淺析水泥廠能耗及管理的發(fā)展趨勢

賈永讓

（酒鋼宏達(dá)建材有限責(zé)任公司，甘肅酒泉735000）

淺析水泥廠能耗及管理的發(fā)展趨勢

賈永讓

（酒鋼宏達(dá)建材有限責(zé)任公司，甘肅酒泉735000）

水泥廠在生產(chǎn)水泥時會消耗大量的燃料，是高能耗產(chǎn)業(yè)。水泥生產(chǎn)企業(yè)最大的挑戰(zhàn)是能源消耗（熱能和電能消耗），約占水泥生產(chǎn)企業(yè)成本的一半以上。據(jù)調(diào)查國內(nèi)的水泥生產(chǎn)能源消耗約占全國能源消耗總量的7%，水泥生產(chǎn)總能耗中，熟料生產(chǎn)約占70%－80%。在過去的10年中，水泥綜合能耗約下降12.6%，但是綜合電耗下降水平不大，主要原因是水泥行業(yè)自動控制水平有了很大的提高，同時也說明了水泥行業(yè)的節(jié)能潛力巨大。在水泥行業(yè)自控工藝水平提升的同時，各大企業(yè)對該行業(yè)的高能耗降耗問題也提到一個新高度。借助于新技術(shù)、新儀器設(shè)備等的科技手段，讓生產(chǎn)工藝過程更加穩(wěn)定合理，進(jìn)而取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。文中對水泥生產(chǎn)自控水平的提升及能耗分析管理進(jìn)行綜述。

水泥行業(yè)；能耗分析；管理

1 引言

隨著水泥行業(yè)工藝技術(shù)的進(jìn)步，自動控制的重要性日益凸顯。電氣自動化裝備與技術(shù)的不斷發(fā)展，為水泥生產(chǎn)新工藝的推廣應(yīng)用和完善創(chuàng)造了條件，使企業(yè)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到了新的高度。

得益于先進(jìn)的自控技術(shù)，水泥行業(yè)的生產(chǎn)過程越來越高效、迅捷。極大地提高了生產(chǎn)效率，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)中人員成本的投入；現(xiàn)在，工作人員可遠(yuǎn)程集中對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，工作環(huán)境得到極大改善，勞動強(qiáng)度也大大降低了。但是，水泥廠在生產(chǎn)水泥時會消耗大量的燃料，水泥生產(chǎn)企業(yè)最大的挑戰(zhàn)是降低能源（熱能和電能消耗）消耗，能源的投入約占水泥生產(chǎn)企業(yè)成本的一半以上。而據(jù)調(diào)查國內(nèi)的水泥生產(chǎn)能源消耗約占全國能源消耗總量的7%，水泥生產(chǎn)總能耗中，熟料生產(chǎn)約占70%－80%。在過去的10年中，水泥綜合能耗約下降12.6%，但是綜合電耗下降水平不大，這點也說明了水泥行業(yè)的節(jié)能潛力巨大。

2 水泥廠自動控制系統(tǒng)及能耗特點

水泥廠自動控制系統(tǒng)的劃分。根據(jù)水泥廠工藝流程特點，一般將主要生產(chǎn)線劃分成4－5個集中控制系統(tǒng)：

①原料制備系統(tǒng)：包括石灰石破碎及原料入庫；

②生料制備系統(tǒng)：由原料配料庫經(jīng)原料粉磨至生料庫頂止；

③燒成系統(tǒng)：由生料均化庫庫底出料，經(jīng)窯尾及廢氣處理 ，喂料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯、熟料破碎至熟料庫頂止，還包括煤粉制備系統(tǒng)；

④水泥粉磨系統(tǒng)：由熟料庫底出料，經(jīng)水泥磨、水泥輸送至水泥頂止；

⑤水泥包裝系統(tǒng)：水泥庫底至水泥包裝 ，包括散裝庫。

水泥廠主機(jī)和重點耗能設(shè)備如表1所示。

表1 耗能設(shè)備表

典型水泥企業(yè)主要消耗的能源有原煤、電力，還有少量柴油。原煤主要用于熟料燒成系統(tǒng)；電力用于原料破碎與輸送、生料粉磨、煤粉制備、熟料煅燒、水泥粉磨、水泥包裝、產(chǎn)品出廠等各工序，其在生產(chǎn)過程中的消耗比如圖1所示；柴油用于燒成系統(tǒng)點火升溫、礦山鏟裝或倒運(yùn)設(shè)備等。

根據(jù)大多數(shù)水泥企業(yè)能源消耗狀況的分析，典型水泥企業(yè)電力消耗占綜合能源消耗量的5.90%，原煤消耗占綜合能源消耗量的93.61%，燃料油消耗占綜合能源消耗量0.49%。加強(qiáng)用電、煤的管理和使用，是水泥企業(yè)節(jié)能降耗管理工作的重要內(nèi)容。

圖1 生產(chǎn)過程電量消耗百分比柱形圖

3 水泥廠能耗現(xiàn)狀

目前，除了少數(shù)陳舊的小型水泥廠外，多數(shù)中大型水泥企業(yè)采用健全的DCS自動控制系統(tǒng)對每個生產(chǎn)工序過程進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，已達(dá)到對各生產(chǎn)工序的用能情況進(jìn)行監(jiān)測和控制的目的。如通過對回轉(zhuǎn)窯煅燒系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測、分析，以達(dá)到合理利用煤粉，降低煤粉的噸熟料消耗量；并合理調(diào)整煤炭能源購入和庫存管理，有效減少能源購入資金占用，為降低成本起到積極作用。

多數(shù)水泥企業(yè)總降電力室有一套一次變檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對總降電源進(jìn)線電能工況及各電力室母線進(jìn)線電能工況進(jìn)行監(jiān)測。相當(dāng)一部分水泥企業(yè)在生產(chǎn)線各電力室層面和重點用能設(shè)備層面缺少一套完善的電能采集系統(tǒng)，多數(shù)情況下是對特別受關(guān)注的重點耗能設(shè)備的電能消耗采用人工定時抄表的方式對班次或日用電量的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工采集，再用手動計算的方式來進(jìn)行計量。這種計量方式存在計量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、人為誤差較大等問題，對能源的管控沒有太大的實際意義。

能耗統(tǒng)計指標(biāo)主要有噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗、噸熟料燒成實物煤耗、噸水泥綜合電耗等。噸熟料燒成實物煤耗的計算以當(dāng)月水泥生產(chǎn)所消耗的熟料為基準(zhǔn)，用當(dāng)月的原煤消耗量除以當(dāng)月熟料的產(chǎn)量所得。在對原煤成分分析的過程中，水分可對熱值產(chǎn)生較大的影響，在某個固定的范圍內(nèi)，熱值隨著水分含量的升高而降低，為降低水分的影響，用以分析的原煤數(shù)據(jù)通常以空氣干燥為基準(zhǔn)。在水泥的生產(chǎn)過程中綜合電能的消耗量，不僅包括水泥生產(chǎn)工序消耗的電量，還包括水泥生產(chǎn)消耗的熟料、混合材、石膏的電量消耗；此外還包括，水泥出廠時的包裝耗電量以及各項輔助用電量，如供水、機(jī)修、供熱等。在進(jìn)行產(chǎn)值能耗的分析時，為確保對比性，應(yīng)使能源消耗的統(tǒng)計口徑與產(chǎn)值的統(tǒng)計口徑一致，即能源消耗的計算應(yīng)和產(chǎn)值的計算同步。

4 建立完善能源管理平臺系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)測出不符合基準(zhǔn)值的能源消耗并及時做出調(diào)整和優(yōu)化。把提高能源效率和可持續(xù)發(fā)展作為契機(jī)來降低成本和提高生產(chǎn)力，管控好每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗非常重要。

優(yōu)化能源使用并減少相關(guān)成本的能源管理辦法包括以下幾個方面。

①實時監(jiān)測能源消耗的數(shù)據(jù)，并形成及時有效的數(shù)據(jù)報表，狀態(tài)圖標(biāo)等各種數(shù)據(jù)形式，提供有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

②和同類型的兄弟企業(yè)比較、不同產(chǎn)線、和不同負(fù)載的能源消耗和成本，找到需要優(yōu)化的環(huán)節(jié)。

③水泥行業(yè)能耗對標(biāo)分析。

④使用替代能源，如余熱發(fā)電、燃煤工業(yè)（窯爐）改造、余熱余壓利用、電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能、能量系統(tǒng)優(yōu)化、除塵系統(tǒng)改造等項。

⑤制定能源消耗目標(biāo)和能源使用計劃，改善和加強(qiáng)能源管理。

⑥完善重點能耗設(shè)備監(jiān)測及管理。

目前，大多數(shù)水泥廠需要一個統(tǒng)一的能源綜合管理平臺，即集生產(chǎn)調(diào)度與能源調(diào)度于一體的平臺，還要能夠反映具體能效水平的能耗指標(biāo)體系。能耗指標(biāo)體系包括覆蓋各種能源使用情況的諸多指標(biāo)，如能夠反映全廠能效水平的可比熱耗、可比電耗、單位水泥電耗、單位熟料電耗、位熟料熱耗、WHR發(fā)電量、單位熟料WHR發(fā)電量、CO2排放量、減少CO2排放量等；如能夠反映各車間能效水平的單位產(chǎn)量生料磨用電，單位產(chǎn)量水泥磨用電等；如能夠反映班組能效水平的各班單位產(chǎn)量電耗等。各個指標(biāo)應(yīng)該基于實時的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并通過專門的能源管理系統(tǒng)發(fā)布，使每天、每班組，甚至每小時能效指標(biāo)的具體數(shù)值可視化。

其次，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息量偏少，功能設(shè)計相對簡單。各配電室的電能表計量的數(shù)據(jù)還不完善，如對電能質(zhì)量的監(jiān)測，需要改造和補(bǔ)充，以實現(xiàn)電能到工序級、重點耗能設(shè)備級的計量。

5 建立有效的能效管理平臺系統(tǒng)

5.1 體系方面

5.1.1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)

首先，應(yīng)全面協(xié)調(diào)統(tǒng)一計量、統(tǒng)計過程中需要用到的各項數(shù)據(jù)的統(tǒng)計口徑，確保生產(chǎn)過程中各項統(tǒng)計工藝參數(shù)前后一致；其次，加強(qiáng)對原始錄入數(shù)據(jù)的重視程度，確保原始錄入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確性，同時加強(qiáng)對原始數(shù)據(jù)的保管與管理，避免因原始數(shù)據(jù)出錯而導(dǎo)致整個能源統(tǒng)計與管理工作的失誤。

5.1.2 加強(qiáng)對能源計量的管理

建立并完善系統(tǒng)的計量檢測體系，定期對企業(yè)所使用的能源計量器材進(jìn)行檢查、校準(zhǔn)，確保原始數(shù)據(jù)的正確性。

5.1.3 加強(qiáng)水泥制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新

技術(shù)創(chuàng)新是減少能源消耗的主要途徑，具體可以通過兩個方面來實現(xiàn)：①水泥制造業(yè)以技術(shù)創(chuàng)新為支點，并貫穿于整個行業(yè)的生產(chǎn)、加工、再利用等環(huán)節(jié)，淘汰或改進(jìn)一些高耗能低產(chǎn)出的設(shè)備，增加能源的節(jié)能減排，從而減少能源消耗；②通過科技創(chuàng)新，實現(xiàn)對新能源的開發(fā)和利用，加大對耗能高、污染大能源的替換，在源頭上實現(xiàn)能源的節(jié)約與環(huán)保。

5.2 軟件管理方面

能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)可對水泥生產(chǎn)企業(yè)的工藝設(shè)備、能源設(shè)備、能源介質(zhì)和物料數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，實現(xiàn)對工藝過程數(shù)據(jù)和生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、能源介質(zhì)的發(fā)生量與耗用量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、顯示和報警，對系統(tǒng)異常和事故進(jìn)行應(yīng)急處理等。該系統(tǒng)至少應(yīng)能直觀顯示以下幾個主要的方面。

圖形化監(jiān)控界面：能源數(shù)據(jù)監(jiān)控、生產(chǎn)過程監(jiān)控、關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、關(guān)鍵工藝監(jiān)控、能流監(jiān)控等。

能源趨勢：各種重要能源數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時趨勢、歷史趨勢，以實現(xiàn)各種參數(shù)數(shù)據(jù)的直觀表達(dá)和展示。

報表輸出：對各種監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并遵循系統(tǒng)使用者的要求以報表方式呈現(xiàn)。

監(jiān)控報警：對各種重要過程數(shù)據(jù)的閥值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)該數(shù)據(jù)的實時值超出閥值范圍時，及時產(chǎn)生報警，可根據(jù)實時值超限的實際情況產(chǎn)生不同級別的報警。并可對報警的數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯，方便對報警產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

5.3 管理的軟件分層

（1）能源數(shù)據(jù)采集層

該層是將分布在現(xiàn)場各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備通過DCS、PLC、SCADA、儀表等系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集上來并集中傳輸給總數(shù)據(jù)服務(wù)器，形成最基本的數(shù)據(jù)鏈。一方面該數(shù)據(jù)即可形成實時的狀態(tài)，顯示在人機(jī)操作界面上，方便操作人員直觀地監(jiān)視和控制現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)；另一方面該數(shù)據(jù)即可被存儲并傳輸特定準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)管理層，用于數(shù)據(jù)的分析和處理。

（2）能源數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)的計量與監(jiān)控：應(yīng)該包含數(shù)據(jù)的展示、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總、數(shù)據(jù)的報表輸出、數(shù)據(jù)的監(jiān)控報警等；

源數(shù)據(jù)分析后的管理：應(yīng)該包括能源計劃的制定、能源管理理論規(guī)范、能源平衡管理等；

本核算與目標(biāo)績效：包括定額管理、對標(biāo)管理、目標(biāo)管理、成本核算、績效管理、節(jié)能導(dǎo)向。

（3）能源數(shù)據(jù)決策層

經(jīng)過能源數(shù)據(jù)管理層的數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)提供至該層，由決策者從宏觀數(shù)據(jù)上對生產(chǎn)的數(shù)據(jù)做出及時有效的合理指令。

6 結(jié)束語

以煤炭消耗為主的水泥制造業(yè)在能源消耗和環(huán)境污染方面都存在比較大的問題。只有做好能源消耗與環(huán)保的分析管理，才能為水泥制造業(yè)下一步的經(jīng)營決策提供正確的參考信息，才能確保生產(chǎn)過程中將能源的消耗降到最低，獲得價格優(yōu)勢與發(fā)展機(jī)會，從而在激烈的競爭中立于不敗之地。為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展添磚加瓦。

［1］水泥廠節(jié)能減排措施.2013.

［2］某水泥廠技改工程項目.2014.

［3］水泥行業(yè)能源管理系統(tǒng)分析.2015.

Development trend of energy consumption and management in cement plant

JIA Yong－rang
（Gansu Jiu Steel Hongda Building Material Co.，Ltd.，Jiuquan 735000，China）

The cement plant consumes a lot of fuel in production of cement，and it belongs to the high energy consumption industry.The biggest challenge of the cement production enterprises is the energy consumption（the heat－energy and electricity－energy consumption），which accounts for more than half of the cost of the cement production enterprises.According to the survey of the markets，the cement production energy consumption accounts for about 7%of the total domestic energy consumptions，in which the clinker production accounts for about 70－80%.In the past 10 years，the comprehensive energy consumption of cement falls about 12.6%，but the level of the comprehensive electricity－energy consumption decreases slightly，the main reason is that the cement industry automatic control level has been greatly improved，which also shows that the potential of the energy saving in cement industry is huge.With the automation technology improvement of the cement production，the relevant major enterprises take the energy consumption to a new concerning height.With the help of the new technology，the new equipment and the other scientific and technological means，the production process and the technologies are more stable and more reasonable，and it gets more economic benefits.The development trend of the energy consumption and management in cement plant as well as the improvement of the self－control level of the cement production are presented.

cement industry；energy consumption analysis；management

TP273

：B

1005—7277（2017）01—0054—04

賈永讓（1968－），男，甘肅臨澤縣人，1991年畢業(yè)于西安冶金建筑學(xué)院，就職于酒鋼宏達(dá)建材有限公司水泥部，主要從事電氣技術(shù)管理工作。

2016－10－10