灰色水泥的綠色智能制造轉(zhuǎn)型之路

——施耐德電氣 EcoStruxure 工廠解決方案助力甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司實(shí)現(xiàn)數(shù) 字化轉(zhuǎn)型

俯瞰華夏大地，條條干道縱橫交錯(cuò)，座座大橋凌空飛架，排排高樓拔地而起……基礎(chǔ)設(shè)施的 日漸完善讓鄉(xiāng)村和城市的面貌煥然一新。

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展取得了舉世矚目的成就，而在繁榮昌盛的背后，卻站著 一位灰頭土臉的“無名英雄”。他曾用自己的身軀在中國城市化進(jìn)程中立下“赫赫戰(zhàn)功”；也 曾因高能耗、高排放而迫切需要轉(zhuǎn)型。

他，就是我們今天故事的主角——水泥。水泥也和鋼筋、木材一起被并稱為“建筑三材”。

水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的先行者

所謂“世界水泥看中國”，經(jīng)過多年的高速發(fā)展，中國水泥產(chǎn)量達(dá)到了歷史最高水平，連續(xù) 十多年位居世界第一。

產(chǎn)能過剩致使行業(yè)面臨著非常嚴(yán)峻的競爭壓力；自動(dòng)化、智能化水平較低則使企業(yè)制造成本 居高不下；日趨嚴(yán)格的環(huán)保政策更是對(duì)企業(yè)的節(jié)能減排提出了更高的要求。在這種情況下， 如何以更少的能源、更低的成本、更高的效率生產(chǎn)出質(zhì)量更優(yōu)的水泥產(chǎn)品，就成了以甘肅祁 連山水泥集團(tuán)股份有限公司為代表的企業(yè)們必須應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。

作為全球最大的建材制造商中國建材集團(tuán)的下屬企業(yè)，甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司是 西北地區(qū)特種水泥生產(chǎn)基地、甘青藏省區(qū)水泥工業(yè)的“龍頭”，成功躋身國家重點(diǎn)支持的 12 戶大型水泥企業(yè)（集團(tuán)）行列。公司擁有 16 個(gè)水泥產(chǎn)銷基地和 9 個(gè)商砼基地，年產(chǎn)水泥 3000 萬噸。毛主席紀(jì)念堂、北京亞運(yùn)村場館、酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地、青藏鐵路等國家大型重點(diǎn)工程 全部或部分使用了“祁連山”牌水泥。這都是“祁連山”品牌承載的無上榮光。

為了進(jìn)一步降低能耗、節(jié)約成本、優(yōu)化生產(chǎn)、提高企業(yè)核心競爭力，甘肅祁連山水泥集團(tuán)股 份有限公司早在多年前就開始在信息化和智能化方向進(jìn)行持續(xù)不斷的探索，并因此先后榮獲 “中國企業(yè)信息化 500 強(qiáng)”、“水泥行業(yè)信息化和工業(yè)化融合示范企業(yè)”、“兩化融合管理 體系貫標(biāo)示范企業(yè)”等榮譽(yù)稱號(hào)。在探索過程中，甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司越發(fā)深 入的認(rèn)識(shí)到——唯有數(shù)字化和智能化才是水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)突圍的必由之路。于是，乘著智能制 造的浪潮，公司的領(lǐng)導(dǎo)們迫切希望尋找到可靠的合作伙伴，以助力其對(duì)整個(gè)集團(tuán)的轉(zhuǎn)型升級(jí) 進(jìn)行總體規(guī)劃，并選擇試點(diǎn)工廠進(jìn)行落地實(shí)踐，讓數(shù)字化從愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

就這樣，行業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富且技術(shù)水平過硬的施耐德電氣成了甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司 的最佳選擇。談及當(dāng)年的合作，甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司下屬全資子公司漳縣祁 連山水泥有限公司副總經(jīng)理張旗浩表示：“施耐德電氣在水泥行業(yè)擁有成熟的數(shù)字化技術(shù)和 豐富的落地實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，幫助我們從容應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)型路上的種種挑戰(zhàn)。無論我們?cè)陧?xiàng)目過程中遇到 什么問題，施耐德電氣專業(yè)、認(rèn)真、負(fù)責(zé)的服務(wù)團(tuán)隊(duì)都能為我們提供及時(shí)的響應(yīng)。如今，我 們和施耐德電氣早已不只是單純的甲方乙方的關(guān)系，更是共同探索數(shù)字化路上的親密合作伙 伴?！?/p>

依托先進(jìn)的 EcoStruxure 架構(gòu)，施耐德電氣為甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司旗下的數(shù)字 化試點(diǎn)工廠提供了包括數(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。目前，甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司在降本、節(jié)能、 提質(zhì)方面均取得了顯著的成果，以至于集團(tuán)已經(jīng)開始在包括漳縣祁連山水泥有限公司和宏達(dá) 建材有限責(zé)任公司等旗下的多個(gè)工廠大力推廣施耐德電氣的數(shù)字化解決方案。這些成功實(shí)踐 不僅推動(dòng)了公司自身的發(fā)展，更是對(duì)整個(gè)水泥行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)都具有重要示范意義。

變“人工駕駛”為“自動(dòng)巡航”

甘肅省漳縣鹽井鄉(xiāng)鹽井村，漳縣祁連山水泥有限公司的工廠里，巨大的回轉(zhuǎn)窯不知疲倦地日 夜轉(zhuǎn)動(dòng)著。在窯內(nèi)，生料經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)變?yōu)?a target="_blank" style="color: #4284f4; text-decoration: underline;">熟料，才算完成了水泥 一生當(dāng)中最重要的“蛻變” 。

由于熟料煅燒上接生料制備，下聯(lián)水泥粉磨，是水泥生產(chǎn)工藝鏈條上舉足輕重的一環(huán)，因此 水泥回轉(zhuǎn)窯一向被稱為水泥工廠的“心臟”。然而，要想保證水泥窯的穩(wěn)定、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，可 并不是一件容易的事。

在生產(chǎn)過程中，窯操作員往往需要同時(shí)觀察多達(dá)上百個(gè)工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，不僅要在數(shù)秒 內(nèi)迅速做出判斷，還得通過計(jì)算機(jī)給出正確的調(diào)節(jié)指令。因?yàn)楦鱾€(gè)參數(shù)之間相互聯(lián)動(dòng)，牽一 發(fā)而動(dòng)全身，所以調(diào)節(jié)的困難之處在于同時(shí)兼顧“風(fēng)、煤、料、窯速”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)測它對(duì)全局的影響。操作好這樣一個(gè) 工藝系統(tǒng)，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(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

顯然，這項(xiàng)工作對(duì)窯操作員的技能、體力和精力都提出了巨大的考驗(yàn)。首先，不同的操作員 之間經(jīng)驗(yàn)和技能不一，導(dǎo)致了操作水平的差異；其次，即使是同一位操作員，在不同時(shí)間段 的精力和體力也不同，容易造成產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)；最后，寶貴的操作經(jīng)驗(yàn)藏在那些工作多年 的老操作員腦中，不利于知識(shí)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(xù)最優(yōu)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低消耗高產(chǎn)出。

施耐德電氣基于模型預(yù)測控制算法的 APC 系統(tǒng)則能讓這些問題迎刃而解，該系統(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。

如果說過去的窯操作員的工作像是在駕駛一輛手動(dòng)檔汽車，那現(xiàn)在就像是開了定速巡航功能， 輕松無憂。據(jù)悉，在漳縣祁連山水泥有限公司剛剛開始推行 APC 的時(shí)候，有位基層管理人員 對(duì)該系統(tǒng)并不完全信任，害怕投產(chǎn)之后會(huì)面臨風(fēng)險(xiǎn)?？墒窃跉v經(jīng)重重考驗(yàn)之后，這位管理人 員早已完全放下心來。如今，依靠這套系統(tǒng)，他的工作強(qiáng)度大大降低。

漳縣祁連山水泥有限公司高級(jí)主任工程師程俊生表示：“我們是西北水泥行業(yè)第一家部署水 泥窯 APC 系統(tǒng)的企業(yè)，只用了半年的時(shí)間就一次性投運(yùn)成功。施耐德電氣的 APC 系統(tǒng)幫助我 們合理優(yōu)化水泥窯操作參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析，建立預(yù)測模型，達(dá)到少人操作。使熟料標(biāo)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(dá) 85%以上， 標(biāo)準(zhǔn)偏差下降了 10%以上，熟料強(qiáng)度穩(wěn)中有升；三年來，APC 系統(tǒng)在線率高達(dá) 99%以上，沒有發(fā)生過任何誤操作導(dǎo)致的失控狀態(tài)?！?/p>

基于這些突出成果，漳縣祁連山水泥水泥窯 APC 系統(tǒng)榮獲中國建材企業(yè)家管理協(xié)會(huì) 2018 年 度現(xiàn)代化管理創(chuàng)新成果二等獎(jiǎng)。

不只引入智能化的 APC 系統(tǒng)，公司還在創(chuàng)建綠色企業(yè)、綠色礦山方面持續(xù)投入，以在注重礦 容礦貌、營造良好礦區(qū)環(huán)境的基礎(chǔ)上生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水泥產(chǎn)品。2019 年 12 月，漳縣祁連山水泥 有限公司茍家寨水泥用石灰?guī)r礦被國家自然資源部列入《2019 年度綠色礦山遴選名單》。

讓能耗問題“無所遁形”

除了穩(wěn)定生產(chǎn)，施耐德電氣還在助力水泥行業(yè)提升能效管理方面有自己的獨(dú)到專長。

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。如果能在節(jié)能減排方面做出突 出成績，就能幫助企業(yè)節(jié)約大量的生產(chǎn)成本。

然而，很多水泥企業(yè)雖然“有心”進(jìn)行能耗管理，但卻“無力”發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的點(diǎn)藏在哪里。以 甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司下屬宏達(dá)建材有限責(zé)任公司為例，過去，公司管理層明明 知道設(shè)備的空運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，卻無法實(shí)時(shí)獲悉設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。更何況，與能耗相 關(guān)的問題往往都是一些“跑冒滴漏”的小問題，看似不起眼，一旦積少成多，造成的卻是巨 大的成本浪費(fèi)。

換言之，企業(yè)進(jìn)行能效管理路上的最大障礙之一就是能源使用情況的不透明，施耐德電氣 EMS 能源管理系統(tǒng)則能讓工廠的能耗問題無所遁形。

對(duì)于工廠管理者來說， EMS 系統(tǒng)既能幫助他們動(dòng)態(tài)監(jiān)測水、電、煤、汽等能源的實(shí)時(shí)消耗量， 又能讓他們隨時(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。

現(xiàn)在，只需坐在辦公室里，工廠廠長就能實(shí)時(shí)知悉哪些設(shè)備在空運(yùn)轉(zhuǎn)，哪些設(shè)備在有序運(yùn)行， 什么時(shí)候是用電高峰，什么時(shí)候是用電低谷，并根據(jù)具體情況進(jìn)行合理的生產(chǎn)調(diào)度，最大化 保障設(shè)備的高效利用，并“避峰用谷”組織生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

對(duì)于操作員來說，EMS 則能讓他們直觀的掌握每天、每小時(shí)、每個(gè)班組的具體能耗狀況，便 于他們與其他班組進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)自身在操作過程中可能存在的問題，變被動(dòng)管理為主動(dòng)改 進(jìn)。

宏達(dá)建材有限責(zé)任公司副總經(jīng)理常占新對(duì)此表示：“施耐德電氣的能源管理系統(tǒng)在很大程度 上完善了企業(yè)能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完備性，為全面提升企業(yè)的能效管理水平奠定了基礎(chǔ)。系 統(tǒng)投運(yùn)后，我們工廠最好的單月熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低到了 100 公斤/噸以下，2019 年年降低電 費(fèi) 453.6 萬元。EMS 不只是一項(xiàng)工具，更為重要的是，它把先進(jìn)的、成熟的能效管理理念引 入到了我們生產(chǎn)的方方面面，讓我們能夠從節(jié)能、綠色的角度去重新思考這個(gè)行業(yè)。施耐德 電氣的能源管理系統(tǒng)還促成了我們公司水泥窯的模塊化生產(chǎn)、精細(xì)化操作，水泥窯日產(chǎn)突破 6200 噸，低堿、核電工程用硅酸鹽水泥進(jìn)入新京高速、四零四核電工程河西重點(diǎn)工程項(xiàng)目?！?/p>

結(jié)語

大到一段鐵路、一條高速，小到一間房、一面墻——過去，水泥靠著自己的身軀支撐起了中 國工業(yè)的繁榮壯大，卻又不免在這個(gè)過程中沾染了滿身塵土。而現(xiàn)在，這位“無名英雄” ， 正在用綠色洗去身上的灰暗，并借由數(shù)字化鑄造的秘密武器，重拾往日的榮光。

未來，在水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的路上，施耐德電氣將始終與水泥企業(yè)相伴，為他們 的一路突圍保駕護(hù)航。