能源管理中心在铜冶炼企业的建设与应用.pdf

2 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第8 期 d o j l O ．3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 0 ．0 8 ．0 0 4 能源管理中心在铜冶炼企业的建设与应用 曲贞为1 ，陈迎武1 ，张煜1 ’2 ，李俊杰1 1 ．阳谷祥光铜业有限公司，山东聊城2 5 2 0 0 0 ；2 ．中南大学化学化工学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要根据能源生产工艺和控制要求，阳谷祥光铜业有限公司建设了公司级管控一体化能源管理中心， 实现了集中调度、能源优化、重点站所无人化值守。采用中央以太网和工业以太网相结合的网络架构， 将网络速度和使用效率最大化，确保网络的稳定性和可靠性；通过扁平化管理模式，实时了解能源需求 和消耗状况，提高了能源介质的利用率，有效降低氧气、蒸汽等的放散，产品综合能耗指标得到降低，一 期和二期制氧的电单耗也分别由o ．4 1 2 和o ．5 3 9k w h ／m 3 降至o ．3 9 5 和o ．4 8 3k W h ／m 3 。 关键词能源管理中心；管控一体；调度；扁平化；能源介质 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 0 0 8 一0 0 2 0 0 5 C o n s t r u c t i o na n dA p p l i c a t i o no fE n e r g yM a n a g e m e n tC e n t e r i nC o p p e rS m e l t i n gE n t e r p r i s e s Q UZ h e n w e i l ，C H E NY i n g w u l ，Z H A N GY u l “，L IJ u n j i e l 1 ．Y a n g g uX i a n g g u a n gC o p p e rC o ．，L t d ．，L i a o c h e n g2 5 2 0 0 0 ，S h a n d o n g ，C h i n a ； 2 ．C o l l e g eo fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt or e q u i r e m e n t so fe n e r g yp r o d u c t i o nt e c h n o l o g ya n dc o n t r o l ，Y a n g g uX i a n g g u a n gC b p p e r C b ．，L t d ．，e s t a b l i s h e sa ni n t e g r a t e de n e r g ym a n a g e m e n ta n dc o n t r o lc e n t e r ，w h i c hr e a l i z e sc e n t r a l i z e ds c h e d u l i n g ， e n e r g yo p t i m i z a t i o n ， a n dk e yn o n - h u m a n i z a t i o ns t a t i o n s ． T h ee n e r g ym a n a g e m e n tc e n t e r a d o p t sn e t w o r k a r c h i t e c t u r ec o m b i n i n gc e n t r a le t h e r n e ta n di n d u s t r i a le t h e r n e tt om a i m i z en e t w o r ks p e e da n de f f i c i e n c y ，a n d e n s u r es t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo fn e t w o r k ． T h r o u g hf l a tm a n a g e m e n tm o d e ， r e a 卜t i m eu n d e r s t a n d i n go fe n e r g y d e m a n da n dc o n s u m p t i o ns t a t u sc a ne f f e c t i v e l yr e d u c ee m i s s i o no fo x y g e na n ds t e a m ，i m p r o v eu t i l i z a t i o nr a t eo f e n e r g ym e d i u m ，a n da c h i e V eo b V i o u se n e r g ys a v i n ge f f e c t ．C b m p r e h e n s i v ee n e r g yc o n s u m p t i o ni n d e xo fp r o d u c ti s r e d u c e d ，a n du n i tp o w e rc o n s u m p t i o no fo x y g e np r o d u c t i o no ff i r s ta n ds e c o n ds t e pi sr e d u c e df r o mo ．4 1 2k w h ／m 3 a n do ．5 3 9k W h ／m 3t oo ．3 9 5k w h ／m 3a n do ．4 8 3k W h ／m 3 ，r e s p e c t i v e l y ． K e yw o r d s e n e r g ym a n a g e m e n tc e n t e r ；m a n a g e m e n ta n dc o n t r o li n t e g r a t e d ；s c h e d u I i n g ；f l a t t i n g ；e n e r g ym e d i u m “节能降耗、保护环境”，已然成为有色金属冶炼 企业技术进步和可持续发展的必然选择“，传统的 企业能源管控方式已不能满足现阶段的节能需求，利 用智能化、信息化等“两化融合”手段‘5 3 提高企业能源 管理水平、促进节能降耗成为了节能降耗的主要研究 收稿日期 基金项目 作者简介 方向。2 0 1 5 年至2 0 2 0 年，工信部牵头拟在铜冶炼企 业建设约1 5 个企业能源管理中心。2 0 1 8 年，工信部 也率先将企业应建立能源管理中心建设体现在铜冶 炼行业规范条件。目前已有多家铜冶炼企业建设了 能源管理中心，其中，阳谷祥光铜业有限公司 以下简 2 0 2 0 一0 4 2 7 工信部有色金属行业节能与绿色标准研究项目 工信厅节函[ 2 0 1 7 ] 6 0 1 号 曲贞为 1 9 7 4 一 ，男，山东临清人，工程师；通信作者张煜 1 9 8 2 一 ，男，山东阳谷人，高级工程师 万方数据 2 0 2 0 年第8 期有色金属 冶炼部分 h l t I ／／y s y l ．1 g r i m m ．c n 2 1 称祥光铜业 企业能源管理巾心是国内建设并通过验 收的第一家铜冶炼行业能源管理项目。祥光铜业能 源管理中心是一个集过程监控、能源管理、能源调度 为一体的公司级管控一体化计算机系统i 。，主要包 含管控一体化能源调度管理平台、现场数据采集子 站、现场控制系统基础自动化改造、新增能源计量点、 工业视频监控等子项。监控管理的能源介质主要有 天然气、氧气、蒸汽、氮气、压缩空气、水、电力等。 1 能源管理中心在祥光铜业的建设 祥光铜业现场节能T 作基础好，能源训‘量设施 基本齐全，但是对于全厂的能源运行状态缺乏全面 有效监控，制氧、动力运行分散，能源介质利用效率 较低。例如氧气、氮气、氧气、蒸汽、压缩空气、T 业 新水 中水 、除盐水、纯水的生产转换和使用相对独 立，缺少集中一贯的管理节能手段。 能源管理中心的建成改变了传统分散的能源管 理组织方式，实现扁平化的公司管理模式，实时了解 企业的能源需求和消耗状况，对能源管理的方式和 方法进行优化，改进能源平衡的技术手段，提高能源 介质的利用率和能源合理利用水平。 1 ．1 能源管理中心的总体设计原则 能源管理中心的设计严格按照规划设计方案进 行，确保投运后中心真正实现集巾调度、分散控制、 优化能源的平衡。设计巾主要考虑以下几个方面 1 在未来可预见的时期内，根据公司生产r 艺 改造对能源的监控、调度和管理的需要能够对能源 管理中心进行扩展。 2 能源管理巾心应该具有适用性、n 丁靠性和町 维护性，通过采用目前成熟的新技术和设备，满足能 源生产工艺和控制的要求。 3 在用户和管网系统的适当位置加装必要的计 量装置，达到能源供需平衡调度管理和能源计量管 理的目的，保证能源供需数据的正确和完整。 4 采用分布式、客户朋艮务器的系统结构 见图1 ， 管理范同覆盖公司全厂区。 5 根据现场实际开发“氧气优化模块”对制氧系 统节能进行优化管理。 图l能源管理中心结构图 F i g ．1D i a g r a mo fe n e r g ym a n a g e m e n tc e n t e r 1 ．2 能源管理中心网络构成 祥光铜业能源管理巾心采用1 二业以太网和中央 标准以太网两层结构、客户端／月艮务器和浏览器／月艮 务器相结合的架构。 1 ．2 ．1 中央以太网网络架构 中央以太网用于连接l ／ 服务器、历史数据库 服务器、实时数据库服务器、应用服务器、操作站、 丁程师站、能源管理站、网络打印机、G P S 设备等。 I ／ 及w E B 服务器等各种服务器、电力操作站、T 程师站、动力操作站、给排水操作站、总调度操作 站、能源管理站等通过U T P 电缆直接挂在中央以 太网匕。 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第8 期 1 ．2 ．2 工业以太网网络架构 工业以太网 工控网 采用百兆单模光口工业级 交换机 西门子S C A I 。A N C E 系列 ，按照环形加星 形结构进行设计，用于连接所有现场设备 P I 。 、通 信计算机 、I ／ 服务器等。工业环网是一种网络结 构，网络中的设备互联成闭合的环路，有的甚至不止 一个闭合的环路，当网络上的任一节点故障，网络断 开一处，联网的设备依然可以通过其他途径T 作，城 市的供电系统、互联网等网络结构就是如此。如发 电厂的输电线路出厂有两条，一左一右，沿途向用户 供电，两条线路在中间汇合，形成一个环网，只要线 路中有一处断开，供电依然正常，即环网提高了可 靠性。 在实际应用中，祥光铜业企业能源管理中心的 丁业环网配置了2 台核心交换机。当工业环网中某 一节点发生故障时，可继续维持网络的通畅，而且在 切换过程中，基本能够做到无缝切换，能够确保网络 的稳定性、安全性及可靠性。整个T 业网络按单模 设计。环网主站点直接用光口互连，其余子站点可 以用光电收发器连接 见网2 。 l j 精炼主控室 E M S 0 8 0 1 I jl 簟蟹 纯水站主控室电解二主控室 E M S 0 6 0 1F M S 0 5 一0 1 } 一r ⋯一j j 电解一期高配站硫酸二期高配站 E M S 0 5 0 2E M S 0 5 1 0 图2 工业以太网网络架构图 F i g ．2D i a g r a mo fi n d u s t r i a le t h e r n e tn e t w o r ka r c h i t e c t u r e 1 ．2 ．3 能源管理中心各站点管理模式定位 电力系统、动力系统、水系统按照现场实际管理 模式确定，详见表1 。 表1能源管理中心各站点管理模式 T a b l el M a n a g e m e n tm o d eo fe a c hs i t eo f e n e r g ym a n a g e m e n tc e n t e r 2 能源管理中心在祥光铜业的应用 2 ．1 能源管理中心应用系统 能源管理中心应用系统主要包含人机画面、 设备操作、报警、数据归档、报表、数据查询等功 能。以设备操作功能为例 见图3 ，设备的操作控 制联锁主要在各工艺单元内完成，E M S 内主要完 成操作控制功能。如供配电系统的信号是通过通 讯方式传输的，在E M S 系统内只经过计算机的处 理，所有操作和控制联锁应该在变电所的自动化 系统内完成。 万方数据 2 0 2 0 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 3 设备操作功能监控画面 普通操作 调节阀操作 设备状态、潮流显示 点击设备，弹出相应的操作窗 图3 能源管理中心设备操作流程图 F i g ．3E q u i p m e n to p e r a t i o nf l o wc h a r to f e n e r g ym a n a g e m e n tc e n t e r 2 ．2 能源管理中心作用及效果评价 能源管理中心采用目前主流的B ／S 结构分布式 应用，包括系统安装、修改和维护。根据企业不同的 生产工艺及能源管理要求可进行灵活配置，并根据 企业不同的业务需求对数据进行整合分析与报表输 出，主要配置维护包括 1 计量点增删维护 S C A D A 上传点与抄表计 量点 ； 2 主要用能单位 二级计量单位 、工序的维护； 3 能源介质维护； 4 数据项逻辑维护 主要包括实绩数据项、能源 平衡数据项、能源计划数据项、能源指标数据项及其 他能源数据项逻辑计算配置 ； 5 输出数据维护 画面输出可进行二次开发扩 展、报表输出可通过维护报表模板进行自定义报表 输出 ； 6 其它基础信息维护，如能源属性、位置单元、 时间粒度维护等，通过配置方式灵活实现系统的各 项管理功能； 7 用户维护 可增加软件系统用户并对系统模 块功能进行权限控制 。 祥光铜业能源管理中心建成运行后，通过合理 用能调度，节能管理效果明显，产品综合能耗指标逐 步降低，制氧的电单耗也降低明显。在此将能源管 理中心运行前后近半年 2 0 1 3 年1 2 月至2 0 1 4 年5 月和2 0 1 4 年1 2 月至2 0 1 5 年5 月 的用能情况与制 氧能耗数据进行了对比，结果见表2 和表3 。 能源管理中心实现了对氧气生产、消耗环节的 直接优化调度，提高了氧气利用率，降低了制氧的耗 电量。2 0 1 3 年1 2 月至2 0 1 4 年5 月，制氧车间一期 氧气电单耗为o ．4 1 2k W h ／m 3 ，二期氧气电单耗为 0 ．5 3 9k W h ／m 3 。2 0 1 4 年1 2 月至2 0 1 5 年5 月，制氧 一期产氧气1 4 89 9 4 1 0 3m 3 ，耗电58 7 3 万k W h ， 氧气电单耗为o ．3 9 5k w h ／m 3 ，制氧二期产氧气 1 2 27 3 1 1 0 3 m 3 ，耗电59 9 4 万k w h ，氧气电单耗 为o ．4 8 3k w h ／m 3 。氧气利用率较前期提高2 ．2 8 ％。 通过计算可得，半年时间内，制氧一期和制氧二期 的节电量分别为1 1 9 ．2 万k 、Ⅳh 和13 1 3 ．2 万k W h ；氧 气利用率提高2 ．2 8 ％带来的节电量为2 7 0 ．6 万k 帆。 三项合计，半年来制氧优化直接产生的节电量为 17 0 3 万k W h ，折标准煤20 9 3t 。 表2能源管理中心运行前用能情况及制氧能耗数据 T a b l e2 E n e r g yc o n s u m p t i o na n de n e r g yc o n s u m p t i o nd a t ao fo x y g e np r o d u c t i o nb e f o r e 0 p e r a t i o nO fe n e r g ym a n a g e m e n tc e n t e r 日期_ 丽瓦二嵩芋丘 塑等1 豕i 兰螽兰望坐写杀1 采兰兰翥丛堕塑≤着等氧气利用率，％ 一。 制氧一期制氧二期制氧一期制氧二期制氧一期制氧二期 ”。⋯⋯⋯ 2 0 l3 年l2 月l0 1 37 6 62 57 3 z1 20 9 70 ．3 9 4O ．6 3 38 6 ．3 3 2 0 1 4 年1 月 10 2 95 6 82 20 7 580 3 2O ．3 8 90 ．6 0 28 7 ．0 3 2 0 1 4 年2 月 9 2 56 0 9194 2 786 8 0o ．3 9 5O ．6 1 68 6 ．0 4 2 0 1 4 年3 月l0 2 26 4 8 2 10 5 71 l0 8 8 o ．4 0 8 o ．6 0 18 5 ．9 0 2 0 1 4 年4 月 9 9 58 7 82 08 2 11 69 0 50 ．4 1 0O ．5 5 58 6 ．0 6 2 0 1 4 年5 月 10 0 28 7 42 01 2 01 76 1 3O ．4 2 0O ．5 3 58 6 ．2 1 6 个月合计 59 8 6 43 4 312 92 3 27 44 l5 ～ 一一 6 个月平均 9 9 7 ．77 2 3 ．82 15 3 8 ．7124 0 2 ．5o ．4 0 3O ．5 98 6 ．2 6 型囹一一一囹囹一一一一一 万方数据 2 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第8 期 表3 能源管理中心运行后用能情况及制氧能耗数据 T a b l e3E n e r g yc o n s u m p t i o na n de n e r g yc o n s u m p t i o nd a t ao fo x y g e np r o d u c t i o na f t e r o p e r a t i o no fe n e r g ym a n a g e m e n tc e n t e r 3结语 阳谷祥光铜业企业能源管理中心打破传统的企 业能源管控方式，利用两化深度融合手段，通过采用 扁平化管理模式，实时了解能源需求和消耗状况，节 能效果明显，产品综合能耗指标得到降低，一期和二期 制氧电单耗分别由o ．4 1 2k w h ／m 3 和o ．5 3 9k W h ／m 3 降 至o ．3 9 5k w h ／m 3 和o ．4 8 3k w h ／m 3 ，使能源的合理 利用达到一个新的水平，加快了企业现代化的进程， 是发展循环经济的助推器，并助推企业实现节能减 排的目标。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 郭学益，田庆华，刘咏，等．有色金属资源循环研究应用 进展[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 19 ，2 9 9 1 8 5 9 1 9 0 1 ． G U 0XY ，T I A NQH ，I 。I UY ，e ta 1 ．P r o g r e s si n r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fn o n f e r r o u sm e t a lr e s o u r c e s r e c y c l i n g [ J ] ． T h ec h i n e s eJ o u r n a lo fN o n f e r r o u s M e t a l s ，2 0 19 ，2 9 9 1 8 5 9 1 9 0 1 ． 马昌盛．强化节能降耗一助推有色金属工业可持续发展 口] ．节能与环保，2 0 1 3 3 4 0 一4 1 ． ⅣI ACS ．S t r e n g t h e n e n e r g yc o n s e r v a t i o na n dr e d u c e c o n s u m p t i o n B o o s t t h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o f n o n f e r r o u sm e t a li n d u s t r y [ J ] ． E n e r g yS a v i n ga n d E n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o n ，2 0 1 3 3 4 0 一4 1 ． 农光师．有色金属节能减排技术探讨[ J ] ．世界有色金 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 属，2 0 1 9 4 1 9 2 0 ． N N GGS ．D i s c u s s i o no ne n e r g ys a v i n ga n de m i 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