開發(fā)利用信息化技術(shù)促進水泥工業(yè)節(jié)能減排_圖文

1、 2009.6CHINA CEMENT傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是十八世紀工業(yè)革命后建立的鋼鐵、電力、建材等工業(yè)產(chǎn)業(yè),這些工業(yè)產(chǎn)業(yè)的興起為人類社會創(chuàng)造了極大的物質(zhì)財富,至今仍然充當著國民經(jīng)濟的主導(dǎo)力量。隨著科學(xué)技術(shù)的進步,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)正在向先進制造業(yè)升級,其核心內(nèi)容就是要了解信息、管理等現(xiàn)代科技成果,并系統(tǒng)地應(yīng)用于制造工藝、生產(chǎn)管理等制造全過程,以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔生產(chǎn)。水泥工業(yè)是典型的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。在200多年的發(fā)展過程中,水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)發(fā)生了許多重要的變革,但傳統(tǒng)的工藝過程沒有改變;水泥工業(yè)高資源、能源消耗及高溫室氣體排放這些基本特性也沒有得到根本性的改變,水泥工業(yè)面臨著產(chǎn)業(yè)升級的繁重任務(wù)。節(jié)能減排是國家

2、社會經(jīng)濟發(fā)展的迫切需求,也是水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的重要指標。信息化技術(shù)的開發(fā)利用,對實現(xiàn)水泥工業(yè)節(jié)能減排、加速水泥工業(yè)向先進制造業(yè)的轉(zhuǎn)型,無疑有著極大的推動作用。一、提升技術(shù)水平,助力節(jié)能減排2008年我國水泥產(chǎn)量為13.9億噸,根據(jù)國家相關(guān)部委的分析報告,我國大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將持續(xù)到2035年,因此在今后相當長的一段時期,水泥產(chǎn)量仍維持在一個較高的水平。水泥工業(yè)是典型的資源、能源消耗型工開發(fā)利用信息化技術(shù)促進水泥工業(yè)節(jié)能減排中國建筑材料科學(xué)研究總院汪瀾COLUMN專題報道33 業(yè),并且在水泥生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生 的重要組成。水泥生產(chǎn)包括原料開采、預(yù)均化,生料粉磨、均化,熟料煅燒、冷卻,水泥粉磨、

3、包裝及發(fā)送等多個工藝過程,各個工藝過程都要消耗一定量的電力。熟料的煅燒需要燃燒大量的化石燃料,進而產(chǎn)生CO 2的直接排放;煅燒過程中碳酸鹽礦物的分解,也會釋放出大量的CO 2。水泥的生產(chǎn)工藝以“生料粉磨、熟料煅燒和水泥粉磨”為核心。近幾十年來,水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)取得了長足的進步,出現(xiàn)了新型干法預(yù)分解窯、高效粉磨等新工藝、新裝備,但水泥生產(chǎn)傳統(tǒng)的模式仍未得到根本性的改變。水泥工業(yè)在向先進制造業(yè)轉(zhuǎn)型的過程中,需要汲取和利用以信息化技術(shù)為代表的現(xiàn)代科技成果。信息化技術(shù)是指以計算機為主的智能化技術(shù),并且具備信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息再生、信息利用的功能。信息化技術(shù)的應(yīng)用,可以大幅度提升水泥生產(chǎn)的

4、工藝技術(shù)水平,成為水泥工業(yè)節(jié)能減排的重要措施?，F(xiàn)有的水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)融入了許多信息化技術(shù)的元素。早期采用的“電耳”是一種簡單的傳感器,可以用于對球磨機音頻分析,以有利于對球磨機工作狀態(tài)的分析、判斷,實現(xiàn)工藝過程的最佳控制。近幾十年來出現(xiàn)的水泥工藝自動控制系統(tǒng)則是信息化技術(shù)應(yīng)用的具體體現(xiàn)。事實上,信息化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)融入到水泥生產(chǎn)工藝全過程。原料礦山開采是水泥生產(chǎn)的首道工序。礦山開采方案不僅關(guān)系到優(yōu)化作業(yè)程序,而且涉及到資源的綜合利用。美國加州水泥公司采用衛(wèi)星定位技術(shù)與礦山開采過程信息化管理系統(tǒng)相結(jié)合,建立了礦床地質(zhì)模型、儲量計算、開采境界優(yōu)化、長期規(guī)劃安排和生產(chǎn)短期計劃的編制,實現(xiàn)了低品位

5、原料的綜合利用和礦山開采廢礦石的零排放。生料制備是水泥生產(chǎn)的重要工藝過程。水泥熟料煅燒要求生料有均一的化學(xué)成分。瑞士ABB 公司開發(fā)有實時在線水泥原料分析儀及其與生料配料系統(tǒng)相結(jié)合形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用遠紅外及計算機濾波技術(shù),對石灰石原料以及配料所需的硅、鋁、鐵組分進行迅速檢測,并通過信息反饋和回路控制,對生料組分進行精確設(shè)計,達到了連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)的目的,并大大地提高了水泥熟料的質(zhì)量。煅燒是水泥生產(chǎn)的核心工藝。在窯爐系統(tǒng)中,水泥生料通過高溫煅燒,完成一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化,最終成為水泥熟料。熱電偶是早期窯爐系統(tǒng)采用的唯一一種測溫手段,隨后的發(fā)展則包括多種信息的在線檢測和計算機控制系統(tǒng),

6、包括最新發(fā)展的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS 。FCS 是一個開放通信網(wǎng)絡(luò)式的分布控制系統(tǒng),是一項以智能傳感器、計算機系統(tǒng)、數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)為主的綜合技術(shù),可實現(xiàn)實時控制、補償計算、參數(shù)優(yōu)化、監(jiān)控顯示、一體化的綜合自動化功能。采用FCS 系統(tǒng)可以優(yōu)化窯爐工藝操作參數(shù),實現(xiàn)窯爐工藝的優(yōu)化運行,獲得顯著的節(jié)能減排及提高產(chǎn)質(zhì)量的多重效果。水泥粉磨是水泥的最后環(huán)節(jié)。通過水泥熟料及混合材等的適當配比及粉磨,即可生產(chǎn)滿足性能要求的水泥產(chǎn)品。根據(jù)物料物理性質(zhì)的不同,確定最佳粉磨工藝參數(shù),可以獲得優(yōu)化生產(chǎn)的效果;根據(jù)熟料的強度指標、調(diào)整混合材的摻量,可以獲得增產(chǎn)節(jié)能效果。國內(nèi)有合肥水泥研究設(shè)計院正從事水泥粉磨專家系統(tǒng)的

7、開發(fā)研究,旨在通過迅速的信息檢測分析、優(yōu)化粉磨系統(tǒng)的運行,增加混合材的摻入量,實現(xiàn)水泥熟料與輔助凝膠材料的最佳配比。信息化技術(shù)不僅滲透到水泥工藝的各個環(huán)節(jié),而且對水泥生產(chǎn)新工藝、新技術(shù)的開發(fā)起到了重要的作用。新型窯爐系統(tǒng)的開發(fā)研究,涉及到多維流場下物料的運動和燃料的燃燒,需要檢測、分析、模擬等大量的信息化技術(shù)。目前由中國建筑材料科學(xué)研究總院承擔的國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃,也有基于信息化技術(shù)的新中國水泥2009.6COLUMN 專題報道34型水泥窯爐系統(tǒng)的研究?？梢?信息化技術(shù)是水泥工業(yè)邁向先進制造業(yè)的基石,同時也為水泥生產(chǎn)工藝節(jié)能提供了技術(shù)支撐。二、強化能源管理,實現(xiàn)節(jié)約優(yōu)先強化能

8、源管理是實施水泥工藝節(jié)能減排的重要步驟,是堅持節(jié)約優(yōu)先精神的具體體現(xiàn)。信息化技術(shù)在生產(chǎn)企業(yè)能源管理方面有著更為廣闊的應(yīng)用前景。能源管理是一種信息化管理體系,即是通過實施一整套完整的標準體系,在企業(yè)組織內(nèi)部建立起一個完整、有效的、形成文件的能源管理體系。通過能源管理體系的建立、運行和改進,對企業(yè)組織內(nèi)部的活動、過程及要素進行控制和優(yōu)化,實現(xiàn)能源管理方針和承諾,達到降低能源消耗、提高能源利用效率的目的。對標管理是目前水泥等高耗能行業(yè)進行的能源管理實踐,對標管理即是通過與國際國內(nèi)行業(yè)先進企業(yè)能效指標進行對比分析,確定標桿,通過管理和技術(shù)措施,達到標桿或更高能效水平的實踐活動。對標管理的主要內(nèi)容包括信

9、息收集和整理收集計劃、收集方式(內(nèi)部、外部,標桿信息分類,建立對標基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)庫、信息交流發(fā)布(經(jīng)驗交流制度、信息發(fā)布制度、信息報送制度。由美國勞倫斯伯克力實驗室編制的水泥工業(yè)對標軟件工具正是基于信息化技術(shù),通過大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析,開發(fā)出的一套能源管理工具。能源管理體系的建立是水泥生產(chǎn)企業(yè)急待解決的課題。能源管理體系是組織管理的一部份,但是更需要信息化技術(shù)的支持。在水泥生產(chǎn)企業(yè)通過能源管理體系的實施,可以掌握企業(yè)耗能狀況、了解企業(yè)用能水平,找出企業(yè)費能問題,查清企業(yè)節(jié)能潛力、核算企業(yè)節(jié)能效果、明確企業(yè)節(jié)能方向。為了對水泥生產(chǎn)企業(yè)能源管理系統(tǒng)的建立提供技術(shù)支持,中國建筑材料科學(xué)研究總院等機構(gòu)

10、合作開發(fā)了水泥工業(yè)EMIS能效管理系統(tǒng)。EMIS能效管理系統(tǒng)借鑒了國際上先進的能源管理信息技術(shù),綜合了水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)特點及相關(guān)國家標準;系統(tǒng)的設(shè)計針對水泥生產(chǎn)企業(yè)用電(用能管理信息化,通過監(jiān)測、診斷和分析企業(yè)用電結(jié)構(gòu)和用電方式存在的問題,讓企業(yè)管理者直觀了解企業(yè)用電的實時動態(tài)過程。該能效管理為企業(yè)提供用電和電能質(zhì)量管理精細化動態(tài)數(shù)據(jù),為企業(yè)實施節(jié)電改造及節(jié)能考核提供科學(xué)準確的依據(jù),指導(dǎo)企業(yè)的工藝過程優(yōu)化和節(jié)能改造?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測分析表明,水泥生產(chǎn)工藝過程的電能利用率不到55%。采用EMIS能效管理系統(tǒng)及相應(yīng)的優(yōu)化解決方案,可以提高電能利用率10%。EMIS能效管理系統(tǒng)的核心是一套功能強大的用電

11、(用能數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量分析管理軟件。裝有系統(tǒng)軟件的前臺計算機(數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過安裝在現(xiàn)場的智能電力數(shù)據(jù)采集器,在線連續(xù)采集供電網(wǎng)絡(luò)及重要負荷的各種用電數(shù)據(jù),采集的數(shù)據(jù)包括:電能數(shù)據(jù)、電網(wǎng)參數(shù)、電能質(zhì)量和諧波數(shù)據(jù)(也可以是用水數(shù)據(jù)、燃氣數(shù)據(jù)、熱量數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)經(jīng)過PDM軟件分析、處理后,用表格和圖示化的方式直觀顯示用能情況及能量消耗、變化趨勢,檢測和統(tǒng)計異常數(shù)據(jù)和事件。系統(tǒng)對采集的歷史用能數(shù)據(jù)進行歸納、分析和整理,結(jié)合生產(chǎn)管理的需要,生成多種統(tǒng)計報表,用于節(jié)能管理工作。動態(tài)的能源數(shù)據(jù)和信息通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)(異地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,授權(quán)用戶(用戶工作站可以隨時查詢或調(diào)用系統(tǒng)生成的各種數(shù)據(jù)。系統(tǒng)用報表和圖示方法(趨勢圖、柱狀圖、餅圖等提供多種歷史用電數(shù)據(jù)以供查詢和分析,可以對同一時段內(nèi)不同參量以及不同時段內(nèi)同一參量進行圖示疊加比較,以便企業(yè)發(fā)現(xiàn)和分析用能結(jié)構(gòu)