造紙企業(yè)能源管理中心建設探討與實踐

何東發(fā)

(永豐余造紙(揚州)有限公司，江蘇 揚州 225131)

1 建設背景

永豐余造紙(揚州)有限公司為了實現(xiàn)自身高質(zhì)量發(fā)展，需要對設備和工藝進行工業(yè)智能化升級改造，以滿足自身造紙工藝和能源管理運作需求；同時實現(xiàn)公司能耗數(shù)據(jù)在線與政府平臺的穩(wěn)定傳輸。

公司能源管理中心建設的創(chuàng)新點在于：能源在線監(jiān)測的所有功能均能滿足規(guī)范要求[1]，同時又符合公司多年來運作習慣需求，能夠?qū)崿F(xiàn)新的智能化監(jiān)測、智能化能耗分析與優(yōu)化方案的解決。

2 建設目的和設計原則

公司主要消耗的能源有煤炭、電力和蒸汽(熱力)等，建設能源管理中心的目的是將各種能源消耗的實時數(shù)據(jù)，通過有線或無線搭建工業(yè)通訊網(wǎng)絡，整合原有的SCADA、PLC、DCS和ERP等工業(yè)系統(tǒng)，將各系統(tǒng)上數(shù)據(jù)傳輸至新建的能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務器中進行處理。從而規(guī)避人為抄表誤差，降耗提效，減緩設備老化速度，利用系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價值，并通過優(yōu)化、改造和管理等手段來實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)節(jié)能增效。

能源管理系統(tǒng)建設的設計原則要求如下：整體性、先進性、前瞻性、穩(wěn)定性、可操作性、完整性、可查詢性、易維護性、數(shù)據(jù)安全性和成本控制等。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)功能分析

3.1 系統(tǒng)功能總要求

1)實現(xiàn)在線監(jiān)測功能：將實時數(shù)據(jù)傳輸至揚州市級能源在線監(jiān)測平臺；

2)實時監(jiān)測能源質(zhì)量和效率，對能耗和運行參數(shù)異常能夠自動報警和追溯；

3)能夠?qū)崿F(xiàn)各生產(chǎn)車間、生產(chǎn)線、重要工序、重點耗能設備和班組的能耗統(tǒng)計與對標分析，挖掘節(jié)能潛力；

4)能夠?qū)χ攸c耗能設備進行重點管理；

5)能夠?qū)崿F(xiàn)能耗精確統(tǒng)計、自動抄表和填報報表。能源8大分類管理見圖1。

圖1 能源8大分類管理圖

3.2 系統(tǒng)遵循標準

系統(tǒng)設計時必須符合MESA規(guī)定的標準及公司內(nèi)部各相關驗收規(guī)范的要求。

3.3 系統(tǒng)建設路線與設計

能源管理系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 能源管理系統(tǒng)框架圖

4 項目實施過程中存在的問題

公司部分三級以下計量器具沒有安裝到位，導致在線監(jiān)測系統(tǒng)不具備數(shù)據(jù)傳輸功能。因此，必需通過加裝能源計量器具，加裝Lora遠距離無線傳輸終端，才能直接將測試能源數(shù)據(jù)傳輸給原DCS系統(tǒng)或能源管理中心的采集服務器。數(shù)據(jù)傳輸終端參數(shù)設置見表1。

表1 數(shù)據(jù)傳輸終端參數(shù)設置

SCADA系統(tǒng)對接程序自身程序不能夠高頻次和多數(shù)據(jù)讀取，通過將原有使用的USB轉(zhuǎn)串口更換為熱電前置機自帶串口直接對接傳輸，系統(tǒng)才能夠恢復穩(wěn)定傳輸。將原本采用數(shù)據(jù)變位上送，更改為定時上送，使通訊通道更加穩(wěn)定。改善后能夠穩(wěn)定對接傳輸，SCADA數(shù)據(jù)對接表見表2。

表2 SCADA數(shù)據(jù)對接表

公司IT人員通過數(shù)據(jù)比對發(fā)現(xiàn)：能源管理系統(tǒng)平臺每天08:05、16:05和0:05這3個時間點，由于少量紙卷在復卷機上還沒有稱重，而生管系統(tǒng)平臺紙卷重量輸出值顯示為0。原因是能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取時間太早，數(shù)據(jù)還沒有來得及處理。解決的方法是將能源管理系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)抓取時間分別推遲8 h，也就是改為每天16:05、0:05、08:05這3個時間點讀取。改善后能源管理系統(tǒng)產(chǎn)量數(shù)據(jù)與原ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)完全一致。

通過人工數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)比對，找出對接計量器具存在選型錯誤、接口錯誤、線路虛接、PT和CT二次儀表內(nèi)部參數(shù)設定錯誤、程序內(nèi)部計算公式錯誤、熱力的溫度壓力補償錯誤和產(chǎn)能邏輯關系錯誤等問題，經(jīng)過一對一進行修正后恢復正常。

通過2個月的觀察及不斷修正和完善，能源管理中心能源數(shù)據(jù)按照規(guī)范和要求與揚州市能源在線監(jiān)測平臺實現(xiàn)了穩(wěn)定對接。

5 測試數(shù)據(jù)價值挖掘

空壓機的型式與廠商不同，其設定的最佳壓力值和控制的方式都會有所不同。造紙企業(yè)采用最多的還是是離心式和螺桿式空壓機。在傳統(tǒng)空壓系統(tǒng)中，空壓機由其內(nèi)部的壓力傳感器監(jiān)控，這些傳感器壓力參數(shù)設置后，便于多臺空壓機能隨著壓力的降低而一臺臺開啟，形成壓力階梯控制。為了確保最大壓縮空氣消耗量時的壓力能達到最低的壓力水平，習慣的做法是將空壓機維持在較高的壓力水平，以避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)因欠壓而跳機問題。但不必要的較高壓力會造成能源的浪費，其表現(xiàn)在以下兩個方面：一是空壓機需要在高壓的情況下運作，消耗的電量更多；二是當管網(wǎng)空氣壓力較高時，所有用氣設備就會使用更多的壓縮空氣。如：如果所需的壓力為0.6 MPa，而系統(tǒng)平均壓力需保持在0.65 MPa，那么多余的0.05 MPa 壓力就需要增加5%～10% 的能耗。

如何達到數(shù)據(jù)價值化，就需要跨界集成，協(xié)同創(chuàng)新：通過集成螺桿式空壓機的加載/卸載命令控制，通過變頻和離心式壓縮機內(nèi)部壓力設定控制，經(jīng)過集成優(yōu)化控制后，壓縮機僅輸出實際所需的壓力和空氣量，系統(tǒng)壓力始終保持穩(wěn)定。

公司壓縮機的總功率為1 770 kW,輸出所需的空氣量為242 m3/min，通過系統(tǒng)優(yōu)化后，系統(tǒng)壓力由0.65 MPa降為0.6 MPa穩(wěn)定運行，其節(jié)能量計算見表3。

表3 節(jié)能量計算表

由此得出：舊的習慣、思維和信息閉鎖等一旦被打破，各系統(tǒng)運作才會流通順暢；創(chuàng)新工作來自于日常節(jié)能技術的整合；改善一點點，就可以獲得較大成效。從表3可知，降低壓縮空氣系統(tǒng)壓力0.05 MPa，壓縮機本體能耗可下降3% ，空氣管網(wǎng)消耗功率下降5.8%；按照公司自發(fā)電力成本電價0.30元/kW計算，年節(jié)能收益達27.14萬元。

6 項目實施效果

利用信息和通信技術，實現(xiàn)了將實時收集單位能耗數(shù)據(jù)和可視數(shù)據(jù)分析結果穩(wěn)定傳輸至揚州市能源在線監(jiān)測平臺。同時公司自身能根據(jù)系統(tǒng)平臺監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設備異常狀況，及時優(yōu)化設備不合理的參數(shù)，及時消缺與優(yōu)化，降低能耗。另外還可以根據(jù)告警追溯，提升穩(wěn)定電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電力消耗，促進造紙企業(yè)節(jié)能降耗工作順利開展，提升造紙業(yè)智能制造的水平，從而實現(xiàn)造紙企業(yè)綠色化發(fā)展。