机做功

5 结论

《中国制造2025》中提出的五大工程，其中之一为智能制造工程，要求依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域智能工厂&数字化车间。一个企业的能耗水平与生产工艺过程控制、原燃材料品质、企业管理水平等息息相关，同时水泥生产成本构成中50-60%为能源成本，因此，能源管理系统的建设就显得尤为重要，可以说工厂智能化离不开能源利用系统的智能化。