水泥厂能源现状及应对的能源管理系统

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、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。