梁學文： 泰安中聯(lián)智能工廠建設(shè)探索

　　泰安中聯(lián)水泥有限公司（以下簡稱“泰安中聯(lián)”或“公司”）是中國聯(lián)合水泥集團旗下的核心企業(yè)，擁有一條日產(chǎn)5000噸熟料低能耗新型干法水泥生產(chǎn)線，同步配套建設(shè)7MW超低溫余熱發(fā)電工程，公司以水產(chǎn)業(yè)園，年產(chǎn)熟料155萬噸和高標號水泥100萬噸，發(fā)電5200萬度，砂石骨料200萬噸，混凝土300萬方。

　　一、建設(shè)背景及思路

　　中國聯(lián)合水泥秉承中國建材發(fā)展戰(zhàn)略，實施以聯(lián)合重組為主、新線建設(shè)為輔的發(fā)展模式成長起來的企業(yè)，生產(chǎn)線的技術(shù)水平及經(jīng)濟指標與國內(nèi)外先進企業(yè)比，均有較大差距。

　　根據(jù)宋志平董事長的要求，中聯(lián)水泥集團董事長崔星太提出要自主創(chuàng)新打造一個指標先進的標桿企業(yè)，帶動中聯(lián)水泥技術(shù)指標整體提升。

　　2012年初中國聯(lián)合水泥成立了技術(shù)研發(fā)組，在南京凱盛等單位的配合下，歷時一年的調(diào)研論證確定技術(shù)方案，于2013年6月以水泥生產(chǎn)線為依托，上下游延伸產(chǎn)業(yè)鏈，初步形成了集砂石骨料、水泥熟料、商品混凝土為一體的全產(chǎn)業(yè)鏈綠色建材泰安中聯(lián)5000噸/日熟料生產(chǎn)線動工建設(shè)。

　　此后，國家提出“兩化融合”和“中國制造2025” 的戰(zhàn)略要求，為滿足國家對智能制造的最新要求，企業(yè)依托中國建材平臺成立了以中國建材高級顧問閻盛慈為首的技術(shù)專家團隊及南京凱盛國際工程有限公司共同組成的技術(shù)研發(fā)小組，對原已開工建設(shè)的泰安中聯(lián)5000噸/日生產(chǎn)線實施技術(shù)創(chuàng)新，攻克眾多難關(guān)，歷時3年多的時間，泰安中聯(lián)低能耗及智能制造生產(chǎn)線于2015年3月1日點火。被宋志平董事長稱為是產(chǎn)學研的成果。

　　建設(shè)要求是“五全“即全變頻、全消音、全封閉、全收塵和全利廢。全變頻：大型風機均采用變頻，有效降低生產(chǎn)運行電耗；全消音、全封閉、全收塵：降低顆粒物排放量，充分體現(xiàn)生產(chǎn)線設(shè)計的清潔環(huán)保理念；全利廢：實現(xiàn)資源的綜合利用。

　　“四一流”即工藝一流、技術(shù)一流、環(huán)境一流和形象一流。生產(chǎn)線主要采用雙系列六級旋風預(yù)熱器、在線雙噴騰式分解爐及兩檔短窯的新型干法水泥生產(chǎn)工藝；天然氣烘窯；取消增濕塔；第四代中置輥破篦冷機；同步配套雙回路、雙增壓7MW純低溫余熱發(fā)電。

　　思路則是礦山開采智能化、原材料處理無均化、生產(chǎn)管理信息化、生產(chǎn)過程自動化、耐火材料無鉻化、物料粉磨無球化和現(xiàn)場生產(chǎn)無人化。

　　所獲榮譽：2015年7月，泰安中聯(lián)工廠智能化技術(shù)獲選“中國十大綠色技術(shù)創(chuàng)新”，該項技術(shù)成果還入選了《關(guān)注氣候?中國在行動》成果集。同時，被工信部列為智能制造示范企業(yè)（全國46家，水泥行業(yè)唯一一家）；

　　2015年11月被建筑材料工業(yè)信息中心、中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院、建材行業(yè)首席信息官聯(lián)盟評為“2015年度建材行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新成果獎”；

　　2016年11月被工業(yè)和信息化部評為“水泥行業(yè)基于在線監(jiān)控的管控集成試點項目”；2017年度獲得工業(yè)和信息化部授予的“重點用能行業(yè)能效領(lǐng)跑者”榮譽；2018年被工業(yè)和信息化部評為第三批綠色制造中的綠色工廠。

　　二、運用的智能手段及運行效果

　　泰安中聯(lián)生產(chǎn)線體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)+、信息化、智能化和污染物防治等先進的現(xiàn)代化綜合技術(shù)，實現(xiàn)了水泥工藝和制造的全面升級，企業(yè)特有的六大智能手段，實現(xiàn)了水泥工廠智能制造的起步，引領(lǐng)了中國水泥工業(yè)的智能化發(fā)展，使泰安中聯(lián)成為水泥行業(yè)兩化融合的典范。

　　泰安中聯(lián)信息化總體架構(gòu)總體思路如下：

　　計劃層(ERP)，ERP系統(tǒng)“位”于企業(yè)上層計劃層，用于整合企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，編制生產(chǎn)計劃。

　　執(zhí)行層（MES），MES是處于計產(chǎn)控制層之劃層和生間的執(zhí)行層，主要負責車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。它可以在統(tǒng)一平臺上集成諸如生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報表等管理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務(wù)。

　　生產(chǎn)控制層(DCS)，通過自動化生產(chǎn)設(shè)備、自動化檢測儀器、集散控制系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備及控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化控制。生產(chǎn)管理層的主要作用在于對現(xiàn)場設(shè)備和工藝參數(shù)的監(jiān)控。

　?。ㄒ唬┑V山智能開采-——礦山三維模型

　　智能開采是通過對礦山石灰石資源進行詳細勘探，獲取礦山資源儲備、品位數(shù)據(jù)，從而建立礦體三維模型、礦山質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫，采用視頻監(jiān)控、在線分析、GPS調(diào)度等的計算機網(wǎng)絡(luò)管控一體化系統(tǒng)，實現(xiàn)均化開采、合理搭配，達到石灰石預(yù)均化堆場的均化效果。從而取消了石灰石預(yù)均化堆場，噸熟料電耗降低1.2kwh/t，實現(xiàn)了工藝流程的簡單化、占地少、電耗低、投資省的目標。

　　（二）智能質(zhì)量控制系統(tǒng)

　　其中，進廠原煤自動檢測系統(tǒng)主要包括以下幾個方面。

　　1、載煤車輛進廠經(jīng)過地磅時自動取樣、檢測、計量（全過程無人介入）

　　2、原煤進廠取樣--電腦控制的隨機自動取樣器，樣品均勻、準確

　　3、原煤自動檢測--樣品經(jīng)過自動縮分后用在線分析儀自動檢測，及時、準確

　　4、原煤自動計量—載煤車輛經(jīng)過地磅自動計量，數(shù)據(jù)自動錄入計算機系統(tǒng)

　　原料自動配料系統(tǒng)采用在線分析儀對物料成分進行分析，瞬時監(jiān)測綜合原料的成分與波動，按照目標率值及時控制配料皮帶秤給料量，保證生料成分穩(wěn)定。生料、煤粉、水泥出磨細度通過在線粒度儀進行檢測，數(shù)據(jù)上傳至磨機專家優(yōu)化系統(tǒng)，作為智能控制系統(tǒng)的重要調(diào)節(jié)參數(shù)參與控制，以保證生產(chǎn)過程的產(chǎn)品各項指標最優(yōu)和質(zhì)量穩(wěn)定。

　?。ㄈ┰O(shè)備管理系統(tǒng)

　　1、設(shè)備在線實時診斷

　　掌握運行狀況和變化趨勢，及時有效地進行預(yù)知性維護，對提高生產(chǎn)效率、保持設(shè)備良好狀態(tài)，避免運行中的隱患具有非常重要的實際意義，并且也為“少人值守、無人值班”的目標創(chuàng)造條件。

　　2、設(shè)備巡檢系統(tǒng)

　　3、能源管理系統(tǒng)

　　為確保能源使用的科學性、及時性和合理性，從而提高能源利用率，實現(xiàn)生產(chǎn)工序用能的優(yōu)化分配及供應(yīng)，保證生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，并最終實現(xiàn)提高整體能源利用效率的目的。對各種能源介質(zhì)進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，通過監(jiān)控臺對各類供能用能環(huán)節(jié)進行監(jiān)控管理，通過對重要的能源運行數(shù)據(jù)的集成，建立透明度更高的能源調(diào)度與管理平臺，在更低能耗、更低排放的水平下獲取運行優(yōu)化和最大化生產(chǎn)力。

　?。ㄋ模?、智能生產(chǎn)管理-智能報表

　?。ㄎ澹?、智能物流

　　物流管理系統(tǒng)涉及到倉儲作業(yè)管理、運輸及配載管理、 財務(wù)管理等內(nèi)容，通過使用通信技術(shù)手段，建立物流信息化管理，以提高物流信息的處理和傳遞速度，使物流活動的效率和快速反應(yīng)能力得到提高，提升更人性化的服務(wù)，完善實時物流跟蹤，與減少物流成本。

　?。＜抑强叵到y(tǒng)

　　專家智能控制系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)對水泥生產(chǎn)過程的控制、穩(wěn)定及優(yōu)化，以自動導航方式來完成過程操作，保證生產(chǎn)系統(tǒng)每時每刻都在最佳運行狀態(tài)下運行。

　　窯專家智能控制系統(tǒng)包括：分解爐子智能系統(tǒng)——分解爐溫度能自動地根據(jù)喂料量大小、入窯分解率的高低、系統(tǒng)風量大小、系統(tǒng)一氧化碳含量、煤質(zhì)好壞和煤量大小進行智能控制；回轉(zhuǎn)窯子智能系統(tǒng)——回轉(zhuǎn)窯的窯速和喂煤量能根據(jù)喂料量大小、燒成帶溫度、熟料游離鈣含量、窯尾一氧化碳含量和氮氧化物含量進行智能控制；冷卻機子智能系統(tǒng)——冷卻機的推動速度和冷卻風量能根據(jù)熟料產(chǎn)量、出冷卻機熟料溫度、熱回收效率的情況進行智能控制。

　　1、磨專家優(yōu)化控制系統(tǒng)

　　為保證磨系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定，使其運行在最佳能效狀態(tài)，增加磨機專家智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含原料磨、煤磨、水泥磨三個獨立的分系統(tǒng)。磨機專家智能系統(tǒng)不僅能進一步實現(xiàn)磨系統(tǒng)生產(chǎn)的操作穩(wěn)定，而且還能保證在最佳產(chǎn)量能效狀態(tài)下運行，實現(xiàn)自決策、自執(zhí)行、自優(yōu)化的操作功能，進而以實現(xiàn)磨系統(tǒng)的無人值守，減少生產(chǎn)人員，減輕中控操作員的工作強度，確保磨機產(chǎn)量、電耗、產(chǎn)品質(zhì)量完全達到最優(yōu)的設(shè)計目標。

　　2、NOX排放控制系統(tǒng)

　　采用了新型SNCR技術(shù)和氨逃逸設(shè)施，配以智能控制系統(tǒng)算法，對于喂料量、反應(yīng)區(qū)溫度、濃度有自適應(yīng)功能?？刂葡到y(tǒng)同時考慮到生料磨避峰時，廢氣中的氧含量變化較大，跟蹤嚴重滯后造成NOx超標的現(xiàn)象。

　　泰安中聯(lián)水泥智能化工廠的建設(shè)，革新了傳統(tǒng)意義上的水泥工廠各項經(jīng)濟技術(shù)指標，經(jīng)過近幾年的運行與技術(shù)改進，專家優(yōu)化系統(tǒng)的不斷學習、優(yōu)化，降低了生產(chǎn)能耗，2018年能耗指標為：

　　熟料綜合電耗＜46kwh/t

　　熟料標煤耗＜94.5kgce/t

　　水泥綜合電耗＜66kwh/t

　　熟料綜合能耗＜98kgce/t

　　水泥綜合能耗＜84kgce/t

　　NOx排放＜100mg/m3，窯頭、窯尾顆粒物排放＜10mg/m3

　　三、需進一步完善的智能探索

　　1、為了更好地實現(xiàn)水泥工業(yè)的智能化，首先要做好系統(tǒng)框架的規(guī)劃，以便數(shù)據(jù)整理，達到互通互容。

　　2、礦山智能開采——推動智能化、數(shù)字化礦山再升級，大膽嘗試“三無礦山”建設(shè)，即礦山生產(chǎn)“無人裝車、無人駕駛、無需爆破”，立足打造綠色智能礦山。

　　3、增加入窯生料和入煤粉倉煤粉在線成分分析儀，以期達到煤與料的合理匹配，實現(xiàn)智能控制，保證窯況穩(wěn)定，提升熟料質(zhì)量。

　　4、增加f-CaO在線分析儀并配備在線光譜分析儀，完善窯系統(tǒng)專家優(yōu)化系統(tǒng)。

　　5、水泥粉磨系統(tǒng)配備SO3在線在線分析儀，實現(xiàn)智能配料，進一步完善專家優(yōu)化系統(tǒng)。

　　6、充分利用5G技術(shù)、云計算功能進一步拓展智能系統(tǒng)的效能，實現(xiàn)高效快捷的數(shù)據(jù)分析、診斷、調(diào)整、維護，使系統(tǒng)隨時都處在最優(yōu)的運行狀態(tài)。

　　7、為了較好地實施遠程診斷和控制網(wǎng)絡(luò)安全亟待解決。

　　結(jié)束語

　　泰安中聯(lián)智能化工廠建設(shè)，作為水泥行業(yè)智能化生產(chǎn)的先行者，已取得階段性成果；為了水泥行業(yè)的智能制造發(fā)展，泰安中聯(lián)愿與各方專家攜手共同實現(xiàn)水泥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展；在中國建材、中聯(lián)水泥集團和行業(yè)各界的強有力的指導和支持下，繼續(xù)轉(zhuǎn)型升級，由智能轉(zhuǎn)向智慧工廠。