水泥行業(yè)是高能耗產(chǎn)業(yè)，水泥行業(yè)的能源消耗約占世界能源消耗總量的2%。我國的水泥生產(chǎn)能源消耗約占全國能源消耗總量的7%， 在水泥企業(yè)中能耗成本占生產(chǎn)成本近40%～70%，與國際先進(jìn)水平相比，主要單位產(chǎn)品能耗指標目前仍普遍高15%～20%。主要存在的問(wèn)題為能源利用效率低、節能改造沒(méi)有達到預期效果，能效管理信息化、智能化等“兩化”水平低，能效分析手段不夠豐富，能效管理平臺與節能改造沒(méi)有形成一個(gè)有效的融合。因此需要一個(gè)能夠針對水泥行業(yè)的、能夠涵蓋能效管理全方位的水泥能源管理系統解決方案。

1 能效管理方案綜述

本方案立足于水泥行業(yè)能效管理現狀，通過(guò)添加或優(yōu)化煤、電、油的能源數據采集及監控子系統，實(shí)現從廠(chǎng)區、水泥生產(chǎn)線(xiàn)、生產(chǎn)工藝到磨主電機等高能耗設備的四級能耗監控，達到能耗過(guò)程的透明化、可視化;在監控系統之上添加專(zhuān)業(yè)的基于大數據的能效管理及分析平臺，用于實(shí)現能效大數據的全面分析與管理，建立能夠反映具體能效水平的能耗指標評價(jià)體系，旨在解決目前企業(yè)能效管理方面存在數據實(shí)時(shí)性不高、能源管控不到位、能源優(yōu)化調度不完善、能效管理與分析不深入、系統功能單一等問(wèn)題，提高企業(yè)節能降耗的技術(shù)水平和創(chuàng )新能力，提升企業(yè)管理的信息化、智能化水平;根據能效管理系統提供的數據分析做支撐進(jìn)行有效的能源優(yōu)化及更切合實(shí)際的節能改造，最終形成一個(gè)如良性且閉環(huán)的能效管理體系，使企業(yè)達到節能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高競爭力的目的。

2 能效管理方案實(shí)現

該方案的整體功能由數據采集及控制層、能效監控層、能效數據分析層三部分來(lái)實(shí)現。

2.1 數據采集及控制層

　　2.1.1 數據采集部分。用于對能效管理相關(guān)的基礎數據的采集，包括原料破碎、生料制備、熟料鍛燒、水泥制成等生產(chǎn)工序類(lèi)的相關(guān)工藝參數以及包括生活區、廠(chǎng)房等耗能對象的能源類(lèi)相關(guān)參數。概括為以下三類(lèi)：

　　工藝參數類(lèi)：包括各主要工序環(huán)節的溫度、壓力、濕度、含塵濃度、氣體成分等，如窯尾預熱器一級旋風(fēng)筒出口含塵濃度和氣體成分在線(xiàn)檢測、窯頭窯尾余熱利用溫度和氣體流量在線(xiàn)監測、回轉窯溫度在線(xiàn)監測、水泥磨內溫度和濕度在線(xiàn)監測、磨輥溫度在線(xiàn)監測等。

　　質(zhì)量參數類(lèi)：包括各類(lèi)原燃料成分、生料成分的檢測。石灰石等各主要原料的成分檢測、生料分析、煤質(zhì)分析等。

　　能源使用類(lèi)：包括煤、電、水、氣的計量，此部分作為能效管理系統最重要的采集內容，范圍覆蓋廠(chǎng)區、水泥生產(chǎn)線(xiàn)、各工序和重點(diǎn)能耗設備的四級能耗計量。其中電量的采集在能源類(lèi)占的比重最大，計量點(diǎn)分布廣泛，主要包括以下三個(gè)子系統的計量?jì)热荩?/span>

　　第一，供配電系統。包括總降站及各生產(chǎn)線(xiàn)電力室的進(jìn)線(xiàn)、重要出線(xiàn)、饋線(xiàn)且含低壓側損耗部分，實(shí)現區域用電、產(chǎn)品線(xiàn)用電、工序用電及設備端用電的四級監控。從原料破碎、“兩磨一燒”到包裝發(fā)運的每一個(gè)工藝環(huán)節以及從石灰石破碎機，循環(huán)風(fēng)機、磨主電機到熟料皮帶機等每一個(gè)高耗能生產(chǎn)設備，都做到逐級有序的計量與監測。主要監測數據包括電度量、三相電壓、三相電流、功率、頻率、功率因數等參數。對于重要負荷會(huì )添加電能質(zhì)量監測儀進(jìn)行電能質(zhì)量監視，可以及時(shí)發(fā)現電能質(zhì)量問(wèn)題，并對供電設備遙信信號、報警信號進(jìn)行采集，實(shí)現設備運行的透明化。

　　第二，空調系統。對水泥廠(chǎng)空調站的鍋爐、泵、冷卻塔、空調等高耗能設備進(jìn)行電度量及設備運行狀態(tài)的采集，做到實(shí)時(shí)監控，并采集電機的電流、電壓、功率、諧波等數據，分析電機的運行情況是否正常，及時(shí)改善電機的運行狀態(tài)。

　　第三，壓縮空氣。采集空壓機設備的電度量、報警信息及設備運行狀態(tài)，對空壓機進(jìn)行遠程實(shí)時(shí)監控，能夠控制電機的啟停，采集電機的電流、電壓、功率、諧波等數據，分析電機的運行的情況是否正常，及時(shí)改善電機的運行狀態(tài)。

　　2.1.2 智能控制及能效優(yōu)化部分。增加智能總控單元、就地顯示單元、變頻調速單元、電能質(zhì)量提升單元、余熱利用等成套設備，并與上層能效監控及分析系統相結合，通過(guò)對影響用能負荷參數的自動(dòng)采集、傳輸、存儲、匯總和分析，及時(shí)調整和優(yōu)化供能系統的運行，實(shí)現智能起停機、負荷分配、按需供能、提升供能質(zhì)量、設備運行調節、余熱發(fā)電等功能，并最終達到用能優(yōu)化、降低能耗。主要包括以下三個(gè)實(shí)現模塊：

　　第一，供配電系統。對于負載變化較大的高壓電機，比如原料磨的循環(huán)風(fēng)機、磨主電機等，根據設備的負荷變化及運行工況進(jìn)行變頻改造，提升用電效率，并關(guān)注低壓側的電機的負載情況，低壓變頻改造價(jià)格低、投資回收期短且節能效果明顯，應優(yōu)先考慮。

　　第二，電能質(zhì)量提升。部分10kV高壓設備如水泥磨、破碎機的沖擊負荷高，電壓波動(dòng)范圍大，應采用響應時(shí)間較快的無(wú)功補償裝置，做到無(wú)功補償動(dòng)態(tài)響應，改善廠(chǎng)內電能質(zhì)量，提高功率因數。并覆蓋低壓側變壓器與用電設備的無(wú)功補償，盡量做到就地補償，做好功率因數和無(wú)功補償實(shí)時(shí)監控工作，減少電能損耗。

　　第三，智能控制。采用智能控制單元PLC+人機界面的控制技術(shù)，根據用戶(hù)實(shí)際情況自動(dòng)設置設備開(kāi)機時(shí)間，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節動(dòng)力設備的輸出，保證空調系統等隨時(shí)處于最佳運行狀態(tài)，減少設備機械損耗，減少維護量，延長(cháng)系統壽命。

2.2 能效監控層

能效監控中心作為整個(gè)方案成果的重要展示平臺，由能源流監控工作站、生產(chǎn)工藝流監控工作站、供配電監控工作站、動(dòng)力系統監控工作站、建筑能耗監控工作站等多個(gè)分項分類(lèi)的能源監控工作站以及工業(yè)庫、服務(wù)器、大屏幕系統等基礎設施組成。通過(guò)對生產(chǎn)運行各個(gè)環(huán)節的能源介質(zhì)（包括電、煤、水、汽等）的采集、存儲、統計，能夠在線(xiàn)監測整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)能耗動(dòng)態(tài)過(guò)程，實(shí)現能源消耗過(guò)程的透明化、可視化，并通過(guò)總控單元和監控系統的邏輯控制功能對工藝和設備進(jìn)行優(yōu)化調節和過(guò)程控制，最終實(shí)現能源監控運行的信息化、智能化。 　　

2.3 能效數據分析層

　　能效數據分析層是在能效監控層之上，根據水泥行業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和應用場(chǎng)景，為了滿(mǎn)足該行業(yè)不同用戶(hù)的客制化需求，采用了分層組件式軟件架構模式，專(zhuān)門(mén)服務(wù)于能效大數據分析和能效管理的Portal平臺。

　　能效分析系統用于對能效監控系統所采集的各種能效數據進(jìn)行全面的更深層次的多維度分析，掌握能源消耗的數量與構成、分布與流向，通過(guò)多種類(lèi)比找出企業(yè)用能中存在的問(wèn)題與不足，查清企業(yè)節能潛力。通過(guò)制定能源計劃、能源實(shí)績(jì)管理、產(chǎn)品單耗管理、能源成本管理、對標管理、能效分析等功能，建立企業(yè)的用能考核管理體系，并服務(wù)于能源審計和節能改造項目，為企業(yè)相關(guān)的節能項目提供數據及理論支撐，形成一個(gè)閉環(huán)的能效管理體系，最終達到持續改善企業(yè)用能環(huán)境，為企業(yè)提供更好的產(chǎn)品附加值。

3 能效管理方案應用

　　四川某大型水泥廠(chǎng)擁有三條日產(chǎn)5000噸的熟料新型干法生產(chǎn)線(xiàn)，年產(chǎn)水泥600萬(wàn)噸，該廠(chǎng)是典型的用能大戶(hù)，煤、電、水的費用合計占總成本的70%，能效管理很粗放，只具備較完善的一級計量，二級和三級計量都有很大的補充空間，且沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的能效管理系統，沒(méi)有形成有效的能耗監控和數據分析，不能為企業(yè)的節能改造和實(shí)施方案提供科學(xué)合理的技術(shù)支撐，因此該企業(yè)所具備的節能空間和技改方案并沒(méi)有最終的確認和執行。

　　基于此，采用上述的水泥行業(yè)能效管理方案，首先建立一個(gè)完善的涵蓋能源采集、控制、監控及能效分析于一體的能效監控分析平臺，滿(mǎn)足該企業(yè)能效管理的可視化、信息化、智能化，能夠實(shí)現多維度的能效分析及能效閉環(huán)管理功能。然后通過(guò)能效管理系統提供的精細化的數據支撐和能效分析結果，再與其他能源診斷技術(shù)相結合，確認該企業(yè)主要的能耗問(wèn)題表現在變壓器負載率不高、窯尾高溫風(fēng)機和窯頭排風(fēng)機負載率較低、磨機風(fēng)機未處于經(jīng)濟運行狀態(tài)、部分高壓風(fēng)機（如原料磨的循環(huán)風(fēng)機）未進(jìn)行變頻改造、電能質(zhì)量低、低壓側損耗高等情況。

　　針對上述問(wèn)題采取了配電變壓器的淘汰更新、高效電動(dòng)機的更換、電動(dòng)機變頻改造、建立平衡與優(yōu)化分析系統、優(yōu)化相關(guān)水泥生產(chǎn)控制系統、添加無(wú)功補償系統等一系列節能改造措施，為企業(yè)帶來(lái)較大的節能效果。 　　

4 結語(yǔ)

　　 一個(gè)合理的能效管理方案確實(shí)能夠為企業(yè)帶來(lái)較大價(jià)值，因此在制定能效管理方案時(shí)應以能夠實(shí)現節能為實(shí)施的最終目標，并不能簡(jiǎn)單地作為一個(gè)能夠進(jìn)行能源監控的SCADA系統，因此只有把管理的信息化、智能化與實(shí)實(shí)在在的節能技術(shù)融合在一起且能夠形成良性的互動(dòng)，才能夠真正發(fā)揮能效管理系統的價(jià)值，才能在水泥行業(yè)進(jìn)行有效的推廣，進(jìn)而為該行業(yè)的節能減排帶來(lái)更大的效果，同時(shí)也為社會(huì )創(chuàng )造更大的價(jià)值。