水泥的追求——連接文明與自然的橋梁

水泥是什么？這并不是一個(gè)容易回答的問題……  

作為一種使用廣泛的建筑膠凝材料，水泥從它誕生的那一刻起，因其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，就注定了它成為當(dāng)前我們所能找到的最理想的建筑材料之一。200多年來，水泥已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，為發(fā)展經(jīng)濟(jì)，改善民生發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，為城市的興起和現(xiàn)代文明的發(fā)展創(chuàng)造了條件。  

那么，水泥僅僅是一種建筑材料嗎？顯然，作為一種資源消耗型產(chǎn)業(yè)，水泥肩負(fù)的使命還不止于此。通過不斷的技術(shù)革新，以更小的資源和環(huán)境代價(jià)，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，化身連接文明與自然的橋梁，或許才是水泥真正應(yīng)有的內(nèi)涵。  

數(shù)字技術(shù)“重塑”現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方式  

進(jìn)入21世紀(jì)以來，伴隨著新型干法水泥逐步取代機(jī)立窯成為國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)的絕對(duì)主流，加之水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)持續(xù)升級(jí)，我國(guó)單位水泥生產(chǎn)能耗已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。  

然而，由于我國(guó)水泥產(chǎn)量巨大，每年依舊帶來大量的資源消耗。據(jù)中國(guó)水泥網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，自1985年以來，我國(guó)水泥產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)35年位列全球第一，僅僅2019年全年就生產(chǎn)水泥23.3億噸，消耗約1.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。  

水泥行業(yè)持續(xù)推進(jìn)和深化節(jié)能降耗勢(shì)在必行，也為每一位從業(yè)者提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。  

贊皇金隅水泥位于河北省石家莊市，成立于2008年，擁有2條日產(chǎn)2000噸水泥熟料生產(chǎn)線，1條日產(chǎn)4000噸熟料生產(chǎn)線。作為北京金隅集團(tuán)旗下，水泥產(chǎn)能規(guī)模列全國(guó)前三甲、世界第五位的金隅冀東水泥的重要子公司，也是重要的水泥熟料生產(chǎn)基地，贊皇金隅水泥擁有職工600多人，具備年產(chǎn)330萬噸水泥能力，為推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。  

即便如此，積極通過技術(shù)改造全面推進(jìn)節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)企業(yè)綠色發(fā)展依然是贊皇金隅自建廠以來堅(jiān)持不懈的追求。  

據(jù)了解，從成立以來贊皇金隅始終堅(jiān)持清潔生產(chǎn)、綠色發(fā)展，踐行國(guó)企社會(huì)責(zé)任，大力實(shí)施環(huán)境革命，采取“管理減排、技術(shù)減排、投入減排”三大減排措施，有效提升企業(yè)自凈能力。圍繞落實(shí)“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念，建立“高效、清潔、低碳、循環(huán)”綠色制造體系，加快綠色工廠創(chuàng)建，采用先進(jìn)適用的清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)和高效裝備，淘汰落后設(shè)備，推動(dòng)用能結(jié)構(gòu)優(yōu)化。  

贊皇金隅水泥有限公司能源管理專員李慶慶：“無論從集團(tuán)還是廠里，我們都非常重視能源管理，贊皇金隅屬于重點(diǎn)用煤企業(yè)，因此我們專門設(shè)置了能源管理崗位，由專人負(fù)責(zé)生產(chǎn)能耗控制，最終目的是持續(xù)降低煤耗和電耗”。  

近年來，伴隨著國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化進(jìn)程持續(xù)加快，贊皇金隅開始全面推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化進(jìn)程，通過引進(jìn)先進(jìn)控制技術(shù)，提升企業(yè)管理水平，降低生產(chǎn)能耗。  

據(jù)李慶慶介紹，贊皇金隅2016年通過對(duì)比，在了解到施耐德電氣在能源管理領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)之后，引入施耐德EMS（能源管理系統(tǒng)）和APC（先進(jìn)過程控制），并根據(jù)企業(yè)自身使用需求增加了EMS系統(tǒng)30%左右的功能，到2017年正式使用之后，大大提升了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理水平，并降低水泥生產(chǎn)能耗。  

公司可比熟料綜合電耗、可比水泥綜合電耗均達(dá)到《水泥行業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)值。  

施耐德電氣工業(yè)自動(dòng)化業(yè)務(wù)建材與礦業(yè)行業(yè)總經(jīng)理?xiàng)詈浇榻B稱，施耐德電氣作為全球能源管理與自動(dòng)化領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的專家，充分了解企業(yè)在能源節(jié)約以及綠色生產(chǎn)上的需求。施耐德電氣依托先進(jìn)的EcoStruxure架構(gòu)，為水泥企業(yè)提供包括數(shù)字化咨詢與服務(wù)、APC先進(jìn)過程控制系統(tǒng)、EMS能源管理系統(tǒng)在內(nèi)的軟硬件一體化的整體解決方案，幫助水泥客戶在降本、節(jié)能、提質(zhì)方面均取得了顯著成果。通過EMS、APC等解決方案，在推動(dòng)項(xiàng)目的過程中，客戶可以根據(jù)施耐德的產(chǎn)品，把軟件和場(chǎng)景更好的融合在一起，從而發(fā)揮更大的作用。  

楊航：“EMS在贊皇金隅水泥的應(yīng)用中有20-30%，甚至更多的根據(jù)場(chǎng)景的定制化需求。因?yàn)樵谑褂玫倪^程當(dāng)中，客戶不斷的對(duì)施耐德電氣提要求，施耐德電氣也不斷的完善產(chǎn)品，最終雙方對(duì)EMS的應(yīng)用表現(xiàn)都非常認(rèn)可”。  

李慶慶表示，施耐德電氣依托先進(jìn)的EcoStruxure架構(gòu)，為贊皇金隅提供包括數(shù)字化咨詢與服務(wù)、APC先進(jìn)過程控制系統(tǒng)、EMS能源管理系統(tǒng)在內(nèi)的軟硬件一體化的整體解決方案，幫助贊皇金隅在降本、節(jié)能、提質(zhì)方面均取得了顯著成果。  

“優(yōu)秀”水泥生產(chǎn)線的秘訣：一個(gè)字“穩(wěn)”！  

眾所周知，水泥生產(chǎn)主要分為“兩磨一燒”三個(gè)環(huán)節(jié)，看似簡(jiǎn)單，但工藝流程極為復(fù)雜。從礦山開采到生料粉磨、熟料煅燒以及水泥粉磨，任何一個(gè)環(huán)節(jié)均涉及到大量的設(shè)備和數(shù)據(jù)參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)的變化往往對(duì)整條生產(chǎn)線的運(yùn)行產(chǎn)生“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的影響。  

正因如此，每一條運(yùn)行情況優(yōu)秀的水泥生產(chǎn)線均有一個(gè)特點(diǎn)——“穩(wěn)”。若能做到這一點(diǎn)，不僅可以大大降低生產(chǎn)能耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，更能降低污染物排放量，提高資源利用率，但是要做到這一點(diǎn)卻并不容易。  

以水泥生產(chǎn)線的“心臟”——回轉(zhuǎn)窯為例，作為水泥生產(chǎn)的主要裝備，回轉(zhuǎn)窯需要長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)工藝極為復(fù)雜，其對(duì)于窯操作員的技術(shù)要求非常的高。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，窯操作員往往要同時(shí)觀察多達(dá)上百個(gè)工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，并在數(shù)秒內(nèi)迅速做出判斷并通過計(jì)算機(jī)給出正確的調(diào)節(jié)指令，這種調(diào)節(jié)的困難之處在于必須兼顧“風(fēng)、煤、料”等多種工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)的配合，當(dāng)對(duì)任意一個(gè)變量進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，必須預(yù)測(cè)它對(duì)全局的聯(lián)動(dòng)影響。  

但是，由于不同操作員在經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)積累以及操作習(xí)慣等方面的差異，往往無法保證回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的連續(xù)最優(yōu)運(yùn)行。為解決人為操作對(duì)水泥生產(chǎn)線帶來的系統(tǒng)不連續(xù)、運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，水泥行業(yè)需要引入新的技術(shù)思路，保障水泥生產(chǎn)線的高效穩(wěn)定運(yùn)行，而近年來高速發(fā)展中的數(shù)字化智能控制技術(shù)有望改變水泥生產(chǎn)線長(zhǎng)久以來過度依靠“人工駕駛”的現(xiàn)狀。  

楊航表示，施耐德電氣APC先進(jìn)過程控制系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)水泥窯、預(yù)熱器、篦冷機(jī)、和磨機(jī)系統(tǒng)的無人操作和最優(yōu)化運(yùn)行；還可顯著穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)量、減小能耗，并解放操作員。  

資料還顯示，APC先進(jìn)過程控制系統(tǒng)，利用更先進(jìn)更智能的控制方式，提高水泥生產(chǎn)線的操作控制水平、提高自控率，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能、增效。經(jīng)測(cè)算，單條產(chǎn)線部署APC解決方案后平均每年能節(jié)約300萬人民幣的費(fèi)用。  

楊航：“APC最重要是起到的穩(wěn)定的作用，APC的使命不會(huì)為了代替人，是為了人更加的輕松的工作，這個(gè)我認(rèn)為應(yīng)該是APC的使命或者其價(jià)值”。  

楊航還指出，施耐德電氣的APC系統(tǒng)幫助贊皇金隅水泥合理優(yōu)化水泥窯操作參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析，建立預(yù)測(cè)模型，達(dá)到少人操作的目的。比如，基于模型預(yù)測(cè)控制算法的APC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水泥窯、預(yù)熱器、篦冷機(jī)和磨機(jī)系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行，在解放操作員、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，保證了水泥窯安全、穩(wěn)定、可靠、優(yōu)化運(yùn)行。  

李慶慶稱：得益于APC系統(tǒng)的應(yīng)用，贊皇金隅工況穩(wěn)定性以及產(chǎn)品品質(zhì)大幅提升，并降低了操作員工作強(qiáng)度，提升了操作員綜合能力，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，同時(shí)質(zhì)量穩(wěn)定性提高也使得贊皇金隅水泥產(chǎn)品獲得了更廣泛的市場(chǎng)認(rèn)可。  

節(jié)能！不是目的而是責(zé)任！  

資料顯示，水泥生產(chǎn)是建材行業(yè)的能耗之王，水泥的能耗約占全球能源消耗的2%，二氧化碳排放量占全球碳排放的5%，水泥生產(chǎn)總成本的60%以上都是能源消耗，而我國(guó)近年來每年水泥產(chǎn)量均在23億噸左右，由此造成巨大的能源消耗。  

值得一提的是，在12月12日的氣候雄心峰會(huì)上，我國(guó)已經(jīng)明確作出“到2030年，中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右”等莊嚴(yán)承諾。  

作為煤炭消耗大戶，水泥行業(yè)節(jié)能、減碳責(zé)任與義務(wù)并存。  

影響水泥生產(chǎn)線能耗的主要因素包括人、設(shè)備和物料三個(gè)方面，其中物料和設(shè)備短時(shí)間內(nèi)難以做出改變，但是人為因素卻可以通過先進(jìn)的能源管理系統(tǒng)加以改變。  

楊航表示，施耐德電氣EMS系統(tǒng)既能幫助水泥企業(yè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水、電、煤、汽等能源的實(shí)時(shí)消耗量，又能讓愜意隨時(shí)掌握和能耗相關(guān)的原料使用和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，從而助力他們識(shí)別和挖掘生產(chǎn)過程中的節(jié)能契機(jī)，做出正確決策。  

EMS系統(tǒng)的核心在于幫助企業(yè)更透徹的認(rèn)識(shí)和掌控企業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)。根據(jù)楊航的介紹，施耐德EMS系統(tǒng)依據(jù)客戶實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用需求進(jìn)行開發(fā)，報(bào)表也是根據(jù)客戶要求來定制，并通過數(shù)據(jù)集成，打破數(shù)據(jù)孤島。EMS更多的是反應(yīng)“數(shù)據(jù)背后”的故事，為水泥企業(yè)展現(xiàn)工廠整體能效數(shù)據(jù)的畫面。  

贊皇金隅正是利用EMS系統(tǒng)，將中控DCS控制系統(tǒng)、電量采集系統(tǒng)、熒光自動(dòng)分析系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)等信息管理系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了全廠各生產(chǎn)過程及能耗狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理，生產(chǎn)能耗大幅降低。  

李慶慶，“能管系統(tǒng)的實(shí)施讓我們能夠?qū)崟r(shí)了解設(shè)備空轉(zhuǎn)等浪費(fèi)情況，比如我們通過能管系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)沒有及時(shí)停，這是一種嚴(yán)重浪費(fèi)，另外峰電電價(jià)比谷電高一倍左右，EMS系統(tǒng)幫助我們多用谷電，能夠把我們的電費(fèi)降低下來”。  

數(shù)據(jù)顯示，通過使用能源系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整優(yōu)化工藝參數(shù)，贊皇金隅生產(chǎn)能耗大幅降低。其中一線窯在同臺(tái)時(shí)下工序電耗每小時(shí)下降200-300度電，熟料電耗降低2.1-2.8度。  

水泥是什么？鏈接自然與人類文明的橋梁！  

水泥的誕生，讓天塹成通途，使茅屋變廣廈，讓超級(jí)城市的出現(xiàn)成為可能，為現(xiàn)代人類文明的誕生和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。  

然而，水泥也是一個(gè)相當(dāng)矛盾的產(chǎn)業(yè)。生產(chǎn)工藝決定了其高能耗的特性，而產(chǎn)品特性使其成為應(yīng)用最廣泛的建筑膠凝材料，且在可以預(yù)見的未來，依舊難以找到替代產(chǎn)品。正因如此，用更小的資源和環(huán)境代價(jià)，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求，實(shí)現(xiàn)人類文明發(fā)展與自然和諧共處是水泥行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。  

數(shù)字化、智能化技術(shù)的出現(xiàn)，突破了以往通過技術(shù)裝備實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的局限性，為水泥工業(yè)進(jìn)一步降低能耗，降低對(duì)大自然的索取，創(chuàng)造了無限可能。