1、水泥行業能源管理系統技術方案北京華控自動化系統有限責任公司一、水泥行業能源現狀水泥行業是高能耗產業，水泥行業的能源消耗約占世界能源消耗總量的2%。水泥生產企業最大的挑戰是能源消耗（熱能和電能消耗），約占水泥生產企業成本的40-70%。而國內的水泥生產能源消耗約占全國能源消耗總量的7%，水泥生產總能耗中，熟料生產約占70-80%。在過去的10年中，水泥綜合能耗約下降12.6%，但是綜合電耗下降水平不大，主要原因是水泥行業自動控制水平有了很大的提高，同時也說明了水泥行業的節能潛力巨大。水泥廠典型能源消耗圖對一個水泥生產企業而言，管控好每一個生產環節的能源消耗非常重要。能源管理系統可以實時監測出不符

2、合基準值的能源消耗并及時協助您做出調整和優化。把提高能源效率和可持續發展作為機遇來降低成本和提高生產力，使經濟和生態環境的和諧發展就成為一件非常有意義的事情。優化能源使用并減少相關成本的能源管理辦法包括：² 實時監測能源消耗并用不同的形式展現（能源消耗報表、柱狀圖、餅狀圖）² 比較不同工廠、不同產線、和不同負載的能源消耗和成本，找到需要優化的環節² 水泥行業能耗對標分析² 使用替代能源，如余熱發電等² 制定能源消耗目標和能源使用計劃，改善和加強能源管理² 完善重點能耗設備監測及管理目前大多數水泥廠還缺少一個統一的能源綜合管理平臺，即集

3、生產調度與能源調度于一體的平臺，及能夠反應具體能效水平的能耗指標體系。能耗指標體系包括覆蓋各種能源使用情況的諸多指標：如能夠反映全廠能效水平的可比熱耗、可比電耗、單位水泥電耗，單位熟料電耗，單位熟料熱耗，WHR發電量，單位熟料WHR發電量，CO2排放量，減少CO2排放量等；如能夠反映各車間能效水平的單位產量生料磨用電，單位產量水泥磨用電等；如能夠反映班組能效水平的各班單位產量電耗等。各個指標應該基于實時的能耗數據進行計算，并通過專門的能源管理系統發布，使每天、每班組、甚至每小時能效指標的具體數值可視化。其次，各系統的數據信息量偏少，功能設計相對簡單。各配電室的電能表計，數據還不完善，比如對電能

4、質量的監測，需要改造和補充，實現電能到工序級、重點耗能設備級的計量。現存的系統可擴充性和集團管理方面的功能要求尚未空缺。為了企業的發展，為了能源合理運用，必須建立能源管理優化系統。² 可持續發展的需要² 提高能源利用效率的需要² 提高管理水平的需要² 節能減排的需要二、用能現狀典型水泥企業主要消耗能源為：原煤、電力，還有少量柴油。原煤主要用于熟料燒成系統；電力用于原料破碎與輸送、生料粉磨、煤粉制備、熟料煅燒、水泥粉磨、水泥包裝、產品出廠等各工序；柴油用于燒成系統點火升溫、礦山鏟裝設備及其他工程機械等。根據大多數水泥企業能源消耗狀況的分析，典型水泥企業電力

5、消耗占綜合能源消耗量5.90%，原煤消耗占綜合能源消耗量93.61%，燃料油消耗占綜合能源消耗量0.49%。加強用電、煤的管理和使用，是水泥企業節能管理工作的重要內容。3、 能源管理現狀l 生產用煤、用油數據全部進入DCS系統多數水泥企業通過健全的DCS自動控制系統對每個生產工序過程進行實時監測和控制，已達到對各生產工序的用能進行監測和控制的目的。如通過對回轉窯煅燒系統的運行參數進行監測、分析，以達到合理利用煤粉，降低煤粉的噸熟料消耗量；并合理調整煤炭能源購入和庫存管理，有效減少能源購入資金占有，降低成本起到積極作用。l 原料數據多數水泥企業的石灰石原料及原煤的計量數據均以接入DCS系統，可以

6、滿足生產控制系統和能源管理系統的使用需求。l 電能計量多數水泥企業總降電力室有一套一次變檢測系統，實現對總降的電源進線的電能工況及各電力室母線進線的電能工況進行監測。相當一部分水泥企業在生產線各電力室層面和重點用能設備層面缺少一套完善的電能采集系統，多數情況下是對特別受關注的重點耗能設備的電能消耗采用定時人工抄表的方式對班次或日用電量的數據進行人工采集和手動計算的方式來進行計量。這種計量方式存在計量數據不準確、人為誤差較大等問題，對能源的管控沒有太大的實際意義。4、 能源管理系統方案華控自動化基于多年能源管理系統實施經驗和對水泥行業能源管理系統的實施經驗制定能源管理系統的方案架構。4.1能源數

7、據采集與監控子系統能源數據采集與監控子系統可對水泥生產企業的工藝設備、能源設備、能源介質和物料數據進行監視，實現對工藝過程數據和生產設備狀態數據、能源介質的發生量與耗用量的數據進行采集、顯示和報警，對系統異常和事故進行應急處理等。該系統已在多個行業和多家國內著名企業的生產和能源管理系統進行了大量的應用,并定制開發出符合各行業規范的HMI畫面。包括：圖形化監控界面：能源數據監控、生產過程監控、關鍵生產設備監控、關鍵工藝監控、能流監控等。能源趨勢：各種重要能源數據、生產數據的實時趨勢、歷史趨勢，以實現各種參數數據的直觀表達和展示。報表輸出：對各種監控數據進行匯總，并遵循系統使用人的要求以報表方式呈

8、現。監控報警：對各種重要過程數據的閥值進行設定，當該數據的實時值超出閥值范圍時，即時產生報警，可根據實時值超限的實際情況產生不同級別的報警。并可對報警的數據進行追溯，方便對報警產生的原因進行分析。4.1.1生產和能源工藝系統監視模塊能源流監視：通過對能源流的圖形化展現，實現從能源介質、生產工藝和綜合能耗三個角度實現能源流的可視化監視。以直觀、整潔的表達方式體現生產系統的能源消耗與平衡狀況。能源介質能源流：按照原煤、電能等單一能源介質的實施生產和消耗狀況，展示單一能源介質的消耗與平衡狀況。生產工序能源流：對單一生產工序的各種能源介質的實施生產和消耗狀況以直觀的圖形化方式進行展現，直觀的表達各工序

9、的能源生產與消耗狀況。全廠綜合能源流：對全廠生產過程中使用的各種能源介質和消耗狀況以直觀的圖形化方式進行展示，并通過折算為標煤的方式顯示全廠的能源消耗和平衡狀況。能源設備和生產工藝監視：能源設備監視實現生產線及各相關輔助生產環節中的能源生產和消耗系統中的能源生產、輸送、分配、轉換及使用等環節和重點能耗設備的可視化管理。總降變電所監視：實時監視高壓開關設備的使用狀況及設備運行狀態。動力系統監視：實時監視各主要能耗設備如原料磨、煤磨、窯主傳電機、排風機、篦冷機、空壓機、斗式提升機、堆取料機、余熱發電鍋爐等關鍵生產設備的運行狀態。生產工藝監視：匯總了各控制系統設備的實時生產數據，并將這些數據進行畫面

10、展示；通過對生產數據進行計算、統計后匯總到調度畫面以圖形方式展示生產工藝系統的設備運行狀態和過程數據。能源設備報警：通過報警模塊實現對各能源設備的運行參數異常、運行故障的記錄、報警和故障原因分析。4.1.2重點耗能設備監視模塊從水泥生產企業的實際生產和能源管理角度，集成關鍵設備和生產工序，如生料磨、煤磨、回轉窯、水泥磨等的運行監控畫面和運行參數，包括入磨生料量、入磨原煤量、回轉窯喂料量、回轉窯喂煤量、一二次風量、各種混合材料量、窯尾煙室溫度、窯尾煙氣溫度、回轉窯轉速、電壓、電流等運行參數，達到監控重點工序和設備的運行工況和運行效率的目的。4.1.3實時報表輸出模塊能源管理系統可以針對水泥生產企

11、業的實際需求提供專業的報表系統，主要包括生產運行相關的計劃報表、實績報表以及其他的管理類報表。4.1.4實時歷史報警模塊針對發生的報警信息，生成報警事件并做SOE記錄。包括報警的發生、確認和報警解除。同時還可以對非報警類事件進行記錄。4.1.5歷史數據存儲和查詢模塊能源管理系統運行過程中的數據會被系統自動存儲，以備查詢。歷史數據查詢方式可以是報表的方式以及歷史數據趨勢圖的方式。被存儲的數據包括能源消耗歷史數據、生產過程歷史數據、歷史事件信息、SOE信息、操作事件信息等。4.1.6運行監視診斷功能模塊運行監視診斷作為能源管理系統的自檢功能，可對網絡通信情況進行動態在線的連續監視，并對異常狀況進行

12、診斷，以保證系統能24小時不間斷正常運行。主要包括系統通訊設備連接、數據通訊接口連接、系統通訊故障等。4.1.7監控畫面設計能源數據采集與監控子系統的監控畫面主要包括以下幾種：供配電系統監控畫面：包括總降供配電監控畫面、各熟料生產線相關電力室供配電監控畫面、礦山相關電力室供配電監控畫面、碼頭相關電力室供配電監控畫面、余熱發電相關電力室供配電監控畫面以及其他廠內電力室供配電監控畫面；相對應的現實各電力室內配電柜的電壓、電流、功率因數、有功電能、無功電能等電能相關數據。4.2能源信息分析、管理子系統能源信息分析、管理子系統是在能源信息采集與監控子系統的基礎上，針對能源信息采集與監控子系統所獲取并提

13、供的能源消耗數據、關鍵工序過程數據及關鍵能耗設備運行數據，以及通過能源信息管理子系統的財務模塊及質量模塊中輸入的財務數據及質量數據；通過對以上各種數據的有效整合、分析，并結合工廠建模，對上峰水泥公司級、產線級、工序級的能源計劃、能源實績、能源成本、能源質量、能源設備以及能源分析進行綜合展示。展示的手段包括多種圖形圖表，如曲線圖、柱狀圖、餅圖等。并可以實現以下分析功能：² 對多個同類型生產線、工藝、關鍵設備的能耗數據進行比較分析。² 對同一生產線的不同工藝、關鍵設備的能耗數據進行綜合分析。² 對同一生產線、工序、關鍵設備在不同時間段的能耗數據進行比較分析。²

14、; 對同一條線不同班組產量、消耗進行對比分析4.2.1能耗模型模塊生產能耗管理包括兩部分內容：工廠模型，能源消耗管理。工廠模型建立工廠模型是能源管理系統所特有的。將工廠按照實際的工藝流程與區域劃分為不同管理層級，每個層級添加對應的管理報告點，實現每個工作中心的精細化管理。按照工廠的實際區域、工藝流程、設備構建工廠模型。按照能源的存儲、轉換、輸送、使用構建能源的利用損失模型。能耗模型建立能源消耗管理對各種能源介質的實際發生量、主要用戶使用量和主要介質放散量等數據進行采集和整理，以此來獲取生產運行的實績數據，反映介質生產和使用情況，并跟蹤主要能耗指標數據，實現能源結算、考核及能源平衡。4.2.2基

15、礎信息管理模塊系統各類不同的編碼適應統計要求，符合唯一性、合理性、可擴充性、簡單性、適用性、規范性的要求。系統初始化時將實際所有的基礎信息由人工錄入系統，具有相關查詢、修改權限的人員可對基礎信息內容進行查詢與修改。基礎信息管理結構圖4.2.3重點耗能設備信息管理模塊從水泥生產的電能消耗比例來看，主機設備的電耗之和一般占全廠總電耗的80-90%左右，因此，對主機設備進行必要的能源管理對于降低整體生產電耗是有著積極意義的。主機設備產生能耗的情況，主要分為以下五類：² 正常產量生產² 產量不足生產² 空運轉² 主機設備停止，但附屬設備依然運轉² 峰谷

16、平電價分時段運轉由此可以看出，除正常產量生產，其他幾種情形都可能會產生不必要的能源浪費，對后幾種情形的能源設備數據進行管理，可以及時查找到能源管理上的漏洞，提出必要的改進措施，提高全廠的能效水平，降低能源成本。系統考慮到水泥生產的實際電耗狀態，對水泥廠主機設備和重點耗能設備的主要管理內容如下：² 運轉率² 開停機次數、開停機時間² 設備狀態顯示（運轉、停機、故障、備妥、維修）² 總運行時間² 空運轉率² 空運轉電耗² 峰谷平分時電耗² 電能成本² 總電耗² 單位電耗² 產量不足（需設置

17、門檻值）折算電耗以上績效指標均可以使用圖表方式直觀展現出來，可以按年、月、日、班組進行統計，并可進行同環比分析等。水泥廠主機和重點耗能設備列表如下：工藝區域主機與重點耗能設備石灰石破碎石灰石破碎機原料粉磨磨主電機，循環風機廢氣處理窯尾廢氣處理風機熟料燒成高溫風機，窯主電機，窯頭廢氣風機，篦冷機冷卻風機原煤粉磨磨主電機，煤粉通風機水泥粉磨磨主電機，水泥粉磨系統通風機 4.2.4能源計劃管理模塊能源計劃管理模塊用于制定保證能源供需平衡的能源計劃。能源供需的長期計劃(靜態計劃)由全廠管理系統制定，能源管理模塊每天的日計劃是按全廠管理系統下達的次日生產計劃編制，能源平衡和調度模塊可根據計劃可選用運轉設

18、備和介質種類。能源計劃管理將對于不同工序的能源使用情況和計劃進行定義和檢查，對比計劃量統計分析實際使用量，發現計劃與實耗之間的聯系，指導更好地制定能源計劃。能源計劃與實際消耗的對比可以按照工序、時間、介質類型、單位等分別進行對比。能源計劃管理功能的實現要點和影響因素如下：能源計劃制定形式：根據能源工序計劃報表的要求，制定能源工序計劃；能源計劃計算公式：針對能源計劃中的計劃單位，分別設定計算公式，對應的計算對象應為生產計劃及能源消耗歷史數據（歷史單耗）、供能狀況、設備狀態等；能源單耗預估值影響因素：制定工序能源介質單耗的影響因素；能源工序計劃計算：根據輸入信息進行計算得出各工序的預估消耗數據；能

19、源計劃結果輸出：以圖形和報表方式輸出結果。能源計劃的執行跟蹤：結合實際能源使用情況對計劃的執行進行統計、分析，以便及時做出調整。4.2.5能源實績管理模塊能源實績管理以能源數據采集與監控子系統提供的公司、分廠、生產線、工段、班組的生料產量、熟料產量、水泥產量以及對應的能源消耗數據作為基礎，對各分廠、生產線、工序、關鍵耗能設備的實際能源消耗、回收量及各種能效和經濟就技術指標進行計算。并生成各種能源產耗報表，并提供數據和報表查詢。同時可以實現電能消耗的峰平谷統計及電費計算功能。根據水泥企業的管理層級特點，可以定制相關的能源實績展示，如公司級、生產線級綜合績效報告，內容包括公司級或產線級的產量、計劃

20、完成狀況、主機運轉率、產品單耗、綜合能耗、綜合電耗等。針對水泥產品還可以有可比電耗、可比熱耗等。幫助不同管理層第一時間了解生產狀況，發現能耗異常。實時發布各分廠、生產線、工序的產品產量、單位能耗及設備狀態等。能源實績管理的日常工作包括：² 自動采集的能源數據的人工修正，即平衡調差；² 人工抄表數據錄入；² 允許自動采集或者人工錄入產量數據；² 即時數據查詢；² 結算條目設定和計算公式設定；² 能源實績結算數據計算；² 工序能耗條目和計算公式設定；² 工序能耗結算數據計算；² 實績數據修改和確認；²

21、; 實績報表查詢和確認。4.2.6能源成本管理模塊在生產過程中，能源成本作為不可忽視的一部分成本構成日益成為企業的關注目標。一般情況下，用戶會要求在總成本、工序能源成本、單位能源成本、重點工序的高消耗能源介質的能源成本進行跟蹤計算，從而方便對應的成本管理需求。在最近幾年的項目中，越來越多的用戶要求對公司的能源進行全面的成本管理，也就是支持財務系統進行能源結算，支持管理上對能源成本構成的分析和改進。綜上而言，不難看出能源成本的管理正成為用戶日益關心的能源管理方向之一。能源成本管理模塊依據給定的公式，根據能源介質消耗量計算能源成本，并通過多種圖形化工具實現成本顯示。為了實現能源成本的對比，也可以利

22、用能源成本管理提供的成本比較功能，實現指定查詢條件下的能源成本的對比。通過出色的系統擴展能力，本解決方案可以實現與ERP、EMS等系統互聯。因此，能源價格可以從ERP或者財務系統中通過接口下達到EMS系統，也可以由用戶手動維護最新的能源價格。同時，系統通過記錄的歷史價格數據，繪制價格變化曲線，從而反映一段時期的能源價格變化。u 成本計算能源管理系統能夠計算出對應每一筆能源計量的能源成本，從而計算出特定的公司、工廠、區域、成本中心、重點設備在一段時期的能源總成本。對于生產性成本中心，在從生產管理系統獲得產量的前提下，本系統還可以計算出一段時期內的某種或者某些能源介質的單位能源成本，公司、工廠、區

23、域、成本中心、重點設備的單位能源成本等。這些成本信息都是使用最新的價格，在能源計量的對應時間粒度基礎上實現的。在此基礎上能夠進行能源成本構成分析。u 成本績效指標基于公司經營目標制定的績效指標中，能源成本績效指標往往是最具有直觀的說服力的。本系統同樣可以在任何時間粒度下計算公司、工廠、區域、成本中心、重點設備等各個級別的能源成本績效指標。能源管理系統擁有豐富的展示方式，包含表格、圖表、儀表盤、報表等。u 成本報表能源成本報表可以是用戶提出的，也可以是我們系統中固定格式的報表。報表的報告周期可以是日，也可以是月，另外還可以是日累計或者月累計等。在報表中可以插入圖標，總是形式是靈活多樣的。4.2.

24、7能源分析管理模塊 能源分析管理模塊在根據需要定義主要的能源指標和實際消耗數據基礎上，以形成分析結論，提供決策參考，如生產區域各種消耗介質月度單耗、月度消耗量等指標。對于定義的能耗指標，系統允許用戶指定其計劃值、預算值，并可以直接與累計消耗對比分析其偏差情況，同時顯示其上升和下降的趨勢。能源績效分析的展示方式有多種，系統內置了多種不同的圖形控件并支持使用第三方儀表控件對能耗情況進行顯示和分析。對于每一項能源績效參數，系統允許自定義其計算方式，可以是累計、最大最小值或平均值，也可以是用戶自定義變量的計算公式，計算周期由用戶定義的時間段進行，如日、月、年。能源實績分析根據目前組織和介質分布，將建立

25、兩種不同的分析模式，介質消耗性能分析和生產單位性能分析。介質消耗性能分析對每一種介質在不同生產單位的消耗進行統計分析，包括了日消耗統計、月消耗統計、年度消耗統計、消耗趨勢分析、消耗對比分析。生產單位的性能分析包括按照生產區的分析，如能源介質單耗分析、生產單位綜合能耗分析、計劃與實績比較分析、計劃自身比較、實績自身比較、實績同環比分析、同類設備能耗對比分析、消耗指標分析、能源指標對比分析等。對于能耗績效的分析結果，除了管理儀表盤外，系統還可以提供多種圖形化分析手段，如下圖顯示了通過綜合性的曲線和棒狀圖對多重績效參數進行的統一分析：4.2.8能源質量管理能源質量管理可以包括能源介質質量管理和能源使

26、用質量管理。能源質量管理主要分為三個步驟：制定監測點、以及相應的監測項目和監測頻次，然后由相關部門監測后上傳監測數據。數據的采集和錄入：對有在線檢測設備的質量數據進行直接采集，如電力功率因數。對其它無在線檢測設備的能源質量數據采用人工錄入的方式上傳。形成能源質量管理分析曲線和質量報表，提供數據查詢和質量預警功能，提高能源質量控制水平。.1能源介質質量管理能源介質質量管理是通過采集關鍵能耗數據，對電（用電量、用電質量）、煤（發熱量、灰分等）等采樣指標進行質量統計，并通過標準的質量圖表進行分析的能力。主要支持的質量圖表包括：² 報表² 質量變化趨勢能源介質的質量管理將為能源質量

27、報告提供數據記錄的基礎，并可以讓客戶能夠進行交互式的質量數據查詢工作。針對各類動力介質的要求，在介質質量管理中進行實時動態監測并形成報告。.2產品質量管理能源使用的質量與產品的產量和產品質量息息相關，可以從產品的產量和產品質量數據中反映出能源使用質量。因此，本系統中引入熟料生產線和水泥生產線不同階段的原料及能源介質的產品質量數據，并通過對產品質量數據的比對分析來反映出能源使用質量。針對上峰水泥，需要引入的產品質量數據包括生料檢測數據（飽和比等）、熟料檢測數據（強度）、水泥監測數據（混合材的添加量）等。4.2.9能源平衡能源平衡包括：物料平衡計算、熱量平衡計算物料平衡計算和熱量平衡計算需要結合具體的工藝流程和各工藝環節能源使用狀況進行計算。能源平衡能源的平衡管理是根據由不同層級的計量及結算儀表構成的能源網絡結構圖，建立各級數據間的平衡管理和結算體系。各級間的平衡差量，可自動分配，也可經過授權的用戶進行修改，并保存修改記錄。確保實現能源效率分析和能源成本的精細化管理。能源平衡報表是能源管理日常工作