金属行业能源管理中心的主要功能优化

6.2.2.1 建设内容和预期功能

1)通用建设内容

(1)能源计量系统。对重点用能设备加装或改造能源计量器具,完善企业一级、二级、三级能源计量仪表,计量器具配备率和准确度等级达到《用能单位能源计量器具配备和管理通则》的要求。

(2)能源数据采集网络。按照企业能源管理中心建设需求,开展能源计量仪表(含原有、新增及改造仪表)现场数据采集系统适应性接入改造;基于已有自动化系统(DCS、PLC及电力综保系统等),完善现场数据采集网络和工业主干网络。

(3)能源管理调度中心。建设能源调度指挥中心的基础设施平台,主要包括控制室工程、机房工程、弱电智能化工程、视频及通信工程等。

(4)能源综合监控系统。基于实时数据库和监控图组态系统,建设能源综合监控系统,主要包括过程监控系统软硬件平台、调度中心监控软件、在线调度工具等。

(5)基础能源管理系统。基于数据采集和综合监控系统,建设基础能源管理系统,主要包括以下功能模块:能源计划与实绩管理、能效分析与评价、能源生产运行管理、能源质量管理、能耗定额管理、能源计量器具管理、能源报表管理等。

(6)能源预测与优化调度系统。基于生产计划数据与能源供需历史数据,运用先进能源预测模型技术,实现主要能源介质的短周期与长周期预测;基于能源供需预测结果,建立能源优化调度模型,实时提供主要能源介质的优化调度方案。

(7)关键用能设备节能优化控制系统。基于多变量预测控制和先进控制技术,实现锅炉、熔炼炉、吹炼炉、精炼炉、焙烧炉、电解槽等关键用能设备的优化控制。

(8)配套管理体系。企业能源管理中心配套管理模式和机制建设是相对于硬件设施建设的软件建设,其关键是在明确企业能源管理中心定位基础上,把硬件设施建设和配套能源管理体制建设有机结合起来,做到同步规划、同步建设,使企业能源管理中心发挥出最佳效果。应设立能源管理岗位,聘任能源管理负责人,并加强对能源管理负责人的节能培训。

2)专项建设内容

(1)电解铝企业专项建设内容。

①铝电解节能专家系统。该系统通过实时采集铝电解过程中电解工序、出铝工序、换极工序、母线提升工序等生产环节的工艺操作参数与能耗数据,构建适用的数据多维模型,挖掘生产工艺参数(生产负荷、氟化铝加料量、氧化铝浓度等)与能耗之间的关系及潜在规律,形成专家知识库,对电解槽焙烧启动与正常生产进行指导,优化不同工况下的操作参数,实现电解槽稳定高效生产,提高整个电解过程的电流效率。

②铝电解槽槽况多维分析模型。通过在线采集或离线输入的方式,获取影响电解槽电流效率的相关参数(包括槽电压、电解温度、铝水平、电解质水平、分子比、氧化铝浓度、出铝量、氟化铝加料量等),应用主因素/多因素分析技术与数据挖掘技术,从多个角度、全方位分析和预报电解槽槽况,从而预防和消除异常槽况,减少额外能源消耗,实现电解槽高效节能运行。

(2)氧化铝企业专项建设内容。

①原料磨精益控制系统。在氧化铝生产过程中,原料磨先进控制适用于烧结法和拜耳法工艺,通过采集和优化各项参数,尽可能地提升研磨效率、保证原矿浆的密度。系统主要通过监控原料磨的功率、进料量、矿石品质、研磨粒度大小以及出料口料浆密度等参数,计算原料磨实时效率,操纵变量入磨矿速度和入磨的溶液量,从而优化磨机进料比例,减少石灰用量等指标,增加CaCO3的利用效率。

②溶出先进控制系统。在氧化铝生产过程中,烧结法与拜耳法的溶出工艺存在差异。以最常见的拜耳法工艺为例,系统主要通过监控和采集苛性比(αk)、溶出温度、溶出率、溶出槽碱含量等指标数据,利用先进控制器根据软仪表模型实时预测计算出的αk数值来调整原矿浆的进料速率,同时通过化验结果不断在线修正软仪表模型,调整溶出系统原料浆流量、母液流量和蒸汽流量,保持系统处于最佳苛性比值和溶出温度,实现最佳耗能效率。

③分解先进控制系统。以分解工段的主要环节之一蒸发为例,蒸发先进控制适用于烧结法和拜耳法氧化铝生产工艺。在蒸汽流量自动控制基础上,主要监控多组蒸发器的温度,分析原液流量和蒸汽流量,实现蒸发器的温度优化控制,优化恢复碱混合系统的流量控制、母液碱浓度控制等指标,实现各项能源的最优利用。

④母液循环优化控制系统。氧化铝生产流程中,各个环节添加的水量最终都进入母液,母液的储量很大。在日常生产中,各个工段都是根据控制需要添加水和碱液,发现母液量不平衡时,由调度人员协调各个生产环节来平衡母液。母液循环优化控制的目的是在一定范围内协调各个工段对母液的贡献,优化器根据母液存量和苛性比协调其底层的各个工段,优化整个大循环中母液的存量和苛性比。

⑤焙烧先进控制系统。焙烧工序的能源控制系统适用于所有氧化铝生产工艺。通过监控和采集焙烧炉的烟气氧含量及焙烧温度,调整燃料流量、进风量、氢氧化铝进料量等指标,提高燃烧效率,在保证氢氧化铝焙烧质量前提下降低焙烧炉能耗。

(3)铜、铅冶炼企业专项建设内容。

①铜、铅冶炼过程氧气优化调度系统。该系统针对铜冶炼过程中制氧、储氧、供氧与用氧特点,实现基于生产计划、检修计划的氧气供需智能预测,以氧气放散量最小或整个氧气系统经济效益最大为目标实现氧气优化调度。

②铜、铅熔炼过程节能优化控制系统。该系统针对铜、铅熔炼过程中闪速炉(或艾萨炉、底吹炉、侧吹炉)、余热锅炉、供配料系统的生产与能源利用特点,实现生产与能源在线优化控制与管控一体化。

(4)锌冶炼企业专项建设内容。

①焙烧节能优化控制系统。该系统针对锌精矿焙烧过程的生产与能源利用特点,采集关键工艺参数与能源数据,建立整个焙烧过程的优化控制模型;通过模型应用,实现锌精矿质量、给料量、焙烧炉温度、鼓风量、压力及余热锅炉的优化控制,保证整个焙烧过程节能高效。

②锌电解节能优化控制系统。该系统基于实时采集的锌电解过程工艺与操作参数,构建适用的锌电解节能优化控制模型,实时优化关键操作参数,提高锌电解过程电流效率。

3)预期功能

(1)通过建设完善的能源计量系统,实现能耗数据的数字化读取及传输,使能源计量体系具有完整性、冗余性、可靠性和可集成性,解决现场能源计量数据的客观性和准确性问题,实现主要能源介质(固体燃料、电、蒸汽、水、燃料气、氮气、氧气等)的准确计量,满足企业能源管理中心的运行要求。

(2)在满足安全性和隔离性技术要求的条件下,通过完善能源数据采集网络,实现能源计量数据、能源系统操作和质量数据、关键生产数据、用能装置和设备运转参数集中采集到能源管理中心。

(3)能源综合监控系统主要实现对企业各级(分厂、车间、重要耗能设备)各种能源介质生产、存储、消耗、回收全过程的实时监控,掌握其历史和实时趋势,实时记录能源系统事件,动态掌握能源使用消耗情况,实现对各类产能、供能和用能过程及设备的实时监视、远程控制、异常报警和分析管理,确保能源系统稳定运行。

(4)通过建设关键用能设备的节能优化控制系统,提高关键用能设备的运行平稳性,实时优化关键工艺参数,提高能源利用效率。(www.xing528.com)

6.2.2.2 建设要求

1)数据采集

(1)数据采集要满足能源的外购、生产、输配、消耗等环节的计量要求,同时要满足设备或工艺装置运行监视以及能源平衡调度和预测的要求。

(2)能源数据的采集和存储要独立,信息采集点数量要与管理模式相适应。

(3)对一级、二级能源计量需要设置独立的数据采集站;三级、四级能源计量数据可设置独立的数据采集站,也可以从现有系统(如控制系统、MES)中通信获取。

2)现场运行设备

(1)建立以远程监控为基础的集中管控模式,提升系统的实时调控能力及处理异常的能力,从而有效发挥优化调整的节能潜力。

(2)现场自动化系统须具备远程监控的条件,主要动力设施(如变电站开关、调节阀门、电控设备等)运行稳定可靠,达到基本的安全条件及自动化水平。

(3)现场自动化系统或电气、仪表设备具备较为完善的向能源管控信息系统传输各类信号的能力,性能良好。

(4)实现远程监控的现场站向能源管控信息系统传送的信息可靠稳定,应按照现场装置的实际情况,确保信息完整性,并按照有关设备的机械、电气和控制特征,选择采集的信息点。

(5)充分考虑远程监控站点和设备的特点,确保将涉及设备和系统安全的监测点传输到信息系统,如电气设备的温度信息、旋转设备的振动信息、燃气场所的CO浓度信息、火警信息、水位信息等。

3)能源管理中心大厅建设

(1)大厅应配置来自不同变电站的两路独立电源;控制中心机房和控制室的UPS应满足连续供电2h的能力。

(2)配置至少两套独立的交换机(如一套行政电话、一套指令电话)。

(3)控制中心应采用综合布线系统,确保各类线缆的合理安排和布置。

(4)控制中心应设置防雷和屏蔽接地系统。

4)软硬件环境

(1)采用主流厂商的高质量硬件产品,尤其是服务器、网络交换机、PLC等。

(2)控制网络必须采用工业级交换机。

(3)监控软件应采用SCADA软件,不宜采用DCS软件。

5)数据及信息安全

(1)与企业ERP、MES等其他信息化系统连接或Web发布时,必须通过防火墙进行数据及信息安全隔离。

(2)与现场的工控网络或SCADA、DCS、PCS、PLC等工业控制系统连接时,应采取设置防火墙、单向隔离、协议过滤或工业协议转换网关等措施加以保护。

(3)对无线组网应采取严格的身份认证、安全监测等防护措施。

(4)建立控制服务器设备安全配置和审计制度,严格账户管理、口令管理。

(5)对关系数据库数据进行定期备份。

(6)对实时数据库、关系数据库数据采取访问权限控制等措施加以保护。

(7)制定信息安全应急预案,明确应急处置流程和临机处置权限。

(8)严格控制移动存储介质的使用,对接入网络中的计算机要采取MAC地址绑定等安全措施。