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基于物联网技术的水泥企业单位产品能耗在线远程监测

  一 问题的提出

  能源计量数据在线采集监测包括两个层次:一是采集进出重点用能单位的能源计量数据,目的是监测重点用能单位煤、电、油、气等各类能源介质的消耗,进而实现综合能耗的在线监测;二是采集重点用能设备与重点用能工序的能源计量数据,比如工业窑炉、工业锅炉的能耗,钢铁行业焦化、炼铁、炼钢等工序,水泥行业熟料等工序的能耗,实现重点行业重点工序、重点耗能设备的在线监测。能源计量数据在线采集监测工作的意义,是要为政府部门提供一手的重点用能单位能耗数据,供政府宏观能源决策;为重点用能单位提供行业能耗平均水平与精细化的能耗数据,供重点用能单位节能管理。

  目前,各地国家城市能源计量中心(以下简称“国能中心”)都建设了重点用能单位能源计量数据在线监测平台,数据采集监测均做到第一个层次,部分国能中心做到第二层次。能源计量数据在线采集监测的第二个层次,除重点用能设备、重点用能工序的能源计量数据监测外,如果加上产品计量数据的采集,可延伸到重点行业单位产品能耗的在线远程监测。基于此思想,部分国能中心开始利用中心的在线监测平台开展水泥企业单位产品能耗在线监测的研究与尝试,并取得初步成效。

  二 数据采集与处理的标准依据

  水泥单位产品能耗的计算依据是GB16780-2012《水泥单位产品能源消耗限额》,电、煤、油等各类能源介质的标准煤折合系数参照GB/T2589-2008《综合能耗计算通则》,水泥生产企业电、煤、油等各类能源介质的消耗数据及熟料、水泥产量数据向数据监测平台的传输协议参照GB/T29873-2013《能源计量数据公共平台数据传输协议》。

  依照GB16780-2012,水泥单位产品能源消耗需要计算可比熟料综合煤耗、可比熟料综合电耗、可比熟料综合能耗、可比水泥综合电耗和可比水泥综合能耗等5个指标,标准分别列出了5个指标的限定值、准入值和先进值,详细说明了能源计量的范围和计算方法。水泥企业单位产品能耗在线远程监测,是要实现水泥企业单位产品能耗从人工表格式处理数据到数据自动采集、自动远程传输、数据自动处理、结果直观展示的转变。

  三 数据采集与处理的模式

  在水泥生产企业安装能源计量数据采集器,采集熟料、水泥生产线消耗的电、煤、油等各类能源介质数据,熟料、水泥原材料消耗和产品产量数据。数据采集器将采集得到的能源消耗、原材料消耗和产品产量数据汇总打包,通过GPRS或TCP-IP发送至位于省国能中心的能源计量数据在线监测平台。

  安装在企业端的数据采集器将采集到的电、煤等能源计量数据和生料、熟料、水泥等产品产量数据直接发送到监测平台,采集器不对原始采集数据进行处理且要求是能源计量仪表表底值。位于国能中心的在线监测平台对收到的数据包进行解析,还原成对应计量仪表的原始数据。能源计量、原材料消耗和产品产量数据的统计、汇总、拆标等处理均在监测平台底层程序中完成,数据处理的时间周期按要求配置。

  将各类能源消耗换算成可比能耗用到的熟料平均28D抗压强度、水泥平均28D抗压强度,入窑煤平均低位发热值等不能通过仪表采集的化验值,由试点企业化验室工作人员录入企业数据管理系统,由数据采集器从企业数据管理系统提取后同能耗、原材料消耗和产品产量数据一并推送到省国能中心的能源计量数据采集平台。

  在监测平台开辟水泥单位产品能耗在线监测模块,界面按产线展示可比熟料综合煤耗、可比熟料综合电耗、可比熟料综合能耗、可比水泥综合电耗和可比水泥综合能耗等5个计算指标,并与限定值、先进值进行对比。

  四 数据采集与处理的结果

  选择一家能源管理水平比较高的水泥生产企业,作为水泥行业单位产品能耗在线采集监测的试点。试点企业建立了能源、物料和产品产量采集系统,电、煤两类能源及熟料、水泥两类物料和产量均实现了在线采集。试点企业建有余热回收电厂,没有其他余热回收项目。其中一公司两条熟料生产线,三条水泥生产线;二公司两条熟料生产线,两条水泥生产线;三公司一条熟料生产线。3个公司分别独立计算一套熟料、水泥单位产品能耗数据。

  根据计算需要,初步确定从试点企业采集传输69个数据,其中煤、电等能源消耗数据采集19个,原材料、产品产量等采集数据38个,余热发电相关采集数据4个,熟料平均28D抗压强度、水泥平均28D抗压强度、入窑煤加权平均热值等化验数据8个。

  能源计量数据在线监测平台水泥行业能耗对标模块能实现水泥企业按名称和产线查询;能耗数据能够实现按日、月、年查询,查询结果以列表方式显示;其中所选择的某组数据在数据框显示,并与GB16780-2012规定的限定值、先进值对比。通过计算验证,设计模块达到了预期功能。

  试点企业2016年1-9月份生产情况正常,10-12月份由于结构性限产及供暖季政策性限产等原因没有生产。2016年1-9月份可比熟料综合煤耗等各项能耗结果如下图1-5所示。

  

 

  可比熟料综合煤耗

  

 

  可比熟料综合电耗

  

 

  可比熟料综合能耗

  

 

  可比水泥综合电耗

  

 

  可比水泥综合能耗

  由图1~图5可以看出,该试点企业能源利用效率较高,基本上处于同行业先进水平。

  五 结论

  利用互联网与物联网技术实现能源计量数据在线远程采集监测,是计量技术机构从现场服务到远程服务的飞跃,是计量技术机构直观地为政府提供重点耗能企业能源消耗数据的有益尝试,进而使单位产品能耗在线远程监测成为可能,为行业内部能耗在线对标提供了技术保障与系统平台,为重点用能单位加强能源管理、节能降耗技改提供了即时的数据支撑。

 

  本文刊发于《中国计量》杂志 2018年第2期

  作者:河北省计量监督检测研究院 李县法 陈素 谢卫彬 宋涛

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