依托技術(shù)進(jìn)步-提升企業(yè)節(jié)能增效管理水平

依托技術(shù)進(jìn)步 提升企業(yè)節(jié)能增效管理水平 熊運貴 劉學(xué)平（北京新北水水泥有限責(zé)任公司，北京貝之瑞系統(tǒng)控制技術(shù)有限公司，北京 ） 摘 要：建設(shè)能效管理系統(tǒng)（EEMS），實現(xiàn)對水泥企業(yè)生產(chǎn)用能過程的全面監(jiān)測、分析和評估，通過對能源消耗過程信息化、可視化管理，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)工藝用能過程，科學(xué)、合理地制定企業(yè)能耗考核標(biāo)準(zhǔn)和考核體系，有效降低企業(yè)生產(chǎn)能耗，全面提升企業(yè)能效管理水平。關(guān)鍵詞：能效管理；節(jié)能增效；能效對標(biāo)1 引言 12隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大和能源價格的節(jié)節(jié)攀升，企業(yè)用能成本的增加和實現(xiàn)節(jié)能增效的目標(biāo)壓力越來越大。北京新北水水泥有限責(zé)任公司擁有國內(nèi)首條“城市污泥無害化處置線”，在可處置北京市近20萬噸工業(yè)廢棄物的同時，年產(chǎn)高標(biāo)水泥200萬噸。生產(chǎn)線主機(jī)設(shè)備以國產(chǎn)為主，關(guān)鍵部件由國外引進(jìn)，生產(chǎn)控制引進(jìn)ABB公司DCS系統(tǒng)。2009年電費成本達(dá)到1億2千萬元。 據(jù)國外統(tǒng)計資料：工業(yè)企業(yè)每年8%能源損耗源于沒有能源監(jiān)測及維護(hù)計劃，工業(yè)企業(yè)每年12%的能源損耗源于沒有能源管理及控制系統(tǒng)。如果單純靠對設(shè)備和工藝進(jìn)一步節(jié)能改造，不但投入費用很高，且能達(dá)到的節(jié)能空間也越來越小。通過近年來開展節(jié)能工作實踐，我們逐步認(rèn)識到企業(yè)節(jié)能工作是一項系統(tǒng)化工程，需要通過技術(shù)進(jìn)步、通過現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和分布式控制技術(shù)，建立完善的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測、管理體系，實現(xiàn)能源消耗動態(tài)過程的信息化、可視化、可控化。依靠智能化、信息化系統(tǒng)提供的能耗數(shù)據(jù)和節(jié)能信息，通過調(diào)整、優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合實施企業(yè)能效對標(biāo)、考核，對企業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗的結(jié)構(gòu)、過程及要素進(jìn)行管理、控制和優(yōu)化，用科學(xué)管理手段全面提升企業(yè)能源管理水平，有效降低企業(yè)能源損耗。2 企業(yè)深入開展能效對標(biāo)面臨的問題 開展能效水平對標(biāo)工作是挖掘企業(yè)節(jié)能潛力的有效途徑。企業(yè)將自己生產(chǎn)能效水平與國際、國內(nèi)同行業(yè)以及自身的最佳能效指標(biāo)進(jìn)行對比分析，摸清企業(yè)用能狀況和能源利用水平，查找生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中能源利用存在的問題和薄弱環(huán)節(jié)，以采取相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)和管理措施提高能源使用效率。企業(yè)的節(jié)能潛力可根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗，對比國內(nèi)外同行業(yè)先進(jìn)能耗水平、本企業(yè)歷史先進(jìn)水平、基本能耗定額指標(biāo)來全面分析用能單元節(jié)能潛力。摸清節(jié)能潛力的關(guān)鍵問題是：企業(yè)需要掌握在整個生產(chǎn)過程中各個用能環(huán)節(jié)的能源使用情況和能耗數(shù)據(jù)，研究、分析哪些是合理使用，哪些是不合理使用，哪些損失是必要的，哪些損失是不必要的，找出企業(yè)用能方式和結(jié)構(gòu)中的問題、以及設(shè)備和管理中的薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)科學(xué)管理，有針對性地采用新工藝、新技術(shù)、新材料等手段降低產(chǎn)品綜合能耗。企業(yè)在深入開展能效對標(biāo)工作中面臨的問題是： 2.1 能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計方式盡管生產(chǎn)線引進(jìn)了先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)，但生產(chǎn)過程中的能耗數(shù)據(jù)依然需要通過人工方式定時抄錄、統(tǒng)計和計算，由于人工統(tǒng)計、管理的局限性，數(shù)據(jù)統(tǒng)計范圍和數(shù)量有限，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性難以保證，同時數(shù)據(jù)時效性差，主要能耗指標(biāo)數(shù)據(jù)以月報、季報、年報的形式進(jìn)行統(tǒng)計，不能滿足開展全員對標(biāo)考核的精細(xì)化數(shù)據(jù)要求，不能充分調(diào)動全體員工參與能效對標(biāo)、考核工作的積極性。2.2 缺乏信息化、可視化能效管理工具能效管理系統(tǒng)通過局域網(wǎng)實現(xiàn)信息共享，企業(yè)從管理者到一線生產(chǎn)班組人員，都可以按照各自的權(quán)限，直觀地從計算機(jī)屏幕上看到當(dāng)前各項能耗數(shù)據(jù)變化，一旦這些數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動和異常，系統(tǒng)會及時提示操作人員有針對性地做出調(diào)整。另外，系統(tǒng)把影響能耗的各種條件和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以便讓操作人員根據(jù)這些最優(yōu)的指標(biāo)對設(shè)備進(jìn)行操控。信息化技術(shù)不僅能實現(xiàn)企業(yè)、工序、車間、班組各項能耗數(shù)據(jù)的自動統(tǒng)計、管理，同時能實現(xiàn)生產(chǎn)能耗過程的可視化管理，可視化效果讓使用者感受到屏幕上動態(tài)變化的能耗數(shù)據(jù)、曲線和自己的工作緊密相關(guān)，而不僅是企業(yè)管理者每月要求的呆板的統(tǒng)計數(shù)字。有了能效對標(biāo)信息化工具，企業(yè)能效管理、考核部門把每一個品種的產(chǎn)量、質(zhì)量與能耗掛鉤，與部門和個人經(jīng)濟(jì)利益掛鉤，能耗不達(dá)標(biāo)，將直接影響考核結(jié)果，充分調(diào)動企業(yè)員工參與能效對標(biāo)管理的責(zé)任心和積極性，讓員工認(rèn)識到能效對標(biāo)工作不僅是管理層的事情，更是全體員工的事情。3 能效管理系統(tǒng)架構(gòu)及工作原理基于上述分析和理由，北京新北水水泥有限責(zé)任公司從2009年開始建立能效管理系統(tǒng)（技術(shù)來源：北京貝之瑞系統(tǒng)控制技術(shù)有限公司），項目第一階段主要對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)電能效數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測，并以此為基礎(chǔ)首先開展電能效分析、評估和管理。圖1 能效管理系統(tǒng)架構(gòu)圖能效管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，采用分層、分布式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，整個系統(tǒng)分為三層：3.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層采集分布在各分廠、車間、工藝流程子系統(tǒng)、重要用能設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)和工作參數(shù)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器是帶有數(shù)字通信接口的智能變送器、智能電表；產(chǎn)量、投料量、原料、庫存量等數(shù)據(jù)取自現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)接口，也可以采用人工錄入的方式。3.2 數(shù)據(jù)通信、管理層數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過多路串口通信卡在線連續(xù)采集生產(chǎn)現(xiàn)場能耗數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)解析處理后，通過數(shù)據(jù)總線和以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)傳輸采用RS-485總線和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸。3.3 系統(tǒng)管理層系統(tǒng)管理層由Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、用戶工作站等組成。系統(tǒng)具備能效數(shù)據(jù)分析、電氣系統(tǒng)一次接線圖模擬顯示、生產(chǎn)工藝流程圖顯示、各種統(tǒng)計圖表、曲線顯示等。能耗數(shù)據(jù)可根據(jù)換算公式進(jìn)行折算，按能源類型進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計，統(tǒng)一管理、保存，可隨時按類別和時間進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和調(diào)用。 完成數(shù)據(jù)采集、校驗、分析、處理、輸出、系統(tǒng)維護(hù)、使用權(quán)限分級控制等；并可將現(xiàn)場運行的重要數(shù)據(jù)、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。4 系統(tǒng)功能及應(yīng)用4.1企業(yè)能效管理信息化、可視化圖2 生料系統(tǒng)生產(chǎn)工序單耗監(jiān)測如圖2所示，能效管理系統(tǒng)在線監(jiān)測各生產(chǎn)工序和重要用能設(shè)備的動態(tài)能耗數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與相對應(yīng)的設(shè)備、車間、班組生產(chǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合。用戶化界面便于運行和管理人員了解和掌握生產(chǎn)環(huán)節(jié)和重點設(shè)備的實時能耗狀況、單位能耗數(shù)據(jù)、能耗變化趨勢和實時運行參數(shù)等信息。圖3 生產(chǎn)能耗統(tǒng)計圖系統(tǒng)可生成多種用電及能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖形、曲線和報表，如以日、周、月、年為周期的電能消耗統(tǒng)計報表及生產(chǎn)單耗統(tǒng)計報表；以“企業(yè)生產(chǎn)線（車間）重點能耗設(shè)備”三級用能單位的能耗統(tǒng)計報表，提供包括能源消耗結(jié)構(gòu)分析和能源消耗成本分?jǐn)偂⒃u估關(guān)聯(lián)影響等分析報表，如圖3所示。企業(yè)管理人員可以通過計算機(jī)隨時了解生產(chǎn)能效綜合統(tǒng)計數(shù)據(jù)和變化趨勢，比如某日能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示較上一個工作日有所上升或超標(biāo)，管理部門將及時召開專項工作會議，查找能耗增大或超標(biāo)原因。4.2能效對標(biāo)、考核、管理數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)提供企業(yè)綜合能耗/能效數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表，圖形界面包括企業(yè)宏觀的能耗數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，快捷、直觀反映企業(yè)、生產(chǎn)車間、班組和重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實時和歷史能耗/能效數(shù)據(jù)。圖4 能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表根據(jù)水泥企業(yè)能效對標(biāo)指南要求，結(jié)合系統(tǒng)提供的能效對標(biāo)工具可以直接將當(dāng)前生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)與國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)自定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，從而對生產(chǎn)、管理、工藝及時進(jìn)行指導(dǎo)和調(diào)整。圖5 水泥磨單耗監(jiān)測及對標(biāo)曲線4.3歷史能耗數(shù)據(jù)對比、分析工具系統(tǒng)具有強(qiáng)大的歷史能耗數(shù)據(jù)追溯和分析功能，企業(yè)能效管理及生產(chǎn)工藝分析人員可按不同需要靈活設(shè)置工作點參數(shù)，在不同時段下生成各種能耗數(shù)據(jù)報表與能耗曲線：如設(shè)備單耗、生產(chǎn)線和班組單耗等，用多種方法對主要能耗設(shè)備和生產(chǎn)線的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和追溯，并可對多種參量的變化趨勢進(jìn)行疊加、對比、分析，以便發(fā)現(xiàn)能源消耗結(jié)構(gòu)和過程中存在的深層次問題，從而對企業(yè)能源消耗結(jié)構(gòu)和方式的改進(jìn)、優(yōu)化提出方案和建議。能效分析專業(yè)人員定期分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)并寫出書面報告，技術(shù)部門將情況匯總后提交每月一次的能源工作會議。圖6 水泥磨能耗數(shù)據(jù)對比、分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)通過對海量數(shù)據(jù)的分析、濾除，自動篩選出統(tǒng)計區(qū)間內(nèi)的最大值、最小值、異常值、相關(guān)聯(lián)的參數(shù)以及發(fā)生的時間等，幫助用戶查找和分析能源管理和使用效率中存在的問題。4.4設(shè)備經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)在線監(jiān)測、分析系統(tǒng)可在線監(jiān)測主要用電設(shè)備，如大型電機(jī)、電力變壓器的經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)，雖然計算公式和程序的處理較為復(fù)雜，但運行人員在屏幕上直觀看到的是設(shè)備處于經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)、允許運行狀態(tài)和非經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)模擬圖示結(jié)果，如圖7所示。 圖7 電機(jī)運行狀態(tài)在線監(jiān)測另外，系統(tǒng)對生產(chǎn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)的主要設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測，以便生產(chǎn)運行人員及時發(fā)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的變化和異常，通過調(diào)整工藝、操作和檢修，使設(shè)備能耗保持在合理的水平。圖8 生產(chǎn)設(shè)備能耗實時監(jiān)測圖9 生料系統(tǒng)各設(shè)備能耗曲線（舉例：如依據(jù)系統(tǒng)單耗變化信息，及時調(diào)整設(shè)備運行參數(shù)、運行方式、維護(hù)保養(yǎng)等，使設(shè)備工作在經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)。） 5 需進(jìn)一步完善的工作 在目前系統(tǒng)投運并取得一定成效和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，下一步需改進(jìn)、完善的工作有：5.1完善能耗數(shù)據(jù)計量、監(jiān)測點按照GB16780-2007水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額以及工業(yè)和信息化部關(guān)于水泥企業(yè)建設(shè)能源管理系統(tǒng)指導(dǎo)意見的要求，增加能耗數(shù)據(jù)、產(chǎn)量、投料量、原料、輔料計量點，以覆蓋“企業(yè)生產(chǎn)線（車間）重點用能設(shè)備”三級計量體系以及開展全員能效對標(biāo)考核的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求。5.2增加煤耗、熱效率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與評估功能除電能消耗外，水泥生產(chǎn)中熱耗占很大比重，因此熟料綜合煤耗、水泥綜合煤耗、以及系統(tǒng)熱效率等，也是衡量水泥生產(chǎn)綜合能效的重要指標(biāo)。對相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，比如：預(yù)熱器/預(yù)分解系統(tǒng)、窯系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、余熱發(fā)電的熱能利用效率數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測和統(tǒng)計，對熱能效影響因素進(jìn)行分析，以完善能效管理系統(tǒng)功能，進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力，實現(xiàn)對電耗、煤耗、熱耗及能源效率的科學(xué)管理。6 結(jié)語能效管理系統(tǒng)投入運行后，企業(yè)主要領(lǐng)導(dǎo)用計算機(jī)查看每日生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)成為重要的工作內(nèi)容，同時各生產(chǎn)、運行、管理部門人員通過企業(yè)局域網(wǎng)都能實時監(jiān)測生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)的變化，為企業(yè)用信息化管理實現(xiàn)節(jié)能降耗提供了有效的手段。系統(tǒng)運行一年多來，通過系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)調(diào)整、優(yōu)化生產(chǎn)工藝和運行方式，保守測算年節(jié)約電費成本達(dá)3%。 通過建設(shè)能效管理系統(tǒng)和開展全員能效對標(biāo)、考核工作實踐，使我們認(rèn)識到節(jié)能工作不僅是對某個設(shè)備和工藝的改造，而是包括科學(xué)管理在內(nèi)的對企業(yè)全系統(tǒng)用能過程的優(yōu)化。通過技術(shù)進(jìn)步，采用信