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河南某水泥厂WEMS能源管理中心节能解决方案
时间:[2017-01-05] 作者:万洲电气 点击:127


周勇进 蒋涛 周剑

摘  要:本文主要介绍了河南某水泥厂WEMS能源管理中心系统的研究与方案设计,论述了实用、经济、自动分析诊断、综合节能降耗的信息化管理系统,并对其设计原则、监测点选取、结构特点、功能特色进行了重点阐述。

关键词:能源管理中心系统;自动分析诊断;节能降耗 

1  引言

河南某水泥有限公司现拥有两条2500t/d新型干法旋窑熟料生产线,生产线分为矿山、原料调配、 生料粉磨、煤粉制备、熟料烧成、熟料存储与输送、水泥粉磨、生料粉磨、废气处理、辅助用电等工序,并配2套纯低温余热电站,余热发电站总装机容量为19.5MW,实际年发电功率在12.34MW左右,余热发电经济效益非常可观。水泥厂总降变电站采用35kV/10kV供电,每月的电度电费约为271万元,基本电费按容量收费方式缴纳费用,厂区内一共18个配电室,相对较为分散,分别为全厂的高、低压设备供电;水泥厂年水泥产能达450万吨,年产骨料120万吨,两条生产线水泥综合能耗为95KWh/t,生料电耗20KWh/t,熟料电耗40KWh/t,水泥电耗34KWh/t,余热发电每吨34度。相对于水泥行业2500t/d的先进生产线(水泥综合能耗90KWh/t)而言,此水泥厂的能耗明显偏高。

2  设计原则

本方案的设计将在尽可能减少投资的情况下,从系统结构、网络结构、技术措施、设备选型等方面综合考虑,以确保系统中任何一个环节都没有单故障节点,实现7×24×365的不间断服务,对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统,完全能适应严格的工作环境,以确保系统稳定。服务器系统具有负载均衡和多机互相冗余功能,通讯链路具有双通道冗余设计。

① 可操作性:系统设计选用易于操作的图形人机界面,提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。提供易于使用的数据库功能,让使用者能随时查询信息及制作所需的报表。

② 可扩展性:考虑到各能耗企业主工艺系统不断扩展的特点,在能源管理中心系统中所有的网络、服务器、存贮、应用软件的设计都将遵循可扩充的原则,以实现随着生产管理业务的发展而扩展。

③ 高效性:考虑到能源管理中心系统为大量远端用户提供WEB服务以及OPC通讯功能,系统设计将从服务器处理能力、网络带宽传输能力、软件系统效率等角度综合分析,合理设计结构、配置,以确保大量用户并发访问的峰值时段,系统具有足够的处理能力,保障服务质量。

④ 可维护性:从应用系统的设计、硬件设备的选型等方面考虑通用性、开放性,在系统局部发生故障时,运行维护人员能尽快发现并能及时处理,避免故障扩大并快速恢复正常运行。具有在线的修改能力,提供远程可维护功能。

⑤ 安全性:从操作系统层,网络层,应用层每个层次都有相应的措施。系统运用了网段安全隔离措施,包括有效的防病毒防黑客技术措施,用户验证等技术以解决传输安全,系统安全和信息安全的需求。

3  能源管理硬件平台与网络结构设计

 3.1 系统监测点设计标准

为满足企业能源管理中心系统的运行要求,实现基于客观过程数据的分析和管理,实现精细化能源管理,根据我公司在水泥行业施工过程中积累的技术经验,现对此水泥厂监测点设置遵循以下原则:

Ø 电源关口(指贵厂从供电局接入的进线、发电机等)位置(总降位置)100%安装电力能效监测终端。

Ø 用户变电站或开关站的变压器各出线回路100%安装监测终端(备用回路除外),对于支线直接接入用电设备的回路的监测终端安装在变电站或开关房的出线开关位置,对于支线接入设备动力柜(或控制柜的)监测终端安装在动力柜中。

Ø 用户的主要用电设备100%安装监测终端(高压设备、大功率用电设备、用户关注设备)。

Ø 能效项目关口( 用户为提高能效而开展的技术改造项目所涉及的能源关口100%安装监测终端)。

 3.2 网络结构设计

经现场工况调查与确认,全厂用电监测回路一共257个(其它能源介质监测,不在本设计方案内),分布在厂区的18个配电室中,水泥厂现已配置了相对较全的电能计量仪表,但局部地方配置还不完善,需增补电能三级计量仪表,新增计量点以就近接入工艺控制系统,再经数采站通讯网关送能源管理中心服务器为原则进行设计。

本方案在设计时充分考虑厂家原有网络硬件设备及系统的扩展升级,能源专网采用工业级以太网光纤星型结构,现场采集采用100/1000Mps光纤环网和现场串行总线构建能源管理中心系统的网络平台,搭建一个可靠性强、传输速率快、安全经济、易于扩展与维护的综合性网络平台,构建无障碍的线速交换网络。其系统拓扑图如下:


 3.3 系统硬件平台构成

   此水泥厂能源管理中心系统的硬件平台主要包括:服务器系统、计算机系统、通讯网关等。对于硬件产品的选型采用当前主流厂商的产品,质量可靠,能提供全年 365 天,全天 24 小时的连续运行和售后服务;对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备,必须能适应严格的工作环境;系统具备反应快速,满足行业要求的性能,最终确保能源中心的高效、稳定、实时的运行;在充分考虑整个硬件平台的成熟、可靠、稳定性、可扩展性。最终系统硬件设计如下:

  ① 服务器

   WEMS能源管理系统服务器主要包括综合监控服务器、关系数据库服务器、应用服务器、WEB 服务器等。根据系统功能的不同,结合系统容量、系统负荷以及实时性的要求,系统服务器配置如下:

   采集服务器(1 台 ):用于电力系统的能源数据的监视和控制,主要功能包括能源数据的显示,能源设备的控制,参数报警,事件记录,能数据管理,历史数据归档和查询,以及系统监控诊断等。

Web服务器(1台 ):Web服务器安装Windows 2008 Server操作系统和Web发布程序,主要用于Web发布。Web发布的主要内容包括基础能源管理系统的管理界面及综合监控系统画面web发布。

   应用服务器(1台 ):应用服务器安装Windows 2008 Server操作系统、开发软件和基础能源管理应用软件,主要实现能源计划管理、实绩管理、调度运行支持、能源预测与优化平衡、能源质量管理、能源设备管理、能源分析、能源监察和环保管理等。

   ② 计算机系统

   操作站计算机:在能源中心大厅配置的调度人员监控客户机,作为整个系统的运行操作工作站,使运行人员对能源数据和设备进行监控。终端包括电力系统7台、生产调度1台,预留工位2台等设备。这些操作站完成潮流监视、设备状态显示、操作画面,信息显示、实时曲线、参数设定、语音报警等功能,在操作站上还可进行数据查询、报表查询、报表打印等工作。

   工程师站计算机:工程师站使系统维护人员对WEMS计算机软硬件进行开发、组态和日常维护处理等。这些维护操作站可对应用软件,接口程序,数据库系统,操作日志,数据备份等进行系统级别的操作管理。系统共设计笔记本工程师站1台。

    以上工作站各自分工,各司其职,组成了能源管理系统的人机交互平台。 

4  能源管理系统软件设计

本次方案针对电能进行在线监测分析,构建企业能源管理平台,在平台上运行WEMS能源管理中心系统软件,对企业实时用能进行监视、对重点用能设备的运行状况实时监控、对历史能源数据进行分析。

   4.1系统软件结构图

为了解决多样化数据采集与整合方案,满足应用系统安全性与高效性要求,能源管理中心软件采用最先进的C/S和B/S混合模式。其中C/S架构的软件主要负责能源过程监控,包括实时数据的采集、监控与报警、设备经济运行情况、能流图、设备参数的实时变化等;B/S架构的软件程序主要负责将采集的数据进行归纳、分析和整理,结合生产计划的数据,进行基础能源管理工作,主要包括:能源计划管理、能源实绩管理、能源库存管理、能源质量管理、能量平衡调度与能源效率分析计算、能耗统计及分析、能耗设备管理、计量设备管理、能源成本管理、能源优化与分析等。

 4.2系统软件主要功能示意图

 WEMS能源管理中心系统通过对能源数据进行分析、模型设计、计算和统计,实现实时能源动态平衡预测,生成预控结果,进行能源介质实时动态平衡分配,达到优化用能、节约用能的目的。WEMS能源管理中心系统可以与企业其它信息化系统(ERP、MES)之间建立有机的信息集成与共享。为公司整体的能源基础管理提供数据支撑。WEMS能源管理中心系统主要功能示意图及现场各系统之间功能关联关系如下:

WEMS能源管理中心系统图

5  结束语

5.1 直接节能效益

系统正常投运以来,依托万洲节能增效三层面技术(设备运行优化节能、工艺管控优化节能、管理策略优化节能),累计节能效益 219.2万元,其中设备节能层面效益为54.2万元/年,工艺优化管控与管理策略优化节能层面效益为165.2万元/年。节能效益统计如下:类别配电室实施内容效益(万元)设备节能3#窑头变压器在线诊断分析与增补节能设备54.23#生料生料循环风机在线诊断分析与增补节能设备3#原料煤磨立排风机在线诊断分析与增补节能设备工艺与管理节能电费结构优化电费在线诊断分析与电费结构优化改造165.2错峰用电优化峰谷平用电在线诊断分析与错峰优化改造关联设备优化主辅机设备在线诊断分析与空转空待优化改造  

5.2 潜在增值效益

1、将水泥厂主要用电设备,按照各车间、配电室、各区域、各工序等方式进行精细化分析,可使企业管理者随时、随地掌握企业用能数据,对能源消耗组成及区域用能一目了然,通过实时了解设备运转状况,进行用能管理,提高工作效率。

2、水泥厂生产系统比较分散、结构比较复杂,现场管理、运行值班和检修及其管理的工作量大,成本高,是构成企业能源系统成本的重要组成部分,通过能源管理中心系统的建立,实现实现简化的能源运行管理,减少生产运行管理成本,提高劳动生产效率。

3、解决目前企业在数据统计工作量大且数据不准、不同工段用能数据交叉、数据换算麻烦等一系列问题所造成的能耗统计数据的失真。通过对全厂、各车间、班组能耗分析,查找能耗变化的原因,为合理调整生产、规避尖峰电价提供依据。

4、针对水泥厂重点关心熟料综合能耗、各工序(生料、熟料、水泥磨)电耗、区域用能、班组用能、重点设备用能等的能耗数据监测、统计。按照生产工艺环节的能耗统计边界规范,对各车间、各区域的重要关键设备运行状态、能源消耗以及产量数据用图形化的运用界面进行展示,形成能效对标的统计数据报表,对生产全过程进行全方位跟踪、监控。

5、系统可以实现对不同班组、区域电耗的对比分析,查找负荷、产量、电耗、单耗变化的原因,帮助管理者采取措施降低消耗,促进生产班组之间加强人员培训和相互交流,提升人员的节能意识从而降低能耗。

6、通过自动采集分析生产运行数据,在保证生产平稳运行前提下,通过与历史数据的对比,为工艺管理者提供必要的信息资源去建立、优化相对更合理的用能制度,给出生产控制参数调整意见,促进生产系统实现长期的稳产、高产、低耗。

7、对原料磨、矿山、煤磨、水泥磨等工段的主要用电设备的开停机时间实行严格管控,及时发现错峰用电没有执行到位的情况,从而减少峰时段的电费支出。

8、针对企业内部部门能耗情况进行统计分析,分析其部门之间能耗对比与历史能耗情况,帮助企业针对各部门制定相应的节能措施,针对企业能源消费状况与消费趋势自动统计,按照日、月、年度生成节能减排分析报告,为企业提供便利的分析报告,并为其进行节能减排改造提供决策依据。

 


作者简介:

周勇进:(1987.6--  )男 汉族     万洲电气股份有限公司     工程师

主要研究方向:电力系统自动化及行业节能研究

E-mail:zyjstrong@163.com

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