梁学文： 泰安中联智能工厂建设探索
水泥 中国水泥网信息中心 2019-08-27
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泰安中联水泥有限公司（以下简称“泰安中联”或“公司”）是中国联合水泥集团旗下的核心企业，拥有一条日产5000吨熟料低能耗新型干法水泥生产线，同步配套建设7MW超低温余热发电工程，公司以水产业园，年产熟料155万吨和高标号水泥100万吨，发电5200万度，砂石骨料200万吨，混凝土300万方。
一、建设背景及思路
中国联合水泥秉承中国建材发展战略，实施以联合重组为主、新线建设为辅的发展模式成长起来的企业，生产线的技术水平及经济指标与国内外先进企业比，均有较大差距。
根据宋志平董事长的要求，中联水泥集团董事长崔星太提出要自主创新打造一个指标先进的标杆企业，带动中联水泥技术指标整体提升。
2012年初中国联合水泥成立了技术研发组，在南京凯盛等单位的配合下，历时一年的调研论证确定技术方案，于2013年6月以水泥生产线为依托，上下游延伸产业链，初步形成了集砂石骨料、水泥熟料、商品混凝土为一体的全产业链绿色建材泰安中联5000吨/日熟料生产线动工建设。
此后，国家提出“两化融合”和“中国制造2025” 的战略要求，为满足国家对智能制造的最新要求，企业依托中国建材平台成立了以中国建材高级顾问阎盛慈为首的技术专家团队及南京凯盛国际工程有限公司共同组成的技术研发小组，对原已开工建设的泰安中联5000吨/日生产线实施技术创新，攻克众多难关，历时3年多的时间，泰安中联低能耗及智能制造生产线于2015年3月1日点火。被宋志平董事长称为是产学研的成果。
建设要求是“五全“即全变频、全消音、全封闭、全收尘和全利废。全变频：大型风机均采用变频，有效降低生产运行电耗；全消音、全封闭、全收尘：降低颗粒物排放量，充分体现生产线设计的清洁环保理念；全利废：实现资源的综合利用。
“四一流”即工艺一流、技术一流、环境一流和形象一流。生产线主要采用双系列六级旋风预热器、在线双喷腾式分解炉及两档短窑的新型干法水泥生产工艺；天然气烘窑；取消增湿塔；第四代中置辊破篦冷机；同步配套双回路、双增压7MW纯低温余热发电。
思路则是矿山开采智能化、原材料处理无均化、生产管理信息化、生产过程自动化、耐火材料无铬化、物料粉磨无球化和现场生产无人化。
所获荣誉：2015年7月，泰安中联工厂智能化技术获选“中国十大绿色技术创新”，该项技术成果还入选了《关注气候?中国在行动》成果集。同时，被工信部列为智能制造示范企业（全国46家，水泥行业唯一一家）；
2015年11月被建筑材料工业信息中心、中国建筑材料工业规划研究院、建材行业首席信息官联盟评为“2015年度建材行业互联网+创新成果奖”；
2016年11月被工业和信息化部评为“水泥行业基于在线监控的管控集成试点项目”；2017年度获得工业和信息化部授予的“重点用能行业能效领跑者”荣誉；2018年被工业和信息化部评为第三批绿色制造中的绿色工厂。
二、运用的智能手段及运行效果
泰安中联生产线体现了互联网+、信息化、智能化和污染物防治等先进的现代化综合技术，实现了水泥工艺和制造的全面升级，企业特有的六大智能手段，实现了水泥工厂智能制造的起步，引领了中国水泥工业的智能化发展，使泰安中联成为水泥行业两化融合的典范。
泰安中联信息化总体架构总体思路如下：
计划层(ERP)，ERP系统“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产计划。
执行层（MES），MES是处于计产控制层之划层和生间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。它可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。
生产控制层(DCS)，通过自动化生产设备、自动化检测仪器、集散控制系统等关键设备及控制系统，实现生产现场的自动化控制。生产管理层的主要作用在于对现场设备和工艺参数的监控。
（一）矿山智能开采-——矿山三维模型
智能开采是通过对矿山石灰石资源进行详细勘探，获取矿山资源储备、品位数据，从而建立矿体三维模型、矿山质量信息数据库，采用视频监控、在线分析、GPS调度等的计算机网络管控一体化系统，实现均化开采、合理搭配，达到石灰石预均化堆场的均化效果。从而取消了石灰石预均化堆场，吨熟料电耗降低1.2kwh/t，实现了工艺流程的简单化、占地少、电耗低、投资省的目标。
（二）智能质量控制系统
其中，进厂原煤自动检测系统主要包括以下几个方面。
1、载煤车辆进厂经过地磅时自动取样、检测、计量（全过程无人介入）
2、原煤进厂取样--电脑控制的随机自动取样器，样品均匀、准确
3、原煤自动检测--样品经过自动缩分后用在线分析仪自动检测，及时、准确
4、原煤自动计量—载煤车辆经过地磅自动计量，数据自动录入计算机系统
原料自动配料系统采用在线分析仪对物料成分进行分析，瞬时监测综合原料的成分与波动，按照目标率值及时控制配料皮带秤给料量，保证生料成分稳定。生料、煤粉、水泥出磨细度通过在线粒度仪进行检测，数据上传至磨机专家优化系统，作为智能控制系统的重要调节参数参与控制，以保证生产过程的产品各项指标最优和质量稳定。
（三）设备管理系统
1、设备在线实时诊断
掌握运行状况和变化趋势，及时有效地进行预知性维护，对提高生产效率、保持设备良好状态，避免运行中的隐患具有非常重要的实际意义，并且也为“少人值守、无人值班”的目标创造条件。
2、设备巡检系统
3、能源管理系统
为确保能源使用的科学性、及时性和合理性，从而提高能源利用率，实现生产工序用能的优化分配及供应，保证生产工艺系统的稳定性和经济性，并最终实现提高整体能源利用效率的目的。对各种能源介质进行集中监控、统一调度，通过监控台对各类供能用能环节进行监控管理，通过对重要的能源运行数据的集成，建立透明度更高的能源调度与管理平台，在更低能耗、更低排放的水平下获取运行优化和最大化生产力。
（四）、智能生产管理-智能报表
（五）、智能物流
物流管理系统涉及到仓储作业管理、运输及配载管理、 财务管理等内容，通过使用通信技术手段，建立物流信息化管理，以提高物流信息的处理和传递速度，使物流活动的效率和快速反应能力得到提高，提升更人性化的服务，完善实时物流跟踪，与减少物流成本。
（六）专家智控系统
专家智能控制系统主要用于实现对水泥生产过程的控制、稳定及优化，以自动导航方式来完成过程操作，保证生产系统每时每刻都在最佳运行状态下运行。
窑专家智能控制系统包括：分解炉子智能系统——分解炉温度能自动地根据喂料量大小、入窑分解率的高低、系统风量大小、系统一氧化碳含量、煤质好坏和煤量大小进行智能控制；回转窑子智能系统——回转窑的窑速和喂煤量能根据喂料量大小、烧成带温度、熟料游离钙含量、窑尾一氧化碳含量和氮氧化物含量进行智能控制；冷却机子智能系统——冷却机的推动速度和冷却风量能根据熟料产量、出冷却机熟料温度、热回收效率的情况进行智能控制。
1、磨专家优化控制系统
为保证磨系统生产的稳定，使其运行在最佳能效状态，增加磨机专家智能系统。该系统包含原料磨、煤磨、水泥磨三个独立的分系统。磨机专家智能系统不仅能进一步实现磨系统生产的操作稳定，而且还能保证在最佳产量能效状态下运行，实现自决策、自执行、自优化的操作功能，进而以实现磨系统的无人值守，减少生产人员，减轻中控操作员的工作强度，确保磨机产量、电耗、产品质量完全达到最优的设计目标。
2、NOX排放控制系统
采用了新型SNCR技术和氨逃逸设施，配以智能控制系统算法，对于喂料量、反应区温度、浓度有自适应功能。控制系统同时考虑到生料磨避峰时，废气中的氧含量变化较大，跟踪严重滞后造成NOx超标的现象。
泰安中联水泥智能化工厂的建设，革新了传统意义上的水泥工厂各项经济技术指标，经过近几年的运行与技术改进，专家优化系统的不断学习、优化，降低了生产能耗，2018年能耗指标为：
熟料综合电耗＜46kwh/t
熟料标煤耗＜94.5kgce/t
水泥综合电耗＜66kwh/t
熟料综合能耗＜98kgce/t
水泥综合能耗＜84kgce/t
NOx排放＜100mg/m3，窑头、窑尾颗粒物排放＜10mg/m3
三、需进一步完善的智能探索
1、为了更好地实现水泥工业的智能化，首先要做好系统框架的规划，以便数据整理，达到互通互容。
2、矿山智能开采——推动智能化、数字化矿山再升级，大胆尝试“三无矿山”建设，即矿山生产“无人装车、无人驾驶、无需爆破”，立足打造绿色智能矿山。
3、增加入窑生料和入煤粉仓煤粉在线成分分析仪，以期达到煤与料的合理匹配，实现智能控制，保证窑况稳定，提升熟料质量。
4、增加f-CaO在线分析仪并配备在线光谱分析仪，完善窑系统专家优化系统。
5、水泥粉磨系统配备SO3在线在线分析仪，实现智能配料，进一步完善专家优化系统。
6、充分利用5G技术、云计算功能进一步拓展智能系统的效能，实现高效快捷的数据分析、诊断、调整、维护，使系统随时都处在最优的运行状态。
7、为了较好地实施远程诊断和控制网络安全亟待解决。
结束语
泰安中联智能化工厂建设，作为水泥行业智能化生产的先行者，已取得阶段性成果；为了水泥行业的智能制造发展，泰安中联愿与各方专家携手共同实现水泥产业高质量发展；在中国建材、中联水泥集团和行业各界的强有力的指导和支持下，继续转型升级，由智能转向智慧工厂。
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