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造纸企业能源管理中心建设实践

摘要:某造纸企业进行工业智能化升级改造,筹建能源管理中心,既能达到政府部门要求能源在线监测所需的功能和目的,又能满足自身工艺管理需求和自备电厂实际运作需求。实现能源数据在线监测与政府平台稳定传输,同时利用整合后的数据发现有用的价值数据,实现区域内节能增效。

关键词:能源管理中心;问题与数据价值挖掘;案例与效益

1建设背景

永丰余造纸(扬州)有限公司为了实现自身高质量发展,需要对设备和工艺进行工业智能化升级改造,以满足自身造纸工艺和能源管理运作需求;同时实现公司能耗数据在线与政府平台的稳定传输。公司能源管理中心建设的创新点在于:能源在线监测的所有功能均能满足规范要求[1],同时又符合公司多年来运作习惯需求,能够实现新的智能化监测、智能化能耗分析与优化方案的解决。

2建设目的和设计原则

公司主要消耗的能源有煤炭、电力和蒸汽(热力)等,建设能源管理中心的目的是将各种能源消耗的实时数据,通过有线或无线搭建工业通讯网络,整合原有的SCADA、PLC、DCS和ERP等工业系统,将各系统上数据传输至新建的能源系统数据服务器中进行处理。从而规避人为抄表误差,降耗提效,减缓设备老化速度,利用系统发现数据价值,并通过优化、改造和管理等手段来实现区域内节能增效。能源管理系统建设的设计原则要求如下:整体性、先进性、前瞻性、稳定性、可操作性、完整性、可查询性、易维护性、数据安全性和成本控制等。

3系统实现功能分析

3.1系统功能总要求

1)实现在线监测功能:将实时数据传输至扬州市级能源在线监测平台;2)实时监测能源质量和效率,对能耗和运行参数异常能够自动报警和追溯;3)能够实现各生产车间、生产线、重要工序、重点耗能设备和班组的能耗统计与对标分析,挖掘节能潜力;4)能够对重点耗能设备进行重点管理;5)能够实现能耗精确统计、自动抄表和填报报表。能源8大分类管理见图1。

3.2系统遵循标准

系统设计时必须符合MESA规定的标准及公司内部各相关验收规范的要求。

3.3系统建设路线与设计

能源管理系统框架如图2所示。

4项目实施过程中存在的问题

公司部分三级以下计量器具没有安装到位,导致在线监测系统不具备数据传输功能。因此,必需通过加装能源计量器具,加装Lora远距离无线传输终端,才能直接将测试能源数据传输给原DCS系统或能源管理中心的采集服务器。数据传输终端参数设置见表1。SCADA系统对接程序自身程序不能够高频次和多数据读取,通过将原有使用的USB转串口更换为热电前置机自带串口直接对接传输,系统才能够恢复稳定传输。将原本采用数据变位上送,更改为定时上送,使通讯通道更加稳定。改善后能够稳定对接传输,SCADA数据对接表见表2。公司IT人员通过数据比对发现:能源管理系统平台每天08:05、16:05和0:05这3个时间点,由于少量纸卷在复卷机上还没有称重,而生管系统平台纸卷重量输出值显示为0。原因是能源管理系统数据读取时间太早,数据还没有来得及处理。解决的方法是将能源管理系统平台数据抓取时间分别推迟8h,也就是改为每天16:05、0:05、08:05这3个时间点读取。改善后能源管理系统产量数据与原ERP系统数据完全一致。通过人工数据与系统数据比对,找出对接计量器具存在选型错误、接口错误、线路虚接、PT和CT二次仪表内部参数设定错误、程序内部计算公式错误、热力的温度压力补偿错误和产能逻辑关系错误等问题,经过一对一进行修正后恢复正常。通过2个月的观察及不断修正和完善,能源管理中心能源数据按照规范和要求与扬州市能源在线监测平台实现了稳定对接。

5测试数据价值挖掘

空压机的型式与厂商不同,其设定的最佳压力值和控制的方式都会有所不同。造纸企业采用最多的还是是离心式和螺杆式空压机。在传统空压系统中,空压机由其内部的压力传感器监控,这些传感器压力参数设置后,便于多台空压机能随着压力的降低而一台台开启,形成压力阶梯控制。为了确保最大压缩空气消耗量时的压力能达到最低的压力水平,习惯的做法是将空压机维持在较高的压力水平,以避免生产过程中出现因欠压而跳机问题。但不必要的较高压力会造成能源的浪费,其表现在以下两个方面:一是空压机需要在高压的情况下运作,消耗的电量更多;二是当管网空气压力较高时,所有用气设备就会使用更多的压缩空气。如:如果所需的压力为0.6MPa,而系统平均压力需保持在0.65MPa,那么多余的0.05MPa压力就需要增加5%~10%的能耗。如何达到数据价值化,就需要跨界集成,协同创新:通过集成螺杆式空压机的加载/卸载命令控制,通过变频和离心式压缩机内部压力设定控制,经过集成优化控制后,压缩机仅输出实际所需的压力和空气量,系统压力始终保持稳定。公司压缩机的总功率为1770kW,输出所需的空气量为242m3/min,通过系统优化后,系统压力由0.65MPa降为0.6MPa稳定运行,其节能量计算见表3。由此得出:旧的习惯、思维和信息闭锁等一旦被打破,各系统运作才会流通顺畅;创新工作来自于日常节能技术的整合;改善一点点,就可以获得较大成效。从表3可知,降低压缩空气系统压力0.05MPa,压缩机本体能耗可下降3%,空气管网消耗功率下降5.8%;按照公司自发电力成本电价0.30元/kW计算,年节能收益达27.14万元。

6项目实施效果

利用信息和通信技术,实现了将实时收集单位能耗数据和可视数据分析结果稳定传输至扬州市能源在线监测平台。同时公司自身能根据系统平台监控,及时发现设备异常状况,及时优化设备不合理的参数,及时消缺与优化,降低能耗。另外还可以根据告警追溯,提升稳定电力系统的功率因数,降低电力消耗,促进造纸企业节能降耗工作顺利开展,提升造纸业智能制造的水平,从而实现造纸企业绿色化发展。

参考文献:

[1]赵宁,李继庚,吴波,等.造纸企业能量系统优化信息平台数据交互机制设计与开发[J].中华纸业,2010,31(24):12-16.

[2]李继庚,刘焕彬,洪蒙纳,等.中国造纸工业智能化转型升级路径的探讨与实践[J].中国造纸,2020,39(8):1-13.

作者:何东发 单位:永丰余造纸( 扬州) 有限公司

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