灰色水泥的绿色智能制造转型之路

水泥施耐德电气 2020-04-20

改革开放以来，我国经济社会的发展取得了举世瞩目的成就，而在繁荣昌盛的背后，却站着一位灰头土脸的“无名英雄”。他曾用自己的身躯在中国城市化进程中立下“赫赫战功”；也曾因高能耗、高排放而迫切需要转型。他，就是我们今天故事的主角——水泥。水泥也和钢筋、木材一起被并称为“建筑三材”。

——施耐德电气 EcoStruxure 工厂解决方案助力甘肃祁连山水泥集团股份有限公司实现数字化转型

俯瞰华夏大地，条条干道纵横交错，座座大桥凌空飞架，排排高楼拔地而起……基础设施的日渐完善让乡村和城市的面貌焕然一新。

改革开放以来，我国经济社会的发展取得了举世瞩目的成就，而在繁荣昌盛的背后，却站着一位灰头土脸的“无名英雄”。他曾用自己的身躯在中国城市化进程中立下“赫赫战功”；也曾因高能耗、高排放而迫切需要转型。

他，就是我们今天故事的主角——水泥。水泥也和钢筋、木材一起被并称为“建筑三材”。

水泥行业数字化转型的先行者

所谓“世界水泥看中国”，经过多年的高速发展，中国水泥产量达到了历史最高水平，连续十多年位居世界第一。

产能过剩致使行业面临着非常严峻的竞争压力；自动化、智能化水平较低则使企业制造成本居高不下；日趋严格的环保政策更是对企业的节能减排提出了更高的要求。在这种情况下，如何以更少的能源、更低的成本、更高的效率生产出质量更优的水泥产品，就成了以甘肃祁连山水泥集团股份有限公司为代表的企业们必须应对的挑战。

作为全球最大的建材制造商中国建材集团的下属企业，甘肃祁连山水泥集团股份有限公司是西北地区特种水泥生产基地、甘青藏省区水泥工业的“龙头”，成功跻身国家重点支持的 12 户大型水泥企业（集团）行列。公司拥有 16 个水泥产销基地和 9 个商砼基地，年产水泥 3000 万吨。毛主席纪念堂、北京亚运村场馆、酒泉卫星发射基地、青藏铁路等国家大型重点工程全部或部分使用了“祁连山”牌水泥。这都是“祁连山”品牌承载的无上荣光。

为了进一步降低能耗、节约成本、优化生产、提高企业核心竞争力，甘肃祁连山水泥集团股份有限公司早在多年前就开始在信息化和智能化方向进行持续不断的探索，并因此先后荣获 “中国企业信息化 500 强”、“水泥行业信息化和工业化融合示范企业”、“两化融合管理体系贯标示范企业”等荣誉称号。在探索过程中，甘肃祁连山水泥集团股份有限公司越发深入的认识到——唯有数字化和智能化才是水泥行业实现突围的必由之路。于是，乘着智能制造的浪潮，公司的领导们迫切希望寻找到可靠的合作伙伴，以助力其对整个集团的转型升级进行总体规划，并选择试点工厂进行落地实践，让数字化从愿景变为现实。

就这样，行业经验丰富且技术水平过硬的施耐德电气成了甘肃祁连山水泥集团股份有限公司的最佳选择。谈及当年的合作，甘肃祁连山水泥集团股份有限公司下属全资子公司漳县祁连山水泥有限公司副总经理张旗浩表示：“施耐德电气在水泥行业拥有成熟的数字化技术和丰富的落地实践经验，帮助我们从容应对转型路上的种种挑战。无论我们在项目过程中遇到什么问题，施耐德电气专业、认真、负责的服务团队都能为我们提供及时的响应。如今，我们和施耐德电气早已不只是单纯的甲方乙方的关系，更是共同探索数字化路上的亲密合作伙伴。”

依托先进的 EcoStruxure 架构，施耐德电气为甘肃祁连山水泥集团股份有限公司旗下的数字化试点工厂提供了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。目前，甘肃祁连山水泥集团股份有限公司在降本、节能、提质方面均取得了显著的成果，以至于集团已经开始在包括漳县祁连山水泥有限公司和宏达建材有限责任公司等旗下的多个工厂大力推广施耐德电气的数字化解决方案。这些成功实践不仅推动了公司自身的发展，更是对整个水泥行业的转型升级都具有重要示范意义。

变“人工驾驶”为“自动巡航”

甘肃省漳县盐井乡盐井村，漳县祁连山水泥有限公司的工厂里，巨大的回转窑不知疲倦地日夜转动着。在窑内，生料经过一系列复杂的物理变化和化学反应变为熟料，才算完成了水泥一生当中最重要的“蜕变” 。

由于熟料煅烧上接生料制备，下联水泥粉磨，是水泥生产工艺链条上举足轻重的一环，因此水泥回转窑一向被称为水泥工厂的“心脏”。然而，要想保证水泥窑的稳定、安全运转，可并不是一件容易的事。

在生产过程中，窑操作员往往需要同时观察多达上百个工艺参数的动态变化，不仅要在数秒内迅速做出判断，还得通过计算机给出正确的调节指令。因为各个参数之间相互联动，牵一发而动全身，所以调节的困难之处在于同时兼顾“风、煤、料、窑速”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影响。操作好这样一个工艺系统，就像杂技演员头手脚顶着一堆盘子维持平衡一样，必须依靠操作员长期积累的知识和经验。

显然，这项工作对窑操作员的技能、体力和精力都提出了巨大的考验。首先，不同的操作员之间经验和技能不一，导致了操作水平的差异；其次，即使是同一位操作员，在不同时间段的精力和体力也不同，容易造成产品质量的波动；最后，宝贵的操作经验藏在那些工作多年的老操作员脑中，不利于知识的积累和传承。种种人为因素的限制，往往无法保证水泥窑的连续最优运行，实现低消耗高产出。

施耐德电气基于模型预测控制算法的 APC 系统则能让这些问题迎刃而解，该系统可实现水泥窑、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。

如果说过去的窑操作员的工作像是在驾驶一辆手动档汽车，那现在就像是开了定速巡航功能，轻松无忧。据悉，在漳县祁连山水泥有限公司刚刚开始推行 APC 的时候，有位基层管理人员对该系统并不完全信任，害怕投产之后会面临风险。可是在历经重重考验之后，这位管理人员早已完全放下心来。如今，依靠这套系统，他的工作强度大大降低。

漳县祁连山水泥有限公司高级主任工程师程俊生表示：“我们是西北水泥行业第一家部署水泥窑 APC 系统的企业，只用了半年的时间就一次性投运成功。施耐德电气的 APC 系统帮助我们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。使熟料标煤耗下降 1 公斤以上，熟料工序电耗下降 0.7 度/吨；出窑熟料游离氧化钙合格率达 85%以上，标准偏差下降了 10%以上，熟料强度稳中有升；三年来，APC 系统在线率高达 99%以上，没有发生过任何误操作导致的失控状态。”

基于这些突出成果，漳县祁连山水泥水泥窑 APC 系统荣获中国建材企业家管理协会 2018 年度现代化管理创新成果二等奖。

不只引入智能化的 APC 系统，公司还在创建绿色企业、绿色矿山方面持续投入，以在注重矿容矿貌、营造良好矿区环境的基础上生产优质的水泥产品。2019 年 12 月，漳县祁连山水泥有限公司苟家寨水泥用石灰岩矿被国家自然资源部列入《2019 年度绿色矿山遴选名单》。

让能耗问题“无所遁形”

除了稳定生产，施耐德电气还在助力水泥行业提升能效管理方面有自己的独到专长。

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。如果能在节能减排方面做出突出成绩，就能帮助企业节约大量的生产成本。

然而，很多水泥企业虽然“有心”进行能耗管理，但却“无力”发现改进的点藏在哪里。以甘肃祁连山水泥集团股份有限公司下属宏达建材有限责任公司为例，过去，公司管理层明明知道设备的空运转会导致能源的浪费，却无法实时获悉设备的运行状态。更何况，与能耗相关的问题往往都是一些“跑冒滴漏”的小问题，看似不起眼，一旦积少成多，造成的却是巨大的成本浪费。

换言之，企业进行能效管理路上的最大障碍之一就是能源使用情况的不透明，施耐德电气 EMS 能源管理系统则能让工厂的能耗问题无所遁形。

对于工厂管理者来说， EMS 系统既能帮助他们动态监测水、电、煤、汽等能源的实时消耗量，又能让他们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。

现在，只需坐在办公室里，工厂厂长就能实时知悉哪些设备在空运转，哪些设备在有序运行，什么时候是用电高峰，什么时候是用电低谷，并根据具体情况进行合理的生产调度，最大化保障设备的高效利用，并“避峰用谷”组织生产，降低生产成本。

对于操作员来说，EMS 则能让他们直观的掌握每天、每小时、每个班组的具体能耗状况，便于他们与其他班组进行比较，发现自身在操作过程中可能存在的问题，变被动管理为主动改进。

宏达建材有限责任公司副总经理常占新对此表示：“施耐德电气的能源管理系统在很大程度上完善了企业能源数据的实时性和完备性，为全面提升企业的能效管理水平奠定了基础。系统投运后，我们工厂最好的单月熟料标准煤耗降低到了 100 公斤/吨以下，2019 年年降低电费 453.6 万元。EMS 不只是一项工具，更为重要的是，它把先进的、成熟的能效管理理念引入到了我们生产的方方面面，让我们能够从节能、绿色的角度去重新思考这个行业。施耐德电气的能源管理系统还促成了我们公司水泥窑的模块化生产、精细化操作，水泥窑日产突破 6200 吨，低碱、核电工程用硅酸盐水泥进入新京高速、四零四核电工程河西重点工程项目。”

结语

大到一段铁路、一条高速，小到一间房、一面墙——过去，水泥靠着自己的身躯支撑起了中国工业的繁荣壮大，却又不免在这个过程中沾染了满身尘土。而现在，这位“无名英雄” ，正在用绿色洗去身上的灰暗，并借由数字化铸造的秘密武器，重拾往日的荣光。

未来，在水泥行业实现数字化转型升级的路上，施耐德电气将始终与水泥企业相伴，为他们的一路突围保驾护航。

编辑：曾家明

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