智能制造有色金属冶炼企业能源管理系统的建设

张 煜，陈迎武，李俊杰

（1.阳谷祥光铜业有限公司，山东 聊城 252000；2.中南大学化学化工学院，湖南 长沙 410083）

有色金属是国民经济发展必需的基础材料，现代化建设离不开有色金属，而且需求量是非常巨大的。我国铜、铅、锌、铝等产量连续多年跃居世界前列，2019年，铜、铅、锌、铝产量分别为978.4万吨、579.7万吨、623.6万吨和3504.3万吨。目前，我国工业日益发达，需要将有色金属作为战略储备资源[1]。由于我国有色金属冶炼复杂资源共生、原料品位波动大，而且属于高耗能产业之一[2]，铜、铝、铅、锌等冶炼单位产品能耗占全国有色金属单位产品能耗的90%以上。因此，有色金属冶炼企业在建有自动信息化基础上，需要实现智能生产体系实时协同优化[3]，优化能效管理。

工业4.0报告明确指出，提高能源利用效率是智能制造的目的所在。本文以智能制造有色金属冶炼企业的发展趋势为背景，通过对建设能源管理系统进行分析，提出企业在能源精细化管理理念及思路，提升企业能源综合管理水平，从节能降本方面率先实现有色金属工业的智能制造。

1 有色金属冶炼行业能源管理系统的发展现状

1985年以来，以宝钢为首的钢铁冶炼企业陆续建立了能源管理系统。虽然有色金属冶炼行业的企业能源管理系统建设起步较晚，但是国内有色金属冶炼企业非常重视开展能源管理系统的建设工作，工信部也出台了《有色金属企业能源管理中心建设实施方案》。近几年来，建立能源管理系统的有色金属冶炼企业数量越来越多，其中已建立能源管理系统的有色金属冶炼企业如表1所示。

表1 已建立能源管理系统的有色金属冶炼企业名单

能源管理系统是一种能源综合管理工具，在我国有色金属冶炼企业范围内也得到了成功实施，以阳谷祥光铜业为例，采用现时最先进的能源管理技术，降低了能源消耗，压缩了能源成本，取得了较好的经济效益，是有色金属冶炼企业能源管理系统建设示范企业。阳谷祥光铜业凭借先进铜冶炼技术和能源管理系统管控，单位产品综合能耗额、氧气放散率等能源指标到达国际先进水平，而且“祥光能源集中管控节能实践”也成功入选了国际“双十佳”最佳节能实践。

2 有色金属冶炼行业能源管理系统的建设

能源管理系统通过对水、电、风等能源介质的生产、存储、消费等过程的实时远程监控，形成能耗的统计分析，能源的调度和能源介质平衡，实现统一优化，对减少氧气放散和降低企业综合能耗有重要作用，有利于实现“绿色节能、能效管理”。

2.1 能源计量和数据采集网络系统

根据企业能源管理系统建设需求，完善有色金属冶炼企业能源计量系统，对所有涉及水、电、风等能源介质的用能设备尽可能的加装准确度等级高的能源计量器具，提高计量器具的配备率，完善现场采集数据网络系统。

2.2 能源综合监控系统

能源管理系统在能源计量和能源数据采集网络系统完善的前提下，通过建设能源综合监控系统，升级能源综合监控软硬件设施，满足能源管理系统远程监控的要求。

2.3 关键用能设备节能优化控制系统

能源管理系统建设过程中采用先进的预测和调控技术，实现有色金属冶炼企业关键用能设备的节能优化控制。

3 建设有色金属冶炼行业能源管理系统的作用

有色金属冶炼企业通过建设能源管理系统，实现能源计划、能源采集、能源远程监控、能耗分析、重点设备能耗管理等功能，达到企业能源优化控制，最终实现能源的调控和节约，在能量流网络和信息流网络优化及协同运行上实现智能制造。

有色金属冶炼行业的能源管理系统的建设，能够满足在正常生产条件下对能源进行远程监控和调度，有效实现能源的优化控制；通过生产计划调度能源按照分区消耗管理，提高计划用能水平，并对能源做出定量、客观的成本分析；同时，为企业、政府的管理和服务提供数据支持和技术保障。

3.1 余热能量高效转换

有色金属冶炼的能源调控和节约直接影响企业自身效益。有色金属冶炼过程中大部分的能源以余热的方式流失，所以余热回收利用技术显得尤为重要。目前，我国有色冶金企业烟气余热回收利用的设备主要采用余热锅炉，如表2所示。

表2 有色金属冶炼企业余热锅炉的应用情况

依据炉窑余热回收特点，设计合适的余热回收利用系统，并在实践中持续改进，不断提高冶炼余热的回收利用效率[4]。目前，有色金属冶炼企业主要根据烟气温度合理地对烟气余热进行分级回收。有色金属冶炼企业余热能量高效利用见表3。

表3 余热回收利用去向

3.2 重点耗能设备节能远程监测

大功率设备是有色金属冶炼企业电能消耗量大的主要原因之一，在企业正常生产过程中加强对大功率设备的监测管理，杜绝简单粗放，全凭人员经验，需要提升监测内容，保障大功率设备的健康运行，全面考察其供电性能。

有色金属冶炼企业的能源管理系统，通过设计搭建一套大功率设备远程能耗监测系统，帮助企业智能化管理和优化设备，以及通过数据分析，合理评估每台大功率设备的供电性能（图1）。

图1 重点耗能设备远程能耗监测系统示意图

3.3 能源介质动态平衡

有色金属冶炼企业生产过程中需要的水、电、气等能源介质使用量的变化均对能源介质的生产和使用起到影响或制约作用。因此动态调控有色金属冶炼所需的各种能源介质对于有色金属冶炼企业的能源优化、合理利用具有重要的意义[5]。

有色金属冶炼企业的能源管理系统，在整个有色金属冶炼企业中通过将电力系统、水系统、燃气系统、热力系统、氧（氮、氩、空）系统、主工艺系统及能源设施等信息与计算机网络连接（表4）。

能源的实时监控、集中管理和优化分配，实现能源介质的动态平衡，达到节约能源的目的。

表4 能源管理系统与现场各能源介质系统接入站点

4 有色金属冶炼行业能源管理系统建设的不足及展望

我国有色金属冶炼行业虽然重视能源管理系统的建设，然而各有色金属冶炼企业的能源管理系统发展进度参差不齐，部分企业能源管理系统的功能模块并不健全，比如：部分企业的能源管理系统的功能仅局限于数据自动采集功能；建设时间较早企业甚至数据采集功能也不能覆盖到所有用能设备尤其关键耗能设备，依然需要人工完成；虽然已经具备技术自动化采集和监控功能，但是对于能源管理认识肤浅，责任不到位，致使能源管理系统成为一项对外展示的面子工程，没有发挥应有的节能效果。

建设有色金属冶炼行业能源智能化管理系统，应充分利用先进技术设备实现对能源生产、输配和消耗环节的数据收集、储存和分析，达到企业能源综合管理水平的提升。通过能源综合管理，挖掘节能潜力，及时对生产过程中不合理能源消耗进行调整，实现企业能源利用最大化。正真做到扁平化、数字化，适应智能制造的战略发展需要。