水泥厂粉磨设备避峰填谷用电的可行性

　　水泥企业属于高耗能企业， 工业电能消耗巨大。

　　在节约用电的基础上如何充分利用工业用电峰、 谷、平时段合理安排生产， 将是降低生产成本的一大策略。 水泥厂粉磨设备虽然也采取了避峰用电的管理办法，但只是根据生产经验安排开停机时间；不能在保证生产平稳运行的前提下， 实现设备用电避开峰段、用尽谷段和最长的停机时间。 本文着重研究了水泥厂粉磨设备避峰填谷用电的可行性，建立了避峰填谷用电的模型，提出了具体的避峰填谷用电方案。

　　1、 水泥厂粉磨设备用电现状

　　目前，水泥厂粉磨设备避峰用电管理基本根据经验进行。 如 A 水泥厂规定：生料均化库库存>14 000t时，生料磨只能在平、谷时段运行，>16 000t 只能在谷时段运行； 水泥储库库存>5000t 时， 水泥磨只能在平、谷时段运行，库存>10 000t 只能在谷时段运行。 因此，目前水泥企业粉磨设备避峰用电还不规范，人为因素较大，缺乏理论依据。

　　粉磨设备主要包括生料磨、煤磨和水泥磨，其设计台时产量一般都大于消耗量，因此生产和消耗之间有一个缓冲库（见图 1），故理论上都能实现设备的避峰用电。

　　2、 避峰填谷用电模型

　　假设某地区供电局根据电力系统负荷曲线变化将一天时间划分成表 1 的几个时间段。

　　如果要满足粉磨设备避开峰段、用尽谷段，同时满足不满仓、不空仓及保证生产稳定运行，则需满足以下约束　。

　　(Tx-Tp)(P-C)+G<Gmax(1)
　　(Tk-Tx)C<(Tx-Tp)(P-C)-Gmin(2)
　　t3<Tx<t4(3)
　　t5<Tk<t6(4)
　　
　　式中：Tp———当前时间；G———当前仓重；Gmax———最大仓重；Gmin———最小仓重；Tx———预计停机时间；Tk———预计开机时间；P———粉磨设备台时产量；C———消耗量。

　　其中，Gmax、Gmin为定值，Tp、G、P、C 为瞬时值，Tx、Tk为未知数。

　　而要得到最长的停机时间， 则在满足公式（1）、（2）、（3）和（4）约束的前提下，求得使 Tk-Tx最大的 Tk和 Tx即为最佳的开、停机时间。

　　水泥企业生产管理控制信息化平台能够实时采集并储存全厂的生产基础数据， 并且对其进行快速、准确的分析、处理。 根据以上模型，在生产管理控制信息化平台上开发粉磨设备避峰填谷用电模块是水泥企业降低生产用电成本的有效途径。

　　3 、实例分析

　　本文根据图 1 模型就 B 水泥厂的煤磨避峰用电进行了分析，B 水泥厂拥有一条 5000t/d 生产线，煤磨采用 ZGM113N 辊盘式磨煤机， 设计台时产量 40t/h，煤粉仓 2-Φ5m×12m，最大仓重 170t。当地用电峰、谷、平时段见表 1。 不同时段电价见图 2。

　　表 2 为 B 水泥厂按照生产经验安排煤磨开停机的设备运行台账，可以看出尖峰运行时间很高，平均每天达 1.5h，占尖峰时段（2h）的 75%；低谷运行时间较短，每天平均低谷运行时间（9.1h）只占低谷时段（12h）的 75.83%；而且每天计划避峰停机时间很短 ，平均只有 1h。 由此可以得出：按照生产经验很难做到避峰填谷，也不能实现最长的停机时间。

　　B 水泥厂 2013 年 6 月开始水泥生产管理控制信息化平台建设，2014 年 3 月份开始试运行，该平台采集当前的时间、仓重、煤磨台时产量和喷煤量这些瞬时生产数据后，基于以上模型就可以计算出最优的开停机时间。 表 3 为该平台根据生产现状模拟得出的最优开停机时间。

　　可以看出，基于避峰填谷用电模型，煤磨设备每天只需开停机一次，就能够避开峰段，用尽谷段，生产能够平稳进行，计划避峰停机时间平均长达 3h，相比之前延长 2h。 如果取煤磨小时电耗 1387kW，则每天产生的经济效益：

　　1 387×[(12.4-9)×0.941+(9.1-12)×0.457+(1.5-0)×1.123]=4 936 元每天节约用电：1387×2=2774kWh
　　
　　4、 结论

　　水泥厂粉磨用电成本在水泥生产中占有很大比重，基于水泥生产管理控制信息化平台设计的粉磨设备避峰填谷用电模型，不仅能够大大降低水泥企业的生产成本，创造巨大的经济利益；而且对实现企业节能减排，提高企业精细化管理水平意义重大。