蒸汽產(chǎn)供模式精益化的研究與應(yīng)用

張忠平 高文宇 劉鴻劍 張紅春 侯毅 張強(qiáng)

摘要：隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)生產(chǎn)的結(jié)合為企業(yè)精益化發(fā)展提供有效的能源管控平臺(tái)。以動(dòng)力能源管理信息系統(tǒng)為核心，結(jié)合大數(shù)據(jù)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，自主研發(fā)蒸汽預(yù)測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)建精益化的蒸汽產(chǎn)供模式。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);趨勢(shì)預(yù)測(cè);精益化

1、引言

當(dāng)今國(guó)家高速經(jīng)濟(jì)發(fā)展，得益于能源的有力支撐，但能源的大量消耗讓生態(tài)環(huán)境面臨著巨大的挑戰(zhàn)。2018年國(guó)務(wù)院發(fā)布《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，2019年全國(guó)煙草工作會(huì)議提出“全力推動(dòng)煙草行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”的新議題。如何在卷煙產(chǎn)品升級(jí)換代和生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變的過程中高效、精準(zhǔn)供能和減少污染物排放成為卷煙企業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展的關(guān)鍵性問題。隨著大數(shù)據(jù)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的成熟，為能源產(chǎn)供模式精益化變革提供有力的技術(shù)支撐[1]。

2、現(xiàn)狀

從2018年起，某卷煙廠為適應(yīng)多元化的市場(chǎng)需求，卷煙生產(chǎn)模式由“大批量、少規(guī)格”向“小批量、多規(guī)格”的柔性化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，而工廠目前采用的集中供能模式已無法適應(yīng)卷煙生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，存在蒸汽生產(chǎn)無法滿足用汽需求的風(fēng)險(xiǎn)。為確保不影響卷煙生產(chǎn)，蒸汽生產(chǎn)部門采取過飽和供應(yīng)模式，導(dǎo)致蒸汽生產(chǎn)過程中供需不平衡的問題日趨嚴(yán)重，生產(chǎn)制造成本不斷升高，蒸汽有效利用率偏低，平均蒸汽有效利用率在90.21%左右，與行業(yè)先進(jìn)水平存在一定差距。

3、技術(shù)實(shí)施

為解決蒸汽供需不平衡的問題，蒸汽生產(chǎn)部門項(xiàng)目基于工廠信息化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等大數(shù)據(jù)技術(shù)手段，自主研發(fā)蒸汽預(yù)測(cè)系統(tǒng)，提升蒸汽能源的精細(xì)化控制水平，達(dá)到生產(chǎn)成本降低、能源利用率提高的目標(biāo)[2]。

3.1工藝分析

結(jié)合卷煙生產(chǎn)工藝，耗汽情況在煙絲總量、煙絲牌號(hào)、用汽設(shè)備臺(tái)數(shù)和季節(jié)時(shí)令等因素的影響下存在一定的規(guī)律，即：“Y（耗汽）=f（x1）+f（x2）+ f（x3）…+f（xn）”，其中Xn=煙絲總量、煙絲牌號(hào)、用能設(shè)備臺(tái)數(shù)、季節(jié)時(shí)令…該函數(shù)能全面描述蒸汽的用能變化，蒸汽預(yù)測(cè)系統(tǒng)將以此為依據(jù)進(jìn)行功能研發(fā)。

3.2數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集過程從用能部門生產(chǎn)流程、工藝要求、計(jì)劃調(diào)度、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控等角度入手，摸清用能部門的蒸汽耗用情況，細(xì)化蒸汽用能體系，深入了解各用汽設(shè)備的控制原理、流量計(jì)配置和蒸汽數(shù)據(jù)數(shù)采情況，結(jié)合動(dòng)力能源管理系統(tǒng)中現(xiàn)有的蒸汽監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，篩選出研發(fā)預(yù)測(cè)系統(tǒng)需要的蒸汽數(shù)據(jù)數(shù)采點(diǎn)。

3.3數(shù)據(jù)分析與模型構(gòu)建

根據(jù)蒸汽數(shù)采點(diǎn)統(tǒng)計(jì)信息將用汽部門蒸汽消耗實(shí)時(shí)信息、工藝設(shè)定信息、設(shè)備料頭料尾信號(hào)、停機(jī)待料信號(hào)及設(shè)備故障停機(jī)等信息進(jìn)行采集。運(yùn)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)模塊的蒸汽耗用數(shù)據(jù)，確定各工序的蒸汽耗用規(guī)律，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)齊;在運(yùn)用python程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行算法搭建過程中，建立數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型和預(yù)測(cè)模型，根據(jù)用能部門控制系統(tǒng)中的設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)信息和物料狀態(tài)信息，判定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，指導(dǎo)蒸汽預(yù)測(cè)曲線的擬合過程，實(shí)現(xiàn)時(shí)間對(duì)齊。在預(yù)測(cè)模型的建立過程中，依據(jù)生產(chǎn)牌號(hào)、模塊進(jìn)度、質(zhì)量參數(shù)等信息實(shí)時(shí)修正預(yù)測(cè)曲線，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，提高預(yù)測(cè)曲線的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)工序?qū)R。

3.4信息反饋

此外，蒸汽預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)蒸汽生產(chǎn)過程中所需的監(jiān)控和判定信息進(jìn)行集成顯示，消除之前信息分布于多個(gè)界面所帶來的不利影響，并結(jié)合鍋爐設(shè)備負(fù)荷調(diào)整特性，分等級(jí)制定加減爐排轉(zhuǎn)速、啟停風(fēng)機(jī)、加減料層厚度等負(fù)荷調(diào)整策略，鍋爐操作人員根據(jù)預(yù)測(cè)系統(tǒng)中的信息提前調(diào)整鍋爐運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)蒸汽能源按需供應(yīng)。

4、結(jié)語

通過蒸汽預(yù)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)用，鍋爐操作人員可以實(shí)時(shí)掌握未來蒸汽負(fù)荷的變化趨勢(shì)并提前對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，有效解決蒸汽供需不平衡的問題，蒸汽有效利用率由原有的90.21%提升至98.23%，蒸汽精準(zhǔn)供應(yīng)水平大幅提升的同時(shí)還降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本和污染物排放，實(shí)現(xiàn)了蒸汽產(chǎn)供模式的精益化。

參考文獻(xiàn)

[1]馮凝.我國(guó)能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2021，29 （12）：130-131

[2]王夢(mèng)柯.大型制造企業(yè)蒸汽智能供應(yīng)策略優(yōu)化的研究與應(yīng)用[D].浙江理工大學(xué)，2020.