首鋼京唐能源與環境管理系統創建與應用

趙彤

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山063200）

首鋼京唐能源與環境管理系統創建與應用

趙彤

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山063200）

介紹了首鋼京唐公司能源與環境管理中心系統的構成、特點及功能，該系統投入運行以來，能夠對生產、能源、運輸、環保系統集中管理并優化調度，促進了二次能源的回收和利用，提高了能源使用率。

鋼鐵企業；能源管理系統；節能降耗

1 引言

當前中國處在工業化快速發展階段，經濟社會發展面臨能源短缺和環境約束等不利因素，加速推進鋼鐵等重點用能行業的節能減排工作，既是國家節能減排的長期戰略，也是鋼鐵等工業行業調整結構、提升產業競爭力、走內涵式發展道路的緊迫任務。目前，鋼鐵工業耗能量約占我國總能耗的15%，能源總成本一般也占到了企業經營成本的25%～35%，為確保現代鋼鐵企業的高效運行和可持續發展，迫切需要科學、高效的能源與環境管理體系[1]作支撐，需要建立一個高效率、低成本的能源與環境管理系統，以降低鋼鐵制造流程的能源消耗，提高能源利用效率，實現能源系統的安全穩定[2]、經濟平衡、節能降耗[3]和優質環保運行。

2 能源與環境管理系統構成

首鋼京唐公司能源管理中心系統按照扁平化和集中一貫的管理理念，采用先進的自動化、信息化技術建立能源管理中心，對廠區電力、煤氣、供水等全部能源介質實行集中、高效的監控和管理。其硬件平臺主要包括服務器、存儲設備、操作終端、GPS設備、大屏幕、網絡設備、采集設備等，軟件平臺主要包括UNIX、WINDOWS系列操作系統、SCADA監控平臺軟件、EMS能源管理信息平臺軟件（含大量的數學模型）、數據庫管理軟件、網絡管理軟件等，并建立若干個現場子站及多個通信接口、規模約123762點信號。整個系統分成供電系統、供水系統、供氣系統（氧氣、氮氣、氬氣、壓縮空氣、高爐鼓風）、燃氣系統（各種副產煤氣及天然氣）、熱電（自發電、余熱蒸汽、工業鍋爐蒸汽、熱電機組抽汽、換熱站冷熱水）、環境監控等信息化管控系統。能源管理中心系統在線支持各個系統的監控及管理，對全廠能源介質的生產、凈化、儲存、混合、輸送、使用和回收等各環節的管理與監視，同時對廠區電力、煤氣放散塔、空壓站等區域重點設備遠程控制，實現無人值守。實現全廠各種能源介質的供需動、靜態平衡，降低產品單位能耗最終實現公司能源零排放，實現能源系統效益最大化。

3 能源與環境管理系統特點

（1）能源管理的各專業系統從能源生產、能源輸配、能源使用的全過程進行專業介質線的管理，側重對鐵、鋼、軋等主工序單元的某類能源介質進行專業管理，而能源管理的綜合系統則側重對主工序單元進行區域性的多介質管理，以卡斯特等系統管理理論及陸鐘武院士系統節能理論與技術作指導，開展系統節能和降成本工作，注重對多能源介質進行系統優化，提高系統的能效，降低系統能耗，逐步實踐以能源總成本最低為原則來指導生產和優化運行。

（2）安全質量管理則是重新定位了質量管理范圍：它是一個獨立于生產的質量監督系統。實行安全質量、制造質量的一體化管理，通過質量管理來管理和控制能源的運轉狀況，還可通過檢修后的產品質量檢驗、過程參數檢驗來控制檢修質量。同時，創新性設立了氣體防護站，將氣體防護管理敷設至全公司，并對能源系統各分廠的氣體作業進行審批、管理、監督，與體系中的能源平衡、能源使用、能源安全等職責高度統一。其防護作業不僅限于傳統鋼鐵企業高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣、混合煤氣的防護管理，還增加了氧氣、氮氣、氬氣、天然氣、氫氣的防護管理，彌補了過去對有害和易燃易爆氣體管理上的不足，更利于全面提高冶金氣體安全。

（3）環境保護管理體現在建設了以節能為中心的全流程清潔能源轉換體系，以平衡能源供應與消耗為中心的能源制造系統，高效的余熱、余能、余壓、煤氣能量轉換系統，用于產蒸汽和電，建設了以海水淡化為特色的低品質余熱高效轉換系統，構建全流程能源網絡，實現全流程綜合節能與CO2減排。同時，運用高標準的環境管理和先進的環保技術，公司按照國家環保部門及ISO14001環境管理體系標準，為強化環保管理環境保護專業管理處，在能中平臺配套建設了在線自動監測系統和環境管理平臺，與能源管理體系合為一體，以便及時、準確地調控環保設施的運行管理，掌控環境質量、污染物總量等。

（4）能源與環境中心不同于傳統意義調度，它具有遠程操作功能，可以及時對能源輸配進行一些快捷的調整，以強化能源動態管控功能，如：煤氣放散塔、管網遠控閥、換熱站循環水泵、空壓站開停機等，變電站也采用遠控技術，具備無人值守、遠程操控的硬件要求；為了加強能源輸配作業，加強管網安全穩定運行，將能源管網統一歸入能源中心進行管理，并在其下設了綜合管網作業區，進行地上管網、地下管網及6個集中換熱站的巡檢與操作。

4 能源與環境管理系統功能

首鋼京唐公司能源管理中心系統是一個集過程監控、能源管理、能源調度、環境監控為一體的廠級管控一體化的系統。

4.1 數據采集

數據采集是實現能源生產過程監控和能源管理的基礎，同時它還涵蓋了計量系統。實時數據采集主要是將能源管理中心所需的各系統的實時數據、計量數據、能源設備運行數據采集到能源中心，進行遠程在線集中監控、統一調度和平衡優化，充分滿足了過程控制、信息管理和現場操作的一體化系統集成需求。還和公司ERP管理系統進行數據交換，獲得能源產供計劃、全廠生產計劃、主作業線設備檢修計劃等重要數據信息，以實現全廠能源數據共享管理。

4.2 能源生產過程監控與調度

能源生產過程監控與調度主要是對生產監視和對現場設備進行控制與調整，以保證能源生產穩定運行，同時完成能源信息的歸檔，具體包括以下功能：（1）生產監視。主要對現場能源設備、能源的流量、壓力、溫度等屬性等進行監視。（2）控制與調整。主要根據生產需求對現場可控能源設備進行遠程控制與調整。（3）短期過程預測。利用煤氣消耗預測分析等數學模型，對未來短時期內的煤氣產耗情況進行預測，為能源的調度運行提供決策依據。（4）大屏幕監視。大屏幕直觀顯示重要能源數據，同時顯示現場視頻信息。（5）信息處理與歸檔。分析處理能源數據并存儲歸檔。（6）報警。及時反映現場生產異常信息，提醒運行調度人員及時處理。

4.3 能源管理

能源管理功能具有能源成本管理、能源優化調度決策、能源供需預測、能源計劃管理、能源實績平衡分析、能耗統計與分析、能源質量管理、能源設備管理、能源計量管理、能源管理中心值班日志管理、能源報表管理、環境監控的管理功能。根據全廠能源管理需求，能源管理中心系統設置有供電監控臺、蒸汽監控臺、給排水監控臺、燃氣監控臺、供氣監控臺、環境監控臺；能源管理調度借助操作站進行能源系統潮流監視及主要能源設備狀態監視和操作，并設置大型模擬屏系統，對能源系統及相關生產單元進行全局監視；另外，在能源管理主體系統出現異常的情況下，通過其非常監控系統可以對重要的能源設施進行直接的監控，確保其安全運行。能源生產技術人員借助能源管理的應用系統，完成主要潮流監視、技術分析、統計報表輸出等功能。

5 能源與環境管理系統應用舉例

5.1 能源供需預測功能應用——煤氣系統在線監控及預測

煤氣系統在線監控包括對全廠煤氣柜、煤氣放散塔，煤氣管網、煤氣加壓站，制氫站、啟動燃料占、煤氣混合裝置進行監控，如圖1所示。對煤氣管網壓力及用戶側使用信息、煤氣發生側的氣源信息進行監視和預測，如圖2所示。

通過煤氣系統的在線監控和預測實現了動態監控、在線預測、統一調配、集中管理，特別是開發了多種煤氣預測模型，強化了煤氣產供平衡管理，優化了煤氣調度，提高了系統運行效率和煤氣的安全性。

圖1 煤氣系統在線監控畫面圖

圖2 煤氣系統在線預測畫面圖

5.2 能源生產過程監控與調度應用——電力系統智能軟五防

首鋼京唐鋼鐵公司的電力設備五防系統共分3級，分別是設備級、變電站級和能源中心級。在設備級即最底層的五防由硬件來保證，而變電站級及能源中心級的五防都由軟件來實現。軟五防簡單來說就是通過軟件模型的方式實現電力系統安全邏輯判斷，從而實現甚至優于傳統五防硬件實現的聯鎖控制。電力五防是指：（1）防止誤分合斷路器；（2）防止帶負荷分合隔離刀閘；（3）防止帶電合接地刀閘；（4）防止接地刀閘合著時合斷路器；（5）防止不合理反送電。

電力系統軟五防的應用實現了電力系統調度與集中控制系統的有機融合，通過應用模型科學調整用電模式，從而有效提高用電效率，并全部實現了遙控、遙測，各個變電站實現無人值守，為進一步實現首鋼京唐公司智能電網建設提供堅實的技術基礎。

5.3 能源管理功能應用——能源實績平衡分析

能源實績平衡分析主要包括實時數據發布（如圖3所示）、實時數據曲線、統計數據查詢、能流圖（如圖4所示）等功能模塊。通過能源實績平衡分析圖，幫助用戶及時、準確掌握能源系統運行狀況，為能源管理信息系統上層應用提供基礎。

6 結束語

能源與環境管理中心的建立，實現了首鋼京唐的智能化管理。將原來的粗放型管理模式變為集約型精細化、知識型的集中管理模式，實現了能源的分散型控制與集中式管理相結合，達到優化控制、集中管理、系統節能，它將提高全流程的能源利用效率，降低能源消耗指標，提高了系統運行的效率以及安全性和穩定性，實現了公司節能降耗的目標。

（1）降低高爐煤氣放散率，逐步實現“零放散”。2010年下半年高爐煤氣放散率為10.92%，2011年上半年高爐煤氣放散率為5.16%，2012年進一步總結2座高爐煤氣同時并網運行經驗、更換放散塔氣動閥、加大熱電高氣摻燒煤氣調整力度等手段，實現高爐煤氣“零放散”。與2011年相比，2012年全年高爐煤氣減少放散6.42億m3，產生3659.4萬元經濟效益。

圖3 實時數據發布圖

圖4 能流實績圖

（2）2010年下半年噸鋼轉爐煤氣回收84.6 m3，2011年上半年噸鋼轉爐煤氣回收88.6 m3，2012年噸鋼轉爐煤氣回收91 m3，年生產854萬t鋼，與2011年相比較，多回收轉爐煤氣0.205億m3，產生217.3萬元經濟效益。

（3）逐步實現污水“零排放”，降低外購新水消耗。2010年下半年噸鋼回用污水0.0829 t，2011年上半年噸鋼回用污水1.1477 t，2012年噸鋼污水回用1.152 t，與2011年水平持平。通過用戶從源頭改善水質、加大回水管線漏點治理力度、提高海淡產水，降低再生水勾兌比例等手段，噸鋼耗新水比2011年降低0.18 t，節約外購工業水產生711.5萬元經濟效益。

[1]李向軍，孫彥廣.冶金能源管理系統EMS[J].科技資訊，2008(3)：95.

[2]魏海明.冶金能源管理系統的發展[J].寶鋼技術，2007(5)：28-31，34.

[3]李博，徐謙，趙博識.能源管理系統(EMS)在大規模能源生產中的節能應用[J].冶金動力，2012(5)：4.

Establishment and Application of Energy and Environment Management System

ZHAO Tong
(Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

The composition,characteristics and functions of the energy and environment system of Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd are introduced.The system can complete centralized management and optimal distribution of production,energy source,conveyance as well as environmental protection since commissioning of the system.It has promoted recovery and utilization of secondary energy and improved the energy utilization rate.

steel enterprise;energy management system;energy saving and consumption reducing

TK018

B

1006-6764(2013)07-0089-04

2013-03-20

趙彤（1972-），男，滿族，畢業于北京科技大學機電工程專業，現從事能源生產管理工作。