摘 要：钢铁生产是一个典型的高能耗、高排放的行业。本文根据钢铁企业能源管理系统的特点，分析了能源管理系统的主要功能，以促进能源管理系统与企业生产信息系统的衔接，从而有效提高能源的利用率。
关键词：钢铁能源管理系统；系统流程；节能技术
2019年，我国生铁、粗钢、钢材产量分别达到8.09亿吨、9.96亿吨、12.05亿吨，分别增长5.3%、8.3%、9.8%，粗钢产量创历史新高。2020年是“十三五”计划的收官年，钢铁工业的发展面临着复杂多变的形势。按照中央经济工作会议的要求，整个行业应坚持供给侧结构性改革的主线，提高绿色智能钢铁行业水平，提高生产质量和效率，促进钢铁行业的优质发展。钢铁企业信息化的发展和企业能源管理系统的建设，为节能技术的发展奠定了基础。
一、钢铁企业能源管理系统
能源管理系统是通过能量数据的采集、处理和分析，以实现生产绩效数据采集、生产监控和生产预测等功能[1]。能源管理系统广泛应用于建筑、电力、冶金等高耗能行业。钢铁能源管理系统起源于20世纪60年代日本和西德钢铁企业的能源管理与控制中心。能源管理系统与企业生产信息系统相辅相成，能量管理系统包括电力子系统、动力子系统、给排水系统和环境监测子系统。动力子系统可分为蒸汽子系统、煤气子系统和氧、氮、氦子系统。能源管理系统通过对生产设备和能源设备进行实时监控，确保能源的稳定供应。通过能源管理系统的自动化优势，可以降低人力劳动强度，提高能源管理的质量效率，并能通过实时监控系统及时检测设备的运行故障，从而提高生产设备的安全性。
二、钢铁生产流程网络系统
通过分析钢铁生产过程中物质流和能量流网络的特点，以及工作站能量流和物质流的耦合转化，建立基于生产流程网络的耦合模型，以促进能源供应效率和质量，实现能量流和物质流的优化配置，降低能源消耗量和污染物排放量，为系统节能技术提供支持[2]。物质流包括煤炭、铁矿石等，在主要工艺流程中，如炼焦、炼铁、连铸、热处理、连续轧制等，可按工序科学分配工位，以实现高质量的生产模式。生产系统中的物质流从铁矿石熔化成铁水，经脱碳、加热、回火成钢水，钢坯在连铸后成形，然后在工业炉中加热改变其性能，以获得满足轧制条件的钢坯。其中焦炉、高炉、转炉、铸造机、工业炉和轧钢机都是用能设备和生产设备，能量系统和相应的输电线路中有许多子系统，包括气电力管道、气体动力输送路线和煤气传输线路等，气体动力线路又分为氧气管道，氮气管道和氩气管道。设备交汇处有电力系统和煤气系统等进行能量介质的交换，包括热能和电能的转换，电能在系统中广泛应用于各种设备，促进各种能源的生产。
三、分层能量流网络系统
电力系统通过外部电能或企业自身发电，将电力输送到生产设备、动力设备和辅助设备中，剩余电能可以出售给外部电网[3]。煤气网络从焦炉、高炉、转炉和其他工艺接收煤气，或者在设备内部将焦炉、高炉循环供自身能耗，或者将其输送到煤气缓冲储存系统，以便为其他设备提供稳定的煤气，以及用于外部发电等。气体动力系统包括氧气子系、氮气子系和氦气子系统，通常以氧气为总来源。钢铁企业生产的氧气、氮气和氦气，可通过管道向高炉、转炉、炼钢炉和工业炉等设备供应高纯度气体，每个生产站产生的气体可用于生产设备的加热，或剩余的气体可用于电网的发电。
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图1 能量流分层网络
四、流程网络的系统节能技术
生产物流网络可以确定输入的原材料，即生产物流在流程网络中的运作方式，而工作站上的物流能量流耦合模型可以确定能量和物质流的耦合关系，确定能量流网络的输入输出的最优运行方式，满足能源供应的生产需求，以及能量需求在总体能量流网络规划中的优化配置。能量网络系统以各设备的能量输入和输出为基础，以确定能量流子网之间的转换关系，从而降低总能耗。建立能量流优化运行模型，通过计算得到能量的最优分配，同时将能量循环效率和能量利用范围考虑在内。为了使能源信息管理系统满足生产信息系统的动态化需求，实现能源最优配置，应加强系统的精细管理，以实现系统节能目标。
五、节能前景分析
钢铁企业的焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气，是钢铁生产的重要能源，约占钢铁企业总能耗的30%至40%。焦炉煤气以H2和CH4为主，热值在16000KJ/m3至19300KJ/m3之间；高炉煤气以N2和CO为主，热值在3000KJ/m3至3800KJ/m3之间；转炉煤气以CO2和CO为主，热值在7500KJ/m3至8000KJ/m3之间。高炉煤气平均热损失在310KJ/m3至390KJ/m3之间；焦炉煤气平均热损失在938KJ/m3至1112KJ/m3之间；转炉煤气平均热损失在195000KJ/m3至208000KJ/m3之间（按转炉煤气量80m3/t计算）。如果按照生产需求进行能源管理，实现二次能源的需求分配和供应，按照排放量减少25%、50%、75%计算，对于钢铁生产工艺网络具有一定的节能潜力，从而提高能源的有效利用。
结束语：
总之，我国钢铁工业的可持续发展面临着巨大挑战，通过基于钢铁生产流程网络，考虑能量管理系统和生产信息系统的不同能量流的递阶网络，可以确定了物流变化的能量需求量。根据能源管理系统能更好地满足钢铁生产需求，不仅可以提高生产效率和质量，还能有效利用能源，从而推动我国钢铁工业的良好发展。
参考文献：
[1]李志磊.浅谈钢铁企业能源管理系统的建设与应用[J].科学与信息化,2020,(6):164.
[2]刘晓东.浅谈钢铁企业能源管理系统的建设与应用[J].中小企业管理与科技,2020,(1):55-56.
[3]苏小明,李继志,陈先才.钢铁企业能源管理系统应用研究[J].中国设备工程,2019,(12):27-28.