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

1、 2009.6CHINA CEMENT傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是十八世紀(jì)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(huì)創(chuàng)造了極大的物質(zhì)財(cái)富,至今仍然充當(dāng)著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)力量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)正在向先進(jìn)制造業(yè)升級(jí),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(shí)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(jí)的繁重任務(wù)。節(jié)能減排是國(guó)家

2、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需求,也是水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要指標(biāo)。信息化技術(shù)的開發(fā)利用,對(duì)實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)節(jié)能減排、加速水泥工業(yè)向先進(jìn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型,無疑有著極大的推動(dòng)作用。一、提升技術(shù)水平,助力節(jié)能減排2008年我國(guó)水泥產(chǎn)量為13.9億噸,根據(jù)國(guó)家相關(guān)部委的分析報(bào)告,我國(guó)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(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期,水泥產(chǎn)量仍維持在一個(gè)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(jìn)水泥工業(yè)節(jié)能減排中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院汪瀾COLUMN專題報(bào)道33 業(yè),并且在水泥生產(chǎn)過程中會(huì)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(gè)工藝過程,各個(gè)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(jìn)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(huì)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(zhǎng)足的進(jìn)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(jìn)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(jì)算機(jī)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(jiǎn)單的傳感器,可以用于對(duì)球磨機(jī)音頻分析,以有利于對(duì)球磨機(jī)工作狀態(tài)的分析、判斷,實(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)則是信息化技術(shù)應(yīng)用的具體體現(xiàn)。事實(shí)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(guó)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(chǔ)量計(jì)算、開采境界優(yōu)化、長(zhǎng)期規(guī)劃安排和生產(chǎn)短期計(jì)劃的編制,實(shí)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(shí)時(shí)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(yuǎn)紅外及計(jì)算機(jī)濾波技術(shù),對(duì)石灰石原料以及配料所需的硅、鋁、鐵組分進(jìn)行迅速檢測(cè),并通過信息反饋和回路控制,對(duì)生料組分進(jìn)行精確設(shè)計(jì),達(dá)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(cè)溫手段,隨后的發(fā)展則包括多種信息的在線檢測(cè)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),

6、包括最新發(fā)展的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS 。FCS 是一個(gè)開放通信網(wǎng)絡(luò)式的分布控制系統(tǒng),是一項(xiàng)以智能傳感器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)為主的綜合技術(shù),可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)優(yōu)化、監(jiān)控顯示、一體化的綜合自動(dòng)化功能。采用FCS 系統(tǒng)可以優(yōu)化窯爐工藝操作參數(shù),實(shí)現(xiàn)窯爐工藝的優(yōu)化運(yùn)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(dāng)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(qiáng)度指標(biāo)、調(diào)整混合材的摻量,可以獲得增產(chǎn)節(jié)能效果。國(guó)內(nèi)有合肥水泥研究設(shè)計(jì)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(cè)分析、優(yōu)化粉磨系統(tǒng)的運(yùn)行,增加混合材的摻入量,實(shí)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(gè)環(huán)節(jié),而且對(duì)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(chǎng)下物料的運(yùn)動(dòng)和燃料的燃燒,需要檢測(cè)、分析、模擬等大量的信息化技術(shù)。目前由中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃,也有基于信息化技術(shù)的新中國(guó)水泥2009.6COLUMN 專題報(bào)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(jìn)制造業(yè)的基石,同時(shí)也為水泥生產(chǎn)工藝節(jié)能提供了技術(shù)支撐。二、強(qiáng)化能源管理,實(shí)現(xiàn)節(jié)約優(yōu)先強(qiáng)化能

8、源管理是實(shí)施水泥工藝節(jié)能減排的重要步驟,是堅(jiān)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(shí)施一整套完整的標(biāo)準(zhǔn)體系,在企業(yè)組織內(nèi)部建立起一個(gè)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(yùn)行和改進(jìn),對(duì)企業(yè)組織內(nèi)部的活動(dòng)、過程及要素進(jìn)行控制和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)能源管理方針和承諾,達(dá)到降低能源消耗、提高能源利用效率的目的。對(duì)標(biāo)管理是目前水泥等高耗能行業(yè)進(jìn)行的能源管理實(shí)踐,對(duì)標(biāo)管理即是通過與國(guó)際國(guó)內(nèi)行業(yè)先進(jìn)企業(yè)能效指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析,確定標(biāo)桿,通過管理和技術(shù)措施,達(dá)到標(biāo)桿或更高能效水平的實(shí)踐活動(dòng)。對(duì)標(biāo)管理的主要內(nèi)容包括信

9、息收集和整理收集計(jì)劃、收集方式(內(nèi)部、外部,標(biāo)桿信息分類,建立對(duì)標(biāo)基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)庫(kù)、信息交流發(fā)布(經(jīng)驗(yàn)交流制度、信息發(fā)布制度、信息報(bào)送制度。由美國(guó)勞倫斯伯克力實(shí)驗(yàn)室編制的水泥工業(yè)對(duì)標(biāo)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(shí)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(fèi)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(duì)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(guó)建筑材料科學(xué)研究總院等機(jī)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(guó)際上先進(jìn)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(diǎn)及相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);系統(tǒng)的設(shè)計(jì)針對(duì)水泥生產(chǎn)企業(yè)用電(用能管理信息化,通過監(jiān)測(cè)、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(shí)時(shí)動(dòng)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(xì)化動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),為企業(yè)實(shí)施節(jié)電改造及節(jié)能考核提供科學(xué)準(zhǔn)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。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)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(qiáng)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(tái)計(jì)算機(jī)(數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過安裝在現(xiàn)場(chǎng)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(fù)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?dāng)?shù)據(jù)、燃?xì)鈹?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(shì),檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)異常數(shù)據(jù)和事件。系統(tǒng)對(duì)采集的歷史用能數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)報(bào)表,用于節(jié)能管理工作。動(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,授權(quán)用戶(用戶工作站可以隨時(shí)查詢或調(diào)用系統(tǒng)生成的各種數(shù)據(jù)。系統(tǒng)用報(bào)表和圖示方法(趨勢(shì)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(duì)同一時(shí)段內(nèi)不同參量以及不同時(shí)段內(nèi)同一參量進(jìn)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)