造紙企業(yè)能源管理中心建設(shè)實(shí)踐

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摘要:某造紙企業(yè)進(jìn)行工業(yè)智能化升級(jí)改造，籌建能源管理中心，既能達(dá)到政府部門(mén)要求能源在線(xiàn)監(jiān)測(cè)所需的功能和目的，又能滿(mǎn)足自身工藝管理需求和自備電廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)作需求。實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與政府平臺(tái)穩(wěn)定傳輸，同時(shí)利用整合后的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)有用的價(jià)值數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)節(jié)能增效。

關(guān)鍵詞:能源管理中心;問(wèn)題與數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘;案例與效益

1建設(shè)背景

永豐余造紙(揚(yáng)州)有限公司為了實(shí)現(xiàn)自身高質(zhì)量發(fā)展，需要對(duì)設(shè)備和工藝進(jìn)行工業(yè)智能化升級(jí)改造，以滿(mǎn)足自身造紙工藝和能源管理運(yùn)作需求;同時(shí)實(shí)現(xiàn)公司能耗數(shù)據(jù)在線(xiàn)與政府平臺(tái)的穩(wěn)定傳輸。公司能源管理中心建設(shè)的創(chuàng)新點(diǎn)在于:能源在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的所有功能均能滿(mǎn)足規(guī)范要求［1］，同時(shí)又符合公司多年來(lái)運(yùn)作習(xí)慣需求，能夠?qū)崿F(xiàn)新的智能化監(jiān)測(cè)、智能化能耗分析與優(yōu)化方案的解決。

2建設(shè)目的和設(shè)計(jì)原則

公司主要消耗的能源有煤炭、電力和蒸汽(熱力)等，建設(shè)能源管理中心的目的是將各種能源消耗的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)搭建工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，整合原有的SCADA、PLC、DCS和ERP等工業(yè)系統(tǒng)，將各系統(tǒng)上數(shù)據(jù)傳輸至新建的能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器中進(jìn)行處理。從而規(guī)避人為抄表誤差，降耗提效，減緩設(shè)備老化速度，利用系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值，并通過(guò)優(yōu)化、改造和管理等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)節(jié)能增效。能源管理系統(tǒng)建設(shè)的設(shè)計(jì)原則要求如下:整體性、先進(jìn)性、前瞻性、穩(wěn)定性、可操作性、完整性、可查詢(xún)性、易維護(hù)性、數(shù)據(jù)安全性和成本控制等。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能分析

3．1系統(tǒng)功能總要求

1)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能:將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至揚(yáng)州市級(jí)能源在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái);2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能源質(zhì)量和效率，對(duì)能耗和運(yùn)行參數(shù)異常能夠自動(dòng)報(bào)警和追溯;3)能夠?qū)崿F(xiàn)各生產(chǎn)車(chē)間、生產(chǎn)線(xiàn)、重要工序、重點(diǎn)耗能設(shè)備和班組的能耗統(tǒng)計(jì)與對(duì)標(biāo)分析，挖掘節(jié)能潛力;4)能夠?qū)χ攸c(diǎn)耗能設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)管理;5)能夠?qū)崿F(xiàn)能耗精確統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)抄表和填報(bào)報(bào)表。能源8大分類(lèi)管理見(jiàn)圖1。

3．2系統(tǒng)遵循標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須符合MESA規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)及公司內(nèi)部各相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范的要求。

3．3系統(tǒng)建設(shè)路線(xiàn)與設(shè)計(jì)

能源管理系統(tǒng)框架如圖2所示。

4項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題

公司部分三級(jí)以下計(jì)量器具沒(méi)有安裝到位，導(dǎo)致在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不具備數(shù)據(jù)傳輸功能。因此，必需通過(guò)加裝能源計(jì)量器具，加裝Lora遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)傳輸終端，才能直接將測(cè)試能源數(shù)據(jù)傳輸給原DCS系統(tǒng)或能源管理中心的采集服務(wù)器。數(shù)據(jù)傳輸終端參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。SCADA系統(tǒng)對(duì)接程序自身程序不能夠高頻次和多數(shù)據(jù)讀取，通過(guò)將原有使用的USB轉(zhuǎn)串口更換為熱電前置機(jī)自帶串口直接對(duì)接傳輸，系統(tǒng)才能夠恢復(fù)穩(wěn)定傳輸。將原本采用數(shù)據(jù)變位上送，更改為定時(shí)上送，使通訊通道更加穩(wěn)定。改善后能夠穩(wěn)定對(duì)接傳輸，SCADA數(shù)據(jù)對(duì)接表見(jiàn)表2。公司IT人員通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)發(fā)現(xiàn):能源管理系統(tǒng)平臺(tái)每天08:05、16:05和0:05這3個(gè)時(shí)間點(diǎn)，由于少量紙卷在復(fù)卷機(jī)上還沒(méi)有稱(chēng)重，而生管系統(tǒng)平臺(tái)紙卷重量輸出值顯示為0。原因是能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取時(shí)間太早，數(shù)據(jù)還沒(méi)有來(lái)得及處理。解決的方法是將能源管理系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)抓取時(shí)間分別推遲8h，也就是改為每天16:05、0:05、08:05這3個(gè)時(shí)間點(diǎn)讀取。改善后能源管理系統(tǒng)產(chǎn)量數(shù)據(jù)與原ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)完全一致。通過(guò)人工數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)比對(duì)，找出對(duì)接計(jì)量器具存在選型錯(cuò)誤、接口錯(cuò)誤、線(xiàn)路虛接、PT和CT二次儀表內(nèi)部參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤、程序內(nèi)部計(jì)算公式錯(cuò)誤、熱力的溫度壓力補(bǔ)償錯(cuò)誤和產(chǎn)能邏輯關(guān)系錯(cuò)誤等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)一對(duì)一進(jìn)行修正后恢復(fù)正常。通過(guò)2個(gè)月的觀察及不斷修正和完善，能源管理中心能源數(shù)據(jù)按照規(guī)范和要求與揚(yáng)州市能源在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定對(duì)接。

5測(cè)試數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘

空壓機(jī)的型式與廠(chǎng)商不同，其設(shè)定的最佳壓力值和控制的方式都會(huì)有所不同。造紙企業(yè)采用最多的還是是離心式和螺桿式空壓機(jī)。在傳統(tǒng)空壓系統(tǒng)中，空壓機(jī)由其內(nèi)部的壓力傳感器監(jiān)控，這些傳感器壓力參數(shù)設(shè)置后，便于多臺(tái)空壓機(jī)能隨著壓力的降低而一臺(tái)臺(tái)開(kāi)啟，形成壓力階梯控制。為了確保最大壓縮空氣消耗量時(shí)的壓力能達(dá)到最低的壓力水平，習(xí)慣的做法是將空壓機(jī)維持在較高的壓力水平，以避免生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)因欠壓而跳機(jī)問(wèn)題。但不必要的較高壓力會(huì)造成能源的浪費(fèi)，其表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一是空壓機(jī)需要在高壓的情況下運(yùn)作，消耗的電量更多;二是當(dāng)管網(wǎng)空氣壓力較高時(shí)，所有用氣設(shè)備就會(huì)使用更多的壓縮空氣。如:如果所需的壓力為0．6MPa，而系統(tǒng)平均壓力需保持在0．65MPa，那么多余的0．05MPa壓力就需要增加5%～10%的能耗。如何達(dá)到數(shù)據(jù)價(jià)值化，就需要跨界集成，協(xié)同創(chuàng)新:通過(guò)集成螺桿式空壓機(jī)的加載/卸載命令控制，通過(guò)變頻和離心式壓縮機(jī)內(nèi)部壓力設(shè)定控制，經(jīng)過(guò)集成優(yōu)化控制后，壓縮機(jī)僅輸出實(shí)際所需的壓力和空氣量，系統(tǒng)壓力始終保持穩(wěn)定。公司壓縮機(jī)的總功率為1770kW，輸出所需的空氣量為242m3/min，通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化后，系統(tǒng)壓力由0．65MPa降為0．6MPa穩(wěn)定運(yùn)行，其節(jié)能量計(jì)算見(jiàn)表3。由此得出:舊的習(xí)慣、思維和信息閉鎖等一旦被打破，各系統(tǒng)運(yùn)作才會(huì)流通順暢;創(chuàng)新工作來(lái)自于日常節(jié)能技術(shù)的整合;改善一點(diǎn)點(diǎn)，就可以獲得較大成效。從表3可知，降低壓縮空氣系統(tǒng)壓力0．05MPa，壓縮機(jī)本體能耗可下降3%，空氣管網(wǎng)消耗功率下降5．8%;按照公司自發(fā)電力成本電價(jià)0．30元/kW計(jì)算，年節(jié)能收益達(dá)27．14萬(wàn)元。

6項(xiàng)目實(shí)施效果

利用信息和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了將實(shí)時(shí)收集單位能耗數(shù)據(jù)和可視數(shù)據(jù)分析結(jié)果穩(wěn)定傳輸至揚(yáng)州市能源在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。同時(shí)公司自身能根據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常狀況，及時(shí)優(yōu)化設(shè)備不合理的參數(shù)，及時(shí)消缺與優(yōu)化，降低能耗。另外還可以根據(jù)告警追溯，提升穩(wěn)定電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電力消耗，促進(jìn)造紙企業(yè)節(jié)能降耗工作順利開(kāi)展，提升造紙業(yè)智能制造的水平，從而實(shí)現(xiàn)造紙企業(yè)綠色化發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

［1］趙寧，李繼庚，吳波，等．造紙企業(yè)能量系統(tǒng)優(yōu)化信息平臺(tái)數(shù)據(jù)交互機(jī)制設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［J］．中華紙業(yè)，2010，31(24):12－16．

［2］李繼庚，劉煥彬，洪蒙納，等．中國(guó)造紙工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)路徑的探討與實(shí)踐［J］．中國(guó)造紙，2020，39(8):1－13．

作者：何東發(fā) 單位：永豐余造紙( 揚(yáng)州) 有限公司