[原創(chuàng)]水泥改變生活 “數(shù)字”變革水泥

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(jìn)程，但受材料限制，建設(shè)大型建筑一直存在阻礙。直到水泥的出現(xiàn)，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(guī)模發(fā)展以及現(xiàn)代文明體系的構(gòu)建才成為了可能。

尤其是預(yù)分解窯技術(shù)出現(xiàn)后，水泥不再是高成本的建筑材料，價(jià)格的“親民”特性也加速了其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，恰逢戰(zhàn)后全球經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)期，水泥在此期間為全球經(jīng)濟(jì)騰飛發(fā)揮了不可磨滅的作用。

文明的陣痛

生產(chǎn)與消耗的矛盾螺旋

水泥就像一把雙刃劍。社會(huì)發(fā)展需要生產(chǎn)大量的水泥，但水泥作為一種重污染、資源消耗型產(chǎn)業(yè)，從誕生之日起，資源消耗與環(huán)境污染問題就成為繞不開的話題?？v觀整個(gè)水泥生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展歷程，本質(zhì)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(chǎn)工藝采用倉(cāng)窯煅燒方法。這種生產(chǎn)方式導(dǎo)致熱利用率和成品率極低，造成能源和資源的大量浪費(fèi)。從后來的立窯、干法回轉(zhuǎn)窯、濕法回轉(zhuǎn)窯等生產(chǎn)方式開始，如何提高能源利用率，提高品質(zhì)穩(wěn)定性就成為生產(chǎn)技術(shù)迭代更新的關(guān)鍵。

到了預(yù)分解窯階段，水泥生產(chǎn)能源利用率得到空前提高，熱耗從濕法長(zhǎng)窯的1400-1500kJ/kg*4.18降低到700-800 kJ/kg*4.18，降幅達(dá)到一倍以上。國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)龍頭企業(yè)，海螺水泥12000t/d生產(chǎn)線熱耗已經(jīng)降低至710kJ/kg*4.18，如此低的能耗在上個(gè)世紀(jì)預(yù)分解窯剛出現(xiàn)之時(shí)也是無法想象的。

預(yù)分解窯技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，各方面指標(biāo)仍然在持續(xù)的升級(jí)中。

從中國(guó)水泥網(wǎng)了解的情況來看，噸熟料煤耗方面，國(guó)內(nèi)先進(jìn)水泥企業(yè)已經(jīng)能夠降低至100公斤以下；電耗方面，由于余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)電能力的不斷升級(jí)，部分水泥廠已經(jīng)基本能夠做到“零”外購(gòu)電；NOx排放量方面，已經(jīng)從早期的700-800mg/Nm³降低至400-500mg/Nm³；粉磨電耗方面，由于聯(lián)合粉磨系統(tǒng)等粉磨工藝的不斷優(yōu)化升級(jí)，現(xiàn)在部分水泥企業(yè)噸水泥粉磨能耗已經(jīng)低至20度電。

回首過去，在整個(gè)水泥工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，生產(chǎn)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(jìn)，使得水泥生產(chǎn)能耗和污染物排放一天天降低。

筆者曾與著名水泥業(yè)者，亞東水泥董事長(zhǎng)張才雄有過一番交流。張董事長(zhǎng)感慨頗深的指出，當(dāng)前水泥價(jià)格如此低廉，與過去半個(gè)多世紀(jì)以來水泥從業(yè)者在技術(shù)裝備領(lǐng)域的努力分不開。

技術(shù)層面的進(jìn)步，讓水泥質(zhì)量、產(chǎn)量不斷提高，能耗和污染物排放量持續(xù)降低，也讓水泥更廉價(jià)。

路口的抉擇

數(shù)字化引領(lǐng)水泥產(chǎn)業(yè)升級(jí)新風(fēng)向

在過去的幾十年里，預(yù)分解窯技術(shù)雖然不斷的完善和改進(jìn)，但隨著水泥需求量的不斷增長(zhǎng)，以及水泥產(chǎn)業(yè)規(guī)模的快速擴(kuò)張，在巨大的產(chǎn)量基數(shù)下，水泥生產(chǎn)帶來的資源消耗仍然是天文數(shù)字。

有資料顯示，僅僅在我國(guó)水泥生產(chǎn)能耗就占全國(guó)能源消耗總量的7%，二氧化碳排放量占全國(guó)10%，氮氧化物占全國(guó)10-12%，另外水泥生產(chǎn)總成本的60%以上都是能源消耗。降低水泥生產(chǎn)對(duì)資源的消耗，成為水泥行業(yè)綠色發(fā)展進(jìn)程中一個(gè)永恒的主題。

近年來，伴隨著信息化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在集合前人生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于大數(shù)據(jù)資源的數(shù)字化生產(chǎn)方式正在各行各業(yè)興起，并對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)方式帶來革命性的變革。在水泥行業(yè)，數(shù)字化解決方案的出現(xiàn)則為實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)能耗和污染物排放量的進(jìn)一步降低帶來了可能，成為未來水泥綠色發(fā)展的關(guān)鍵突破口。

事實(shí)上，早在多年前，作為國(guó)際電氣業(yè)巨頭的施耐德電氣就提出了水泥生產(chǎn)的數(shù)字化升級(jí)方案。推出基于物聯(lián)網(wǎng)的新一代EcoStruxure架構(gòu)與平臺(tái)，并涵蓋了過程監(jiān)控系統(tǒng)、窯磨專家優(yōu)化控制系統(tǒng)、能源監(jiān)控和信息系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、設(shè)備管理和狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、企業(yè)資產(chǎn)管理等水泥生產(chǎn)管理的方方面面，為水泥企業(yè)無縫、低成本、大規(guī)模地實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)提供了可能。

截止目前，施耐德電氣已經(jīng)為中聯(lián)水泥、祁連山水泥、金隅水泥等國(guó)內(nèi)水泥巨頭提供數(shù)字化生產(chǎn)解決方案，并取得了卓越成效。

以祁連山水泥集團(tuán)旗下漳縣祁連山水泥有限公司為例，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(jìng)爭(zhēng)力，施耐德電氣依托先進(jìn)的EcoStruxure架構(gòu)，為該公司提供括數(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，使得漳縣祁連山在降本、節(jié)能、 提質(zhì)方面均取得了顯著的成果。

在熟料燒成環(huán)節(jié)，過去在生產(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(cè)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(zhǎng)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(cè)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。

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(cè)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>

甘肅祁連山水泥集團(tuán)擁抱變革

數(shù)字生產(chǎn)考驗(yàn)水泥行業(yè)的決心與毅力

毫無疑問，在過去的50年時(shí)間里，水泥生產(chǎn)工藝已經(jīng)基本固化，但這并不意味著降低水泥生產(chǎn)能耗和污染物排放將面臨瓶頸，相反隨著5G時(shí)代的開啟，萬物互聯(lián)時(shí)代即將到來，數(shù)字化將深入水泥生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)層面，有望為水泥行業(yè)開辟一個(gè)綠色的未來。

然而，水泥行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型仍然存在一些阻礙。水泥數(shù)字化工廠的實(shí)施是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要軟硬件服務(wù)商及水泥企業(yè)共同參與其中。尤其是作為主體的水泥企業(yè)，企業(yè)對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的決心在很大程度上決定了水泥數(shù)字工廠能否真正落地。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)受益于供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的推進(jìn)，加之近年來區(qū)域水泥市場(chǎng)競(jìng)合關(guān)系日趨穩(wěn)定，水泥價(jià)格持續(xù)保持高位，行業(yè)利潤(rùn)更是連年創(chuàng)下新高。中國(guó)水泥網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，過去三年水泥行業(yè)利潤(rùn)分別達(dá)到877億元、1546億元和1867億元，水泥行業(yè)毛利率更是遠(yuǎn)超大多數(shù)工礦行業(yè)。

如今，受新冠肺炎疫情影響，為加速經(jīng)濟(jì)恢復(fù)，從中央到地方推出了數(shù)十萬億的投資計(jì)劃，加上近年來尚未開工的基建項(xiàng)目，水泥需求短期內(nèi)有望迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)。業(yè)內(nèi)普遍預(yù)測(cè)，受新一輪經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃的推動(dòng)，未來3-5年水泥行業(yè)仍將保持良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，水泥價(jià)格和行業(yè)利潤(rùn)均將獲得有效支撐。

萬物皆有兩面性，水泥行業(yè)形勢(shì)向好符合行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需要，改善了水泥企業(yè)生存環(huán)境；然而高漲的價(jià)格和利潤(rùn)，也會(huì)一定程度上降低部分水泥企業(yè)技術(shù)升級(jí)積極性。另外，全面的數(shù)字化生產(chǎn)需要對(duì)企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式進(jìn)行大幅度調(diào)整。正因如此，在行業(yè)形勢(shì)大好的情況下，推進(jìn)水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以降低能耗、污染物排放需要水泥企業(yè)的決心和毅力。

不過，正如水泥誕生的這200年一樣，技術(shù)升級(jí)的步伐從來不會(huì)停止，在當(dāng)代數(shù)字化浪潮下，未來水泥工業(yè)終將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并成為繼預(yù)分解窯之后水泥生產(chǎn)領(lǐng)域又一次具有劃時(shí)代意義的革新，讓水泥生產(chǎn)真正實(shí)現(xiàn)與大自然的和諧共處。