水泥的追求——连接文明与自然的桥梁
水泥 中国水泥网信息中心 2021-01-14
水泥是什么？这并不是一个容易回答的问题……
作为一种使用广泛的建筑胶凝材料，水泥从它诞生的那一刻起，因其独特的物理化学性能，就注定了它成为当前我们所能找到的最理想的建筑材料之一。200多年来，水泥已经应用到生产生活的各个方面，为发展经济，改善民生发挥了关键的作用，为城市的兴起和现代文明的发展创造了条件。
那么，水泥仅仅是一种建筑材料吗？显然，作为一种资源消耗型产业，水泥肩负的使命还不止于此。通过不断的技术革新，以更小的资源和环境代价，满足社会经济发展需要，化身连接文明与自然的桥梁，或许才是水泥真正应有的内涵。
数字技术“重塑”现代水泥生产方式
进入21世纪以来，伴随着新型干法水泥逐步取代机立窑成为国内水泥生产的绝对主流，加之水泥生产工艺技术持续升级，我国单位水泥生产能耗已经处于世界领先水平。
然而，由于我国水泥产量巨大，每年依旧带来大量的资源消耗。据中国水泥网数据显示，自1985年以来，我国水泥产量已经连续35年位列全球第一，仅仅2019年全年就生产水泥23.3亿吨，消耗约1.7亿吨标准煤。
水泥行业持续推进和深化节能降耗势在必行，也为每一位从业者提出了严峻的挑战。
赞皇金隅水泥位于河北省石家庄市，成立于2008年，拥有2条日产2000吨水泥熟料生产线，1条日产4000吨熟料生产线。作为北京金隅集团旗下，水泥产能规模列全国前三甲、世界第五位的金隅冀东水泥的重要子公司，也是重要的水泥熟料生产基地，赞皇金隅水泥拥有职工600多人，具备年产330万吨水泥能力，为推动地方经济发展发挥了重要作用。
即便如此，积极通过技术改造全面推进节能降耗，实现企业绿色发展依然是赞皇金隅自建厂以来坚持不懈的追求。
据了解，从成立以来赞皇金隅始终坚持清洁生产、绿色发展，践行国企社会责任，大力实施环境革命，采取“管理减排、技术减排、投入减排”三大减排措施，有效提升企业自净能力。围绕落实“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，建立“高效、清洁、低碳、循环”绿色制造体系，加快绿色工厂创建，采用先进适用的清洁生产工艺技术和高效装备，淘汰落后设备，推动用能结构优化。
赞皇金隅水泥有限公司能源管理专员李庆庆：“无论从集团还是厂里，我们都非常重视能源管理，赞皇金隅属于重点用煤企业，因此我们专门设置了能源管理岗位，由专人负责生产能耗控制，最终目的是持续降低煤耗和电耗”。
近年来，伴随着国内水泥行业自动化、信息化、数字化进程持续加快，赞皇金隅开始全面推进企业数字化进程，通过引进先进控制技术，提升企业管理水平，降低生产能耗。
据李庆庆介绍，赞皇金隅2016年通过对比，在了解到施耐德电气在能源管理领域的优势之后，引入施耐德EMS（能源管理系统）和APC（先进过程控制），并根据企业自身使用需求增加了EMS系统30%左右的功能，到2017年正式使用之后，大大提升了企业生产经营管理水平，并降低水泥生产能耗。
公司可比熟料综合电耗、可比水泥综合电耗均达到《水泥行业单位产品能源消耗限额》标准先进值。
施耐德电气工业自动化业务建材与矿业行业总经理杨航介绍称，施耐德电气作为全球能源管理与自动化领域数字化转型的专家，充分了解企业在能源节约以及绿色生产上的需求。施耐德电气依托先进的EcoStruxure架构，为水泥企业提供包括数字化咨询与服务、APC先进过程控制系统、EMS能源管理系统在内的软硬件一体化的整体解决方案，帮助水泥客户在降本、节能、提质方面均取得了显著成果。通过EMS、APC等解决方案，在推动项目的过程中，客户可以根据施耐德的产品，把软件和场景更好的融合在一起，从而发挥更大的作用。
杨航：“EMS在赞皇金隅水泥的应用中有20-30%，甚至更多的根据场景的定制化需求。因为在使用的过程当中，客户不断的对施耐德电气提要求，施耐德电气也不断的完善产品，最终双方对EMS的应用表现都非常认可”。
李庆庆表示，施耐德电气依托先进的EcoStruxure架构，为赞皇金隅提供包括数字化咨询与服务、APC先进过程控制系统、EMS能源管理系统在内的软硬件一体化的整体解决方案，帮助赞皇金隅在降本、节能、提质方面均取得了显著成果。
“优秀”水泥生产线的秘诀：一个字“稳”！
众所周知，水泥生产主要分为“两磨一烧”三个环节，看似简单，但工艺流程极为复杂。从矿山开采到生料粉磨、熟料煅烧以及水泥粉磨，任何一个环节均涉及到大量的设备和数据参数，设备运行状态和运行参数的变化往往对整条生产线的运行产生“牵一发而动全身”的影响。
正因如此，每一条运行情况优秀的水泥生产线均有一个特点——“稳”。若能做到这一点，不仅可以大大降低生产能耗，提升产品质量稳定性，更能降低污染物排放量，提高资源利用率，但是要做到这一点却并不容易。
以水泥生产线的“心脏”——回转窑为例，作为水泥生产的主要装备，回转窑需要长期连续运行，系统工艺极为复杂，其对于窑操作员的技术要求非常的高。在生产运行过程中，窑操作员往往要同时观察多达上百个工艺参数的动态变化，并在数秒内迅速做出判断并通过计算机给出正确的调节指令，这种调节的困难之处在于必须兼顾“风、煤、料”等多种工艺参数和设备参数的配合，当对任意一个变量进行调节时，必须预测它对全局的联动影响。
但是，由于不同操作员在经验、知识积累以及操作习惯等方面的差异，往往无法保证回转窑系统的连续最优运行。为解决人为操作对水泥生产线带来的系统不连续、运行不稳定的问题，水泥行业需要引入新的技术思路，保障水泥生产线的高效稳定运行，而近年来高速发展中的数字化智能控制技术有望改变水泥生产线长久以来过度依靠“人工驾驶”的现状。
杨航表示，施耐德电气APC先进过程控制系统不仅可以实现水泥窑、预热器、篦冷机、和磨机系统的无人操作和最优化运行；还可显著稳定产品质量、提高产量、减小能耗，并解放操作员。
资料还显示，APC先进过程控制系统，利用更先进更智能的控制方式，提高水泥生产线的操作控制水平、提高自控率，从而进一步实现节能、增效。经测算，单条产线部署APC解决方案后平均每年能节约300万人民币的费用。
杨航：“APC最重要是起到的稳定的作用，APC的使命不会为了代替人，是为了人更加的轻松的工作，这个我认为应该是APC的使命或者其价值”。
杨航还指出，施耐德电气的APC系统帮助赞皇金隅水泥合理优化水泥窑操作参数，通过数据分析，建立预测模型，达到少人操作的目的。比如，基于模型预测控制算法的APC系统可实现水泥窑、预热器、篦冷机和磨机系统的最优化运行，在解放操作员、稳定产品质量的同时，保证了水泥窑安全、稳定、可靠、优化运行。
李庆庆称：得益于APC系统的应用，赞皇金隅工况稳定性以及产品品质大幅提升，并降低了操作员工作强度，提升了操作员综合能力，降低了企业生产成本，同时质量稳定性提高也使得赞皇金隅水泥产品获得了更广泛的市场认可。
节能！不是目的而是责任！
资料显示，水泥生产是建材行业的能耗之王，水泥的能耗约占全球能源消耗的2%，二氧化碳排放量占全球碳排放的5%，水泥生产总成本的60%以上都是能源消耗，而我国近年来每年水泥产量均在23亿吨左右，由此造成巨大的能源消耗。
值得一提的是，在12月12日的气候雄心峰会上，我国已经明确作出“到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右”等庄严承诺。
作为煤炭消耗大户，水泥行业节能、减碳责任与义务并存。
影响水泥生产线能耗的主要因素包括人、设备和物料三个方面，其中物料和设备短时间内难以做出改变，但是人为因素却可以通过先进的能源管理系统加以改变。
杨航表示，施耐德电气EMS系统既能帮助水泥企业动态监测水、电、煤、汽等能源的实时消耗量，又能让惬意随时掌握和能耗相关的原料使用和设备运转情况，从而助力他们识别和挖掘生产过程中的节能契机，做出正确决策。
EMS系统的核心在于帮助企业更透彻的认识和掌控企业生产状态。根据杨航的介绍，施耐德EMS系统依据客户实际应用场景和应用需求进行开发，报表也是根据客户要求来定制，并通过数据集成，打破数据孤岛。EMS更多的是反应“数据背后”的故事，为水泥企业展现工厂整体能效数据的画面。
赞皇金隅正是利用EMS系统，将中控DCS控制系统、电量采集系统、荧光自动分析系统、智能物流系统等信息管理系统进行整合，实现了全厂各生产过程及能耗状况动态监控和管理，生产能耗大幅降低。
李庆庆，“能管系统的实施让我们能够实时了解设备空转等浪费情况，比如我们通过能管系统，发现空压机没有及时停，这是一种严重浪费，另外峰电电价比谷电高一倍左右，EMS系统帮助我们多用谷电，能够把我们的电费降低下来”。
数据显示，通过使用能源系统及时调整优化工艺参数，赞皇金隅生产能耗大幅降低。其中一线窑在同台时下工序电耗每小时下降200-300度电，熟料电耗降低2.1-2.8度。
水泥是什么？链接自然与人类文明的桥梁！
水泥的诞生，让天堑成通途，使茅屋变广厦，让超级城市的出现成为可能，为现代人类文明的诞生和发展奠定基础。
然而，水泥也是一个相当矛盾的产业。生产工艺决定了其高能耗的特性，而产品特性使其成为应用最广泛的建筑胶凝材料，且在可以预见的未来，依旧难以找到替代产品。正因如此，用更小的资源和环境代价，满足社会经济建设需求，实现人类文明发展与自然和谐共处是水泥行业高质量发展的必然要求。
数字化、智能化技术的出现，突破了以往通过技术装备实现节能降耗的局限性，为水泥工业进一步降低能耗，降低对大自然的索取，创造了无限可能。
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