智能制造有色金屬冶煉企業(yè)能源管理系統(tǒng)的建設(shè)

張 煜，陳迎武，李俊杰

（1.陽谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 聊城 252000；2.中南大學化學化工學院，湖南 長沙 410083）

有色金屬是國民經(jīng)濟發(fā)展必需的基礎(chǔ)材料，現(xiàn)代化建設(shè)離不開有色金屬，而且需求量是非常巨大的。我國銅、鉛、鋅、鋁等產(chǎn)量連續(xù)多年躍居世界前列，2019年，銅、鉛、鋅、鋁產(chǎn)量分別為978.4萬噸、579.7萬噸、623.6萬噸和3504.3萬噸。目前，我國工業(yè)日益發(fā)達，需要將有色金屬作為戰(zhàn)略儲備資源[1]。由于我國有色金屬冶煉復雜資源共生、原料品位波動大，而且屬于高耗能產(chǎn)業(yè)之一[2]，銅、鋁、鉛、鋅等冶煉單位產(chǎn)品能耗占全國有色金屬單位產(chǎn)品能耗的90%以上。因此，有色金屬冶煉企業(yè)在建有自動信息化基礎(chǔ)上，需要實現(xiàn)智能生產(chǎn)體系實時協(xié)同優(yōu)化[3]，優(yōu)化能效管理。

工業(yè)4.0報告明確指出，提高能源利用效率是智能制造的目的所在。本文以智能制造有色金屬冶煉企業(yè)的發(fā)展趨勢為背景，通過對建設(shè)能源管理系統(tǒng)進行分析，提出企業(yè)在能源精細化管理理念及思路，提升企業(yè)能源綜合管理水平，從節(jié)能降本方面率先實現(xiàn)有色金屬工業(yè)的智能制造。

1 有色金屬冶煉行業(yè)能源管理系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1985年以來，以寶鋼為首的鋼鐵冶煉企業(yè)陸續(xù)建立了能源管理系統(tǒng)。雖然有色金屬冶煉行業(yè)的企業(yè)能源管理系統(tǒng)建設(shè)起步較晚，但是國內(nèi)有色金屬冶煉企業(yè)非常重視開展能源管理系統(tǒng)的建設(shè)工作，工信部也出臺了《有色金屬企業(yè)能源管理中心建設(shè)實施方案》。近幾年來，建立能源管理系統(tǒng)的有色金屬冶煉企業(yè)數(shù)量越來越多，其中已建立能源管理系統(tǒng)的有色金屬冶煉企業(yè)如表1所示。

表1 已建立能源管理系統(tǒng)的有色金屬冶煉企業(yè)名單

能源管理系統(tǒng)是一種能源綜合管理工具，在我國有色金屬冶煉企業(yè)范圍內(nèi)也得到了成功實施，以陽谷祥光銅業(yè)為例，采用現(xiàn)時最先進的能源管理技術(shù)，降低了能源消耗，壓縮了能源成本，取得了較好的經(jīng)濟效益，是有色金屬冶煉企業(yè)能源管理系統(tǒng)建設(shè)示范企業(yè)。陽谷祥光銅業(yè)憑借先進銅冶煉技術(shù)和能源管理系統(tǒng)管控，單位產(chǎn)品綜合能耗額、氧氣放散率等能源指標到達國際先進水平，而且“祥光能源集中管控節(jié)能實踐”也成功入選了國際“雙十佳”最佳節(jié)能實踐。

2 有色金屬冶煉行業(yè)能源管理系統(tǒng)的建設(shè)

能源管理系統(tǒng)通過對水、電、風等能源介質(zhì)的生產(chǎn)、存儲、消費等過程的實時遠程監(jiān)控，形成能耗的統(tǒng)計分析，能源的調(diào)度和能源介質(zhì)平衡，實現(xiàn)統(tǒng)一優(yōu)化，對減少氧氣放散和降低企業(yè)綜合能耗有重要作用，有利于實現(xiàn)“綠色節(jié)能、能效管理”。

2.1 能源計量和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

根據(jù)企業(yè)能源管理系統(tǒng)建設(shè)需求，完善有色金屬冶煉企業(yè)能源計量系統(tǒng)，對所有涉及水、電、風等能源介質(zhì)的用能設(shè)備盡可能的加裝準確度等級高的能源計量器具，提高計量器具的配備率，完善現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.2 能源綜合監(jiān)控系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)在能源計量和能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完善的前提下，通過建設(shè)能源綜合監(jiān)控系統(tǒng)，升級能源綜合監(jiān)控軟硬件設(shè)施，滿足能源管理系統(tǒng)遠程監(jiān)控的要求。

2.3 關(guān)鍵用能設(shè)備節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)建設(shè)過程中采用先進的預(yù)測和調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)有色金屬冶煉企業(yè)關(guān)鍵用能設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化控制。

3 建設(shè)有色金屬冶煉行業(yè)能源管理系統(tǒng)的作用

有色金屬冶煉企業(yè)通過建設(shè)能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能源計劃、能源采集、能源遠程監(jiān)控、能耗分析、重點設(shè)備能耗管理等功能，達到企業(yè)能源優(yōu)化控制，最終實現(xiàn)能源的調(diào)控和節(jié)約，在能量流網(wǎng)絡(luò)和信息流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及協(xié)同運行上實現(xiàn)智能制造。

有色金屬冶煉行業(yè)的能源管理系統(tǒng)的建設(shè)，能夠滿足在正常生產(chǎn)條件下對能源進行遠程監(jiān)控和調(diào)度，有效實現(xiàn)能源的優(yōu)化控制；通過生產(chǎn)計劃調(diào)度能源按照分區(qū)消耗管理，提高計劃用能水平，并對能源做出定量、客觀的成本分析；同時，為企業(yè)、政府的管理和服務(wù)提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)保障。

3.1 余熱能量高效轉(zhuǎn)換

有色金屬冶煉的能源調(diào)控和節(jié)約直接影響企業(yè)自身效益。有色金屬冶煉過程中大部分的能源以余熱的方式流失，所以余熱回收利用技術(shù)顯得尤為重要。目前，我國有色冶金企業(yè)煙氣余熱回收利用的設(shè)備主要采用余熱鍋爐，如表2所示。

表2 有色金屬冶煉企業(yè)余熱鍋爐的應(yīng)用情況

依據(jù)爐窯余熱回收特點，設(shè)計合適的余熱回收利用系統(tǒng)，并在實踐中持續(xù)改進，不斷提高冶煉余熱的回收利用效率[4]。目前，有色金屬冶煉企業(yè)主要根據(jù)煙氣溫度合理地對煙氣余熱進行分級回收。有色金屬冶煉企業(yè)余熱能量高效利用見表3。

表3 余熱回收利用去向

3.2 重點耗能設(shè)備節(jié)能遠程監(jiān)測

大功率設(shè)備是有色金屬冶煉企業(yè)電能消耗量大的主要原因之一，在企業(yè)正常生產(chǎn)過程中加強對大功率設(shè)備的監(jiān)測管理，杜絕簡單粗放，全憑人員經(jīng)驗，需要提升監(jiān)測內(nèi)容，保障大功率設(shè)備的健康運行，全面考察其供電性能。

有色金屬冶煉企業(yè)的能源管理系統(tǒng)，通過設(shè)計搭建一套大功率設(shè)備遠程能耗監(jiān)測系統(tǒng)，幫助企業(yè)智能化管理和優(yōu)化設(shè)備，以及通過數(shù)據(jù)分析，合理評估每臺大功率設(shè)備的供電性能（圖1）。

圖1 重點耗能設(shè)備遠程能耗監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

3.3 能源介質(zhì)動態(tài)平衡

有色金屬冶煉企業(yè)生產(chǎn)過程中需要的水、電、氣等能源介質(zhì)使用量的變化均對能源介質(zhì)的生產(chǎn)和使用起到影響或制約作用。因此動態(tài)調(diào)控有色金屬冶煉所需的各種能源介質(zhì)對于有色金屬冶煉企業(yè)的能源優(yōu)化、合理利用具有重要的意義[5]。

有色金屬冶煉企業(yè)的能源管理系統(tǒng)，在整個有色金屬冶煉企業(yè)中通過將電力系統(tǒng)、水系統(tǒng)、燃氣系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、氧（氮、氬、空）系統(tǒng)、主工藝系統(tǒng)及能源設(shè)施等信息與計算機網(wǎng)絡(luò)連接（表4）。

能源的實時監(jiān)控、集中管理和優(yōu)化分配，實現(xiàn)能源介質(zhì)的動態(tài)平衡，達到節(jié)約能源的目的。

表4 能源管理系統(tǒng)與現(xiàn)場各能源介質(zhì)系統(tǒng)接入站點

4 有色金屬冶煉行業(yè)能源管理系統(tǒng)建設(shè)的不足及展望

我國有色金屬冶煉行業(yè)雖然重視能源管理系統(tǒng)的建設(shè)，然而各有色金屬冶煉企業(yè)的能源管理系統(tǒng)發(fā)展進度參差不齊，部分企業(yè)能源管理系統(tǒng)的功能模塊并不健全，比如：部分企業(yè)的能源管理系統(tǒng)的功能僅局限于數(shù)據(jù)自動采集功能；建設(shè)時間較早企業(yè)甚至數(shù)據(jù)采集功能也不能覆蓋到所有用能設(shè)備尤其關(guān)鍵耗能設(shè)備，依然需要人工完成；雖然已經(jīng)具備技術(shù)自動化采集和監(jiān)控功能，但是對于能源管理認識膚淺，責任不到位，致使能源管理系統(tǒng)成為一項對外展示的面子工程，沒有發(fā)揮應(yīng)有的節(jié)能效果。

建設(shè)有色金屬冶煉行業(yè)能源智能化管理系統(tǒng)，應(yīng)充分利用先進技術(shù)設(shè)備實現(xiàn)對能源生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)收集、儲存和分析，達到企業(yè)能源綜合管理水平的提升。通過能源綜合管理，挖掘節(jié)能潛力，及時對生產(chǎn)過程中不合理能源消耗進行調(diào)整，實現(xiàn)企業(yè)能源利用最大化。正真做到扁平化、數(shù)字化，適應(yīng)智能制造的戰(zhàn)略發(fā)展需要。