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【轉載】水泥改變生活 “數字”變革水泥
發布時間：2020-05-15 06:29:01
人的生活離不開“衣食住行”，在住的問題上，千萬年來我們就沒有停止過探索的進程，但受材料限制，建設大型建筑一直存在阻礙。直到水泥的出現，我們找到了一種迄今為止最為完美的建筑材料，城市的大規模發展以及現代文明體系的構建才成為了可能。
尤其是預分解窯技術出現后，水泥不再是高成本的建筑材料，價格的“親民”特性也加速了其在建筑領域的應用，恰逢戰后全球經濟高速增長期，水泥在此期間為全球經濟騰飛發揮了不可磨滅的作用。
文明的陣痛
生產與消耗的矛盾螺旋
水泥就像一把雙刃劍。社會發展需要生產大量的水泥，但水泥作為一種重污染、資源消耗型產業，從誕生之日起，資源消耗與環境污染問題就成為繞不開的話題。縱觀整個水泥生產技術發展歷程，本質上是水泥能源利用率不斷提高，污染物排放量不斷降低的過程。
200年前，水泥剛剛誕生，生產工藝采用倉窯煅燒方法。這種生產方式導致熱利用率和成品率極低，造成能源和資源的大量浪費。從后來的立窯、干法回轉窯、濕法回轉窯等生產方式開始，如何提高能源利用率，提高品質穩定性就成為生產技術迭代更新的關鍵。
到了預分解窯階段，水泥生產能源利用率得到空前提高，熱耗從濕法長窯的1400-1500kJ/kg*4.18降低到700-800 kJ/kg*4.18，降幅達到一倍以上。國內水泥行業龍頭企業，海螺水泥12000t/d生產線熱耗已經降低至710kJ/kg*4.18，如此低的能耗在上個世紀預分解窯剛出現之時也是無法想象的。
預分解窯技術發找到現在，各方面指標仍然在持續的升級中。
從中國水泥網了解的情況來看，噸熟料煤耗方面，國內先進水泥企業已經能夠降低至100公斤以下；電耗方面，由于余熱發電技術的應用及發電能力的不斷升級，部分水泥廠已經基本能夠做到“零”外購電；NOx排放量方面，已經從早起的700-800mg/Nm3降低至400-500mg/Nm3；粉磨電耗方面，由于聯合粉磨系統等粉磨工藝的不斷優化升級，現在部分水泥企業噸水泥粉磨能耗已經低至20度電。
回首過去，在整個水泥工業發展進程中，生產水泥與資源消耗的矛盾螺旋就從未停止，但是正是這種曲折中的前進，使得水泥生產能耗和污染物排放一天天降低。
筆者曾與著名水泥業者，亞東水泥董事長張才雄有過一番交流。張董事長感慨頗深的指出，當前水泥價格如此低廉，與過去半個多世紀以來水泥從業者在技術裝備領域的努力分不開。
技術層面的進步，讓水泥質量、產量不斷提高，能耗和污染物排放量持續降低，也讓水泥更廉價。
路口的抉擇
數字化引領水泥產業升級新風向
在過去的幾十年里，預分解窯技術雖然不斷的完善和改進，但隨著水泥需求量的不斷增長，以及水泥產業規模的快速擴張，在巨大的產量基數下，水泥生產帶來的資源消耗仍然是天文數字。
有資料顯示，僅僅在我國水泥生產能耗就占全國能源消耗總量的7%，二氧化碳排放量占全國10%，氮氧化物占全國10-12%，另外水泥生產總成本的60%以上都是能源消耗。降低水泥生產對資源的消耗，成為水泥行業綠色發展進程中一個永恒的主題。
近年來，伴隨著信息化和工業互聯網技術的發展，在集合前人生產經驗的基礎上，基于大數據資源的數字化生產方式正在各行各業興起，并對現有生產方式帶來革命性的變革。在水泥行業，數字化解決方案的出現則為實現水泥生產能耗和污染物排放量的進一步降低帶來了可能，成為未來水泥綠色發展的關鍵突破口。
事實上，早在多年前，作為國際電氣業巨頭的施耐德電氣就提出了水泥生產的數字化升級方案。推出基于物聯網的新一代EcoStruxure架構與平臺，并涵蓋了過程監控系統、窯磨專家優化控制系統、能源監控和信息系統、配電系統、設備管理和狀態監測系統、企業資產管理等水泥生產管理的方方面面，為水泥企業無縫、低成本、大規模地實施物聯網提供了可能。
截止目前，施耐德電氣已經為中聯水泥、祁連山水泥、金隅水泥等國內水泥巨頭提供數字化生產解決方案，并取得了卓越成效。
以祁連山水泥集團旗下漳縣祁連山水泥有限公司為例，為了進一步降低能耗、節約成本、優化生產、提高企業核心競爭力，施耐德電氣依托先進的EcoStruxure架構，為該公司提供括數字化咨詢與服務、APC先進過程控制系統、EMS能源管理系統在內的軟硬件一體化的整體解決方案，使得漳縣祁連山在降本、節能、 提質方面均取得了顯著的成果。
在熟料燒成環節，過去在生產過程中，窯操作員往往需要同時觀察多達上百個工藝參數的動態變化，不僅要在數秒內迅速做出判斷，還得通過計算機給出正確的調節指令。因為各個參數之間相互聯動，牽一發而動全身，所以調節的困難之處在于同時兼顧“風、煤、料、窯速”等多種工藝參數和設 備參數的配合。當對任意一個變量進行調節時，必須預測它對全局的影響。操作好這樣一個 工藝系統，就像雜技演員頭手腳頂著一堆盤子維持平衡一樣，必須依靠操作員長期積累的知識和經驗。
顯然，這項工作對窯操作員的技能、體力和精力都提出了巨大的考驗。首先，不同的操作員 之間經驗和技能不一，導致了操作水平的差異；其次，即使是同一位操作員，在不同時間段 的精力和體力也不同，容易造成產品質量的波動；最后，寶貴的操作經驗藏在那些工作多年的老操作員腦中，不利于知識的積累和傳承。種種人為因素的限制，往往無法保證水泥窯的 連續最優運行，實現低消耗高產出。
施耐德電氣基于模型預測控制算法的APC系統則能讓這些問題迎刃而解，該系統可實現水泥窯、預熱器、篦冷機和磨機系統的最優化運行，在解放操作員、穩定產品質量的同時，保證了水泥窯安全、穩定、可靠、優化運行。
漳縣祁連山水泥有限公司高級主任工程師程俊生表示：“我們是西北水泥行業第一家部署水泥窯APC系統的企業，只用了半年的時間就一次性投運成功。施耐德電氣的APC系統幫助我們合理優化水泥窯操作參數，通過數據分析，建立預測模型，達到少人操作。使熟料標煤耗下降1公斤以上，熟料工序電耗下降0.7度/噸；出窯熟料游離氧化鈣合格率達85%以上，標準偏差下降了10%以上，熟料強度穩中有升；三年來，APC系統在線率高達99%以上，沒有發生過任何誤操作導致的失控狀態。”
甘肅祁連山水泥集團擁抱變革
數字生產考驗水泥行業的決心與毅力
毫無疑問，在過去的50年時間里，水泥生產工藝已經基本固化，但這并不意味著降低水泥生產能耗和污染物排放將面臨瓶頸，相反隨著5G時代的開啟，萬物互聯時代即將到來，數字化將深入水泥生產經營的各個層面，有望為水泥行業開辟一個綠色的未來。
然而，水泥行業的數字化轉型仍然存在一些阻礙。水泥數字化工廠的實施是一項系統工程，需要軟硬件服務商及水泥企業共同參與其中。尤其是作為主體的水泥企業，企業對數字化轉型的決心在很大程度上決定了水泥數字工廠能否真正落地。
當前，國內水泥行業受益于供給側結構性改革的推進，加之近年來區域水泥市場競合關系日趨穩定，水泥價格持續保持高位，行業利潤更是連年創下新高。中國水泥網數據顯示，過去三年水泥行業利潤分別達到877億元、1546億元和1867億元，水泥行業毛利率更是遠超大多數工礦行業。
如今，受新冠肺炎疫情影響，為加速經濟恢復，從中央到地方推出了數十萬億的投資計劃，加上近年來尚未開工的基建項目，水泥需求短期內有望迎來爆發式增長。業內普遍預測，受新一輪經濟刺激計劃的推動，未來3-5年水泥行業仍將保持良好的發展態勢，水泥價格和行業利潤均將獲得有效支撐。
萬物皆有兩面性，水泥行業形勢向好符合行業高質量發展需要，改善了水泥企業生存環境；然而高漲的價格和利潤，也會一定程度上降低部分水泥企業技術升級積極性。另外，全面的數字化生產需要對企業現有生產經營方式進行大幅度調整。正因如此，在行業形勢大好的情況下，推進水泥行業數字化轉型，以降低能耗、污染物排放需要水泥企業的決心和毅力。
不過，正如水泥誕生的這200年一樣，技術升級的步伐從來不會停止，在當代數字化浪潮下，未來水泥工業終將實現數字化轉型，并成為繼預分解窯之后水泥生產領域又一次具有劃時代意義的革新，讓水泥生產真正實現與大自然的和諧共處。
來源：中國水泥網
