精确定量给料对于水泥生产的价值
水泥 河南丰博自动化有限公司 朱荣涛 李维美 2016-10-21
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问题背景
当前形势下，整个水泥行业外部市场普遍供过于求，水泥销售价格被市场竞争挤压堵截在成本线附近，每吨水泥平均利润不到20元。而内部运行却因能源(煤电等)、原料、人工等资源费用不断普遍上涨而尾追推高成本，不少新建不久的生产线还背负着大笔银行基建贷款的本息财务费用追收。在如此内外交困的形势逼迫下，管理者不得不思考如何改善强化企业现金流的健康循环这个大问题，如何在现有生产系统链路上发掘出低投入高产出的现金流增值途径？
目前的普遍性习惯，都容易先去考虑工艺结构的优化和改进，如新的粉磨工艺装备技术，新的低温余热发电技术等，但其投入费高时长，收益主要反映在局部的工艺产质量提升和吨电耗的下降上；从水泥烧成的连续化学反应过程和制成的物理成份合成的本质规律来看，定量给料的精确性因关系到最核心的工艺品质与效率，并贯穿影响到所有生产环节，其深埋的价值应该更大，问题在于很少有人从此角度展开深入的技术经济定量分析。
问题定义
现在的新型水泥生产线基本都装备了生产自动化中控系统，各种工艺数据包括给料量都清晰反映在电脑画面上，很容易造成错觉，以为已足够准确了。其实不然，特别在关键的粉料定量给料方面，由于粉体的物理流动性易受多种客观因素影响而呈现大垮度的变化，使其在卸料、给料、计量三大环节的现场技术处理难度都很大，普通装备不但计量的数据真实稳定性差，更要命的是给料控制特性差。如旋窑烧成的生料煤粉喂料环节，除去断料冲料等破坏性失控情况不算，真正符合工艺设计要求的准确稳定给料也几乎不可能。
实际上，整个水泥行业粉体精确定量给料方面普遍存在严重问题，无论在核心的烧成工艺还是关键的制成配兑工艺，正常自动化运行者能实现±5%精度以内持续稳定控制已属不错，不少企业的粉体定量自动化系统已带病运行或已改用手动操作，而其控制精度一般大于±10%。如此大幅的流量波动性肯定对工艺质量与效率有极大的损害。
如果控制精度改进到±2%或更高，将给我们挽回来多大损失？这有可能带来工艺原藏价值的释放，对这个机会的价值认识，人们大都习惯于定性感觉的模糊认知，却缺乏对定量分析计算的执著追寻。
价值计算
为搞清准确定量给料所创造的综合价值，我们假设参考一条设计规模年产100万吨水泥的烧成工艺和粉磨配兑工艺生产线，对比控制精度从±10%到±2%时的不同，全面展开逐项价值因素的量化分析对比计算。
A.烧成环节（合计：2366万元/年）
1.台时产量
一般生产原则是生料流量上限不超当时的控制上界为准则，以防止阻塞和欠烧问题，故两者的上限都自然等同于当时的控制上界，则可从其控制范围看出：±2%的产量将比±10%的提高8%，因此年可增产水泥8%×100万吨，按每吨20元利润计算将产生:
产量提升效益:8%×100×20=160万元/年
2.熟料质量
由于生料煤粉控制稳定，最终保证了热工反应的平衡稳定，可以保守预估熟料28天强度平均提高4MPa,同时使强度波动幅度从±3MPa收敛到±1MPa。则可在水泥制成时转化为4%的混合材掺入增加，假设熟料成本250元/吨计算，混合材成本100元/吨，则可估算出：
质量提升效益:4%×100×（250-100）=600万元/年
3.吨煤耗
用煤原则一般以下限不越界为原则，以保证热工反应的基本热量需求。
考虑到窑内较大的热惯性和人员操作通过温度仪表的及时校正作用，±2%精度的耗煤量可比±10%精度的降低4%左右，我们假设按标准煤料650元/吨计算，平均吨水泥标准煤耗140公斤，则可估算出：
节煤效益:4%×100×0.14×650=364万元/年
4.吨电耗
一般旋窑全速运行时功率基本不变，高精度控制因产量提升(8%+3%)满负荷率提升11%，吨水泥烧成工艺段电耗将下降(1-1/1.11)100%=9.9%，我们假设烧成总功率600kW，电费0.55元/kWh，全年开机300天，则总计节省电费:
节电效益:300×24×600×9.9%×0.55=235000元=23.5万元/年
5.工艺控制
由于高精度控制获得了稳定的熟料品质,可回馈验证调整原燃料的成分控制均化和生料配方，进而将热工效率优化到更佳的上限效果，最终体现在熟料质量再平均提高2MPa,产量再提升3%,则在水泥制成时转化为2%的混合材掺入增加，我们假设熟料250元/吨计算，混合材100元/吨，则可估算出：
质量提升效益:2%×100（250-100）=300万元/年
产量提升效益:3%×100×20=60万元/年
两项合计:360万元/年
B.制成配兑环节（2700万元）
1.掺混率
采用熟料分别粉磨技术配兑加入高活性矿渣微粉，高细粉煤灰等混合材时，掺混原则是混合材上限不能超过熟料量的下限对应值，合成后的水泥强度的下限不能低于正常标准，如下图所示：
可见同时对熟料粉和混合材提高8%的控制精度后，掺配325水泥时可提升混合材掺兑增加16%，假设熟料成本250元/吨，混合材成本100元/吨，则产生置换效果：
掺混效益：100×16%×（250-100）=2400万元/年
这就是粉磨站巨大的潜在核心技术经济优势。
2.水泥质量
由于掺混精度的提高，水泥强度波动幅度可从±3MPa收敛到±1MPa的范围内，对混泥土生产将意味着凝结固化时间稳定与强度的均质稳定，对混泥土施工可控性也稳定大幅提高。假使因此产生3元/吨以上的质量价格提升，则质量提升效益：100×3=300万元/年
价值判断
按年产销100万吨水泥计算，按每吨综合成本200元计算，全年现金周转总量高达100×200=20000万元（2亿元）以上，一般此规模的企业固定资产应在2亿元左右。按目前平均吨净利润20元/吨计算，其赢利指标如下：
流动资金年利润率：20×100/20000=10%
固定资产年回报率：20×100/20000=10%
两项指标说明当前水泥企业的平均赢利能力较差，即使不考虑固定资产的折旧，10年才能收回投资。如果企业固定资产银行负债率50%达1亿元，年息4%，年等额还本付息1000万元，将需12年以上才能收回投资。
然而根据前面的价值计算，仅将控制精度提升8%就可创造5000万元/年的现金净流入增加，结果是惊人的，这意味着每提高1%的控制精度，就可获得5000/8=625万元/年的现金净流入。控制精度提升8%对企业的赢利指标增加如下：
流动资金年利润率：5000/20000=25%
固定资产年回报率：5000/20000=25%
两相对比发现，控制精度提升8%比新建2条同规模生产线还挣钱，这是埋藏在水泥企业家自己眼皮底下的最大金矿。每提高1%的控制精度，就可获得25%/8=3.1%的年投资回报率增加。一旦实现之，企业的年投资回报率将大幅提升到35%，3年就可收回投资，这是真正的点石成金。
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