工信部的《2018年工業(yè)節(jié)能監(jiān)察重點工作計劃》，將重點對高耗能行業(yè)執(zhí)行監(jiān)察，重點對高耗能行業(yè)的階梯電價執(zhí)行監(jiān)察，而且點名重點監(jiān)察2017年能耗超標的鋼鐵、水泥、電解鋁企業(yè)，以及日產2000噸以下具有熟料生產線的水泥企業(yè)。依然沒有漏掉我們水泥行業(yè)！

  水泥企業(yè)在產能嚴重過剩的今天，既要承擔關停并轉、還要承擔電價成本，真可謂是壓力山大！水泥企業(yè)是能耗大戶，除了煤耗以外另一項主要能耗就是電耗，而且降低電耗比降低煤耗還有更大的挖潛空間，節(jié)電就成為節(jié)能的重點；而就水泥企業(yè)的電耗來講，主要又是粉磨電耗！

  在嚴厲的政策和嚴酷的市場面前，降低電耗、特別是降低粉磨電耗就成為當務之急。

  那么，如何最大限度地降低粉磨電耗呢？一方面要抓深度，搞幾項有力度的節(jié)電措施；面對如此大的壓力，同時要抓廣度，不以害小而為之、不以利小而不為，要樹立積少成多的概念，各種節(jié)電措施同時并舉，杜絕各種耗電漏洞、深挖各種節(jié)電潛力，才能把電耗降到最低。

  具體來講，有不少已經成熟的節(jié)電工藝和節(jié)電設備，比如高效風機、立磨、輥壓機設備，以及聯合粉磨、半終粉磨、終粉磨、分別粉磨工藝，只是在落實上還不到位；有一些近年興起的節(jié)電措施，比如串級調速、陶瓷研磨體、立磨喂料鎖風，方向是正確的，只是還需要加深認識，膽子再大一點，有問題在落實中完善。這些措施無疑都是非常重要的，在今天的峰會上，將有多位頂級專家為大家精彩演講。

  還有一些有待檢驗的措施，需要我們進一步探索的新式武器。這次峰會的主題是“超低電耗 高性能水泥 無人值守”，我就給大家談點新的東西，提供兩項探索中的初步成果：多功能助劑與智能化。僅管尚不完善，但已經看到了曙光，但愿為超低電耗助力。

  一，水泥生產的多功能助劑

  助磨劑自引進國內以來，在降低水泥生產能耗、提升粉磨效率方面做出了突出貢獻，這一點已經由最初的懷疑、中途的觀望、發(fā)展到今天的普及。而近年來，隨著業(yè)內的節(jié)電壓力增大，如何進一步發(fā)揮助磨劑的作用、如何向生料粉磨工序拓展，正逐漸受到關注。

  大家知道，在水泥生產過程中，粉磨分為水泥粉磨和原料粉磨，都占有很大的電耗比重。同樣是粉磨，助磨劑在水泥粉磨上已經有了很大的成果和進步，但在生料粉磨上為什么一直沒有好的成果呢？

  企業(yè)追求的是效益，“任何一項技術都必須為生產創(chuàng)造效益，否則就失去了存在的意義，這個技術也就無法發(fā)展”。水泥助磨劑之所以能夠得到迅速的普及和發(fā)展，是因為它能提高水泥產量、降低粉磨電耗，同時還能提升水泥強度、節(jié)省熟料的消耗、甚至改善水泥的性能，幾項效果疊加具有顯著的效益。

  而生料助磨劑不同，目前只著眼于生料粉磨系統(tǒng)，僅僅為了提升產量、節(jié)約電耗。在目前水泥行業(yè)產能過剩十分嚴重的今天，提產功能已經難以產生多大的效益；節(jié)電效果又十分有限，難以產生足夠的效益。因此，在生產過程中，生料助磨劑產生的效益再減去投入的成本，也就所剩無幾了。

  但是，生料粉磨雖有他的局限性，但也有優(yōu)勢。生料雖然只是水泥生產過程中的一個基本環(huán)節(jié)，但生料對水泥生產的后續(xù)環(huán)節(jié)有較長的影響。例如在后續(xù)的熟料燒成系統(tǒng)，生料粉磨的好壞，還將影響到熟料的煤耗、電耗、質量以及污染物排放，這幾項又都是熟料成本的大項，疊加效益可能有較大提高。因此，提升生料助磨劑的根本在于其向后道工序的多功能化。只有以多功能為發(fā)展方向，才能解決有效果無效益的窘境。

  湖南岳陽的某公司首先在這方面做了嘗試，在去年的蕪湖助磨劑會議上，推出了一種“高分子多功能生料催化劑”，僅管大家對“催化”有不同的看法，但不管什么劑，對水泥生產有輔助功能，肯定是一種“水泥生產助劑”，而且取得了不錯的效果。今天到會的有幾家助磨劑企業(yè)，方向沒有問題，你們也可以開發(fā)；更多的與會者是水泥企業(yè)，應該積極的跟進試用。

  該產品目前已經過了XS、SF、PJ、LY四條5000T/D線的工業(yè)實驗，四條線上的實驗表明：在生料配料過程中加入0.1～0.2%這種“生料催化劑”，不僅能在生料粉磨系統(tǒng)提產節(jié)電，而且可在燒成系統(tǒng)提產節(jié)電，能在降低分解爐出口操作溫度的情況下，提高入窯生料分解率、提高F-CaO合格率、降標熟料燒成煤耗、提高熟料抗壓強度，而且還具有降低廢氣SO2的功能。

  本人專程參與見證了LY公司5000T/D線的工業(yè)實驗，現在把實驗結果給大家簡單匯報一下。

  整個實驗方案原則上分五個時間段進行：

  1）在投入“生料催化劑”前，首先進行為期5天的“前空白期”實驗，采集各種對比數據；

  2）在投入“生料催化劑”后，前2天作為“前過渡期”，觀察采集各種數據變化，但這些數據不作為對比使用；

  3）自投入“生料催化劑”后的第三天開始，進行6天的“效果實驗”，原計劃為4月18日至4月23日，觀察采集各種數據變化，記錄各種異常情況；

  4）停用“生料催化劑”后，前2天作為“后過渡期”，觀察采集各種數據變化，但這些數據不作為對比使用；

  5）自停用“生料催化劑”后的第三天開始，再進行5天“后空白期”實驗，采集各種對比數據。

  6）在現場實驗全部結束后，采用“效果實驗”的統(tǒng)計數據，與“前空白期”加“后空白期”的統(tǒng)計數據，進行累計值的對比分析。

  該方案在實際操作中并未能完全執(zhí)行，有三點需要說明：

  （1）由于發(fā)現“效果實驗”期間的脫硫作用超出預想，又將“效果實驗”延長了兩天，結束時間由4月23日延長至4月25日；

  （2）4月19日9:00時轉子秤斷煤，4月19日19:00時至4月20日5:00時為煤磨故障，窯限產運行，該日數據剔除；

  （3）由于在4月27日“后過渡期”結束后，因窯已經到檢修后期，但市場情況良好，為延長運行周期、確保后期的生產安全，廠方要求將窯的喂料量減產15-20t/h運行，已無法同等條件對比，經三方商議同意，“后空白期”只統(tǒng)計SO2數據對比，其他數據不再參與對比。

  如此，整體實驗效果見表01-01所示。

  表01-01 生熟料系統(tǒng)產量、電耗 試驗與空白對比

  由表01-01可見出，通過使用生料催化劑，生料磨機臺時提高13.3t/h，至生料滿庫運行時間減少1.77h/d，生料電耗下降0.8Kwh/t；熟料產量對比提高38.1t/d，熟料綜合電耗下降1.62 Kwh/t。

  通過添加生料催化劑，燒成系統(tǒng)的尾氣排放得到改善，特別是SO2排放明顯降低，詳細的對比數據見表01-02所示，總體變化趨勢如圖01-01所示。

  表01-02 添加生料催化劑對尾氣排放的影響

  圖01-01  4月11日-5月1日進脫硫塔SO2濃度總體趨勢圖

  由表01-02可見，通過使用“生料催化劑”，“效果實驗”期間排放煙氣的SO2、NOx、粉塵均有下降，尤其是SO2下降幅度較大，與“前空白期”對比分別下降了545mg/m?、23mg/m?、2.9 mg/m?。

  由圖01-01可見，在4月18日至4月25日加摻“生料催化劑”期間，SO2排放明顯降低，而在4月26日下午停用“生料催化劑”后，SO2排放濃度又迅速回升。

  LY實驗的最后結論為：在該5000t/d線的原料加入0.148%的“生料催化劑”后，實驗對比取得如下結果：

  1）生料磨機臺時產量平均提高13.3t/h，

  2）熟料綜合電耗平均下降1.62 Kwh/t；

  3）熟料標煤耗平均降低3.1kg/t熟料；

  4）熟料3天強度平均提高1.0MPa；

  5）窯尾煙氣中的SO2平均下降545mg/m3；

  6）窯尾煙氣中的NOx、粉塵排放也均有所下降。

  二，水泥粉磨系統(tǒng)的智能化

  基于《中國制造2025》規(guī)劃關于建設制造業(yè)強國的發(fā)展要求，實現我國水泥生產由大變強的轉變，面向智能化的發(fā)展已成為水泥行業(yè)不可回避的問題。早在2015年01月30日，工業(yè)和信息化部就發(fā)布了《原材料工業(yè)兩化深度融合推進計劃（2015-2018年）》（以下簡稱“推進計劃”），明確要求水泥行業(yè)要建立“智能水泥工廠”。

  在產能嚴重過剩、市場競爭激烈的情況下，淘汰落后產能也是大勢所趨，不是智能化的水泥廠恐怕不能算是先進工廠吧？目前，我國的年水泥產量雖然已經達到23億噸規(guī)模，但我們算不算一個水泥強國呢？

  拿號稱國內最先進的泰安中聯來比，也還需要70多人，而泰國的老城堡水泥廠，同樣是5000t/d的生產規(guī)模，全廠每班只有3個定員。其中中控室只有1人，而且還肩負化驗室的所有職能。定員是先進程度的特征指標，減少定員離不開可靠的裝備和高度的智能化！我們還有差距，必須奮力直追。

  1，智能水泥廠的概念

  什么是智能？我們先用現代語言探討一下“智能”概念。所謂的“人類智慧”，是從感知（信息的檢測與傳遞）到記憶（信息的儲存）再到思維（對信息的邏輯化處理、對已有邏輯的因果類比），這一過程被稱為“智慧”；智慧的結果（因果類比的導向作用）產生了行為和語言，將行為和語言的表達過程稱為“能力”；將智慧和能力合在一起就是“智能”。應該說，人類的智能是最高的，智能化就是讓企業(yè)向人類趨近。

  類比于人類，我們講一個人非?！奥斆鳌保疽馐钦f他的腦子好用，但“聰明”的具體指向是“耳聰目明”，可見及時、準確、甚至量化的信息對“大腦”的作用是多么重要；我們說這個人“心靈手巧”，又是在強調執(zhí)行機構的重要性，沒有理想的執(zhí)行機構，再好用的腦子又有什么用呢、而且沒有“巧手”的實踐又如何演化出“心靈”的大腦呢？

  智能化并不簡單等同于自動化，這是智能化發(fā)展中必須突破的思維概念，也是目前國內智能化開發(fā)中存在的一個主要問題。智能化是自動化的高級發(fā)展，自動化是智能化的基礎部分；智能化是在自動化基礎上，通過引入“數字化、信息化、網絡化”，實現了一些智慧和能力的高級發(fā)展。

  一般的自動化系統(tǒng)或裝置，只能根據預設的因果關系進行操作調整實現無人控制，但一般會出現對于不同情況作出相同反應的結果，就像所有的生物具有一定的遺傳本能一樣，多用于重復性的工作或工程中。

  而智能化是在自動化基礎上又加入了類似于人類的智慧程序，智能化具有一定的學習能力，能夠跟蹤變化了的情況自我總結新的因果關系，根據不同的變化作出不同的反應，就像高等動物除了本能以外還具有一定的自適應能力。

  因此，如何建立一個智能水泥廠，應該是一個智能化與自動化的結合，在裝備的運行維護上實現高度自動化、在生產管理和工藝操作上實現高度智能化。

  我們再來看看“推進計劃”給出的工信部“智能水泥廠”概念：

  （1）基于自適應控制、模糊控制、專家控制等先進技術，利用智能儀器儀表、工業(yè)機器人、計算機仿真、移動應用等信息系統(tǒng)與專用裝備，進一步突出實時控制、運行優(yōu)化和綜合集成，基本實現礦山開采、配料管控、窯爐燒成、水泥粉磨全系統(tǒng)全過程的智能優(yōu)化；

  （2）應用機器人等技術，在礦山爆破排險、窯爐運行維護、投料裝車作業(yè)、高溫高塵搶修等，危害、危險、重復作業(yè)的環(huán)節(jié)，基本實現無人值守或機器人替代人工作業(yè)；

  （3）建設信息物理融合系統(tǒng)（CPS），實現企業(yè)生產運營的自動化、數字化、模型化、可視化、集成化，提高企業(yè)勞動生產率、安全運行能力、應急響應能力、風險防范能力和科學決策能力；

  （4）在生產管控和經營決策中，通過大數據平臺建設，應用商業(yè)智能系統(tǒng)（BI）和產品生命周期管理（PLM），建立對采購、生產、倉儲、銷售、運輸、質量、資源、能源和財務等全方位的智能管控平臺，實現產品、市場和效益的動態(tài)監(jiān)控、預測預警，提升各環(huán)節(jié)的資源優(yōu)化配置能力和智能決策水平；

  （5）建立與供應商和用戶的上下游協作管理系統(tǒng)，按照供應商提前介入（EVI）、準時生產技術（JIT）等模式，統(tǒng)一企業(yè)資源計劃（ERP）等企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)間信息交換接口、標準和規(guī)范，通過信息共享和實時交互，實現物料協同、儲運協同、訂貨業(yè)務協同以及財務結算協同。

  2，走向智能水泥廠的技術路線

  看似簡單的水泥工藝，其過程中包含有大量的物理反應、化學反應以及物理化學反應，囊括了地質學、礦物學、巖相學、流體學、燃燒學、熱傳導、結晶學等等學科，要使整個過程處于受控狀態(tài)，按照我們設計的P-T-t軌跡（礦物學術語）運行，不但需要維持物料的量和質的均衡穩(wěn)定，而且必須維持好各系統(tǒng)各工序各特征參數的穩(wěn)定。

  對于大工業(yè)生產，各種原燃材料以及各工序的工況，其波動是難以避免的，各項生產控制參數的穩(wěn)定、以及過程產品和成品性能指標的穩(wěn)定，都需要通過及時地操作調整才能得以實現。這些操作調整，可以是人工手動的，也可以是儀表自控的，但最好是智能程控的。那么，如何對一條水泥生產線實施智控呢？

  這里將范圍收縮回來，以水泥粉磨系統(tǒng)為例，談談智控的技術路線：

  應該說，我們在水泥磨的操作控制上已經下了不少功夫，跟隨預分解燒成工藝的發(fā)展，水泥粉磨幾乎都采用了磨音自控系統(tǒng)，其建立的調節(jié)模型為：“水泥磨喂料量”＝＞“磨音信號”，（注：A=>B為邏輯學符號，表示命題A與B的蘊涵關系，后同）。實踐證明，這個回路在粉磨系統(tǒng)正常時有一定的作用，但在系統(tǒng)出現較大波動、正是需要它發(fā)揮作用的時候，它卻“掉鏈子”了，不但幾乎是沒有作用，有時甚至起副作用。

  仔細分析便會發(fā)現，調節(jié)模型（單變量）建立的過于簡單。影響“磨音信號”的因素，并不只是一個“喂料量”，還與諸如“原料配比、原料水分、入磨粒度或細度、研磨體狀態(tài)、磨內通風、出磨細度”等有關。欲穩(wěn)定“磨音信號（磨內填充率的特征信號）”，必須建立起符合現場實際的多變量控制模型；而且，水泥粉磨的最終目的并不是穩(wěn)定磨內填充率，而是獲得理想細度的產品。

  實際上，水泥粉磨過程的控制目的，在于保證水泥細度、溫度等指標的前提下，實現產量的最大化和電耗的最小化。在配料組分有效控制的情況下，水泥細度是控制系統(tǒng)調控的主要質量指標，調控細度的主要措施都影響到粉磨系統(tǒng)的產量，產量的高低又影響到電耗。

  水泥細度是粉磨系統(tǒng)最重要的控制指標，既影響到水泥的質量（強度等）又影響到系統(tǒng)產量（電耗等），質量和產量是系統(tǒng)操作中需要平衡的主要矛盾，這個平衡點就是一個合適且穩(wěn)定的細度。因此，水泥細度的穩(wěn)定能減少產能和電耗的浪費，有效發(fā)揮粉磨系統(tǒng)的能力和降低粉磨電耗，“水泥細度”就成為自控系統(tǒng)的關鍵變量。

  我們可以建立一個多變量調整模型：水泥細度＝＞∑（水泥磨喂料量、原料配比、原料水分、入磨粒度或細度、研磨體狀態(tài)、磨內通風、出磨細度、循環(huán)負荷……）?？傊?，只要你能想到的因素就只管往蘊含變量里加，然后進行相關性統(tǒng)計分析。根據不同的相關系數給予各變量不同的調節(jié)權重，各變量對于水泥細度調節(jié)量的代數和，便是水泥細度的調節(jié)量。

  相關性分析并不復雜，用計算機程序來做相關性分析更是小菜一碟。不僅可以從初始的統(tǒng)計分析開始，設定初始的調節(jié)權重，而且要每時、每天、每月、每年的一直做下去，以適應各種因素的變化。

  為了適應各種因素的新情況、新變化，設定按照“先入先出的原則”滾動記錄最近7天（可根據實際情況的異變速度和頻次，確定和調整滾動天數）的數據、并進行相關性滾動分析。根據最新的分析結果及時地調整調節(jié)權重的分配，使其在不斷的循環(huán)調整中趨于合理化，自動調節(jié)回路（已經是智能調節(jié)回路）的效果就會越來越好。

  3，德國STEAG PiT在中國的實踐

  PiT Navigator系統(tǒng)，通常在球磨機的進料端安裝兩個“磨音指示器”，其中一個裝于“有料側”、另一個裝于“無料側”，用以反應磨內物料的填充程度；在選粉機入口、回料和成品收集的相關部位，安裝有振動傳感器，用以反應相關的物料量，繼而求得循環(huán)負荷、選粉機效率等參數。

  在上述硬件的基礎上，系統(tǒng)配置有所謂“水泥磨導航器”，對水泥磨機和選粉機等設備進行優(yōu)化控制。該“導航器”可實現相關數據的自動采集與分析，并通過自適應、自學習的非線性模型預測控制，實現對水泥粉磨系統(tǒng)磨的智能控制，其控制測量流程如圖02-01所示。

  2017年03月30日，德國Steag公司聯合上海某公司，與中國的JL水泥公司簽署了在5000t/d熟料線上使用PiT的合同，經過安裝調試后，于2018年01月21日至01月30日進行了“5天在線、5天離線”的驗收對比。PiT對穩(wěn)定燒成概況發(fā)揮了很好的作用，在生料水硬率HM提高了21.15%的情況下，熟料F-CaO卻降低了26.21%，為提產提質降耗減排打下了基礎。

  按照JL公司的總結：PiT在線運行和離線運行對比，預熱器出口溫度標準偏差下降87%（從-9.8℃到1.1℃），分解爐出口溫度標準偏差下降39%（從5.6℃到3.4℃），窯電流標準偏差下降45%（從36A下降到19A），窯頭負壓標準偏差下降29%（從24.9Pa到17.5Pa），窯頭罩溫度標準偏差下降16%（從24.2℃到20.2℃）。

  在窯上取得初步結果的鼓勵下，他們又將PiT技術鎖定了水泥粉磨系統(tǒng)。德國Steag在水泥磨系統(tǒng)的PiT智控系統(tǒng)如圖02-02所示，由監(jiān)測模塊、預測模塊、自尋優(yōu)控制模塊構成，采用聚類分析、神經元網絡建模、模型預測等技術，具備全局優(yōu)化和自學習功能，所有控制目標由系統(tǒng)自行探索、設定，適應性較強，可持續(xù)穩(wěn)定在無人干預情況下運行。

  PIT系統(tǒng)根據生產過程數據，包括實際喂料量、物料配比與水泥強度、顆粒級配與水泥強度、磨頭磨尾壓差與磨內通風、磨尾溫度與磨內噴水、選粉機轉速與風量、回粉量大小、提升機電流、磨內填充率（磨音、磨震），綜合考慮實際工況和外部變量的影響，通過機理模型，實現對粉磨系統(tǒng)的自我實時優(yōu)化。

  PIT系統(tǒng)可基于系統(tǒng)的優(yōu)化計算，自我設定系統(tǒng)喂料量、磨內填充率、系統(tǒng)風機轉速、選粉機轉數、循環(huán)風機轉速、物料配比、顆粒級配等被控變量的控制目標，并持續(xù)優(yōu)化。從而在低電耗、低料耗（熟料）的情況下，實現較高的臺時產量、穩(wěn)定的水泥質量。該系統(tǒng)基本符合我們前面講的智能水泥廠概念。

  2018年05月25日該系統(tǒng)在JL公司的2#水泥磨上投入運行，本人專程前往參與并見證了調試情況。目前該系統(tǒng)尚未調試結束，但至05月29日本人離開，已看到了對系統(tǒng)的穩(wěn)定作用，讓我們期待好的結果。圖02-03、圖02-04、圖02-05，顯示了PiT在線前后幾個關鍵參數的運行曲線。

圖02-03  PIT在線前后幾個主要參數曲線的對比

圖02-04  PIT在線前后喂料量和填充率的曲線對比

  由圖02-03、圖02-04可見，在PIT系統(tǒng)投入運行以后，粉磨系統(tǒng)的幾個主要參數都趨于更加穩(wěn)定；圖02-05是本人離開后接到的資料，可見PIT在線能使比表面積迅速穩(wěn)定下來。

  雖然，目前還沒有最后的分析總結，但我們知道，對于水泥生產來講，穩(wěn)定就可減少浪費、穩(wěn)定就會產生效益。所謂“領導看效益（只看表皮），內行看穩(wěn)定（看透過程）”，在座的都是內行，讓我們翹首以待。

  另外，還有些感受需要匯報給大家：

  （1）智能技術不是萬能的，是一項好上加好的技術。沒有可靠的裝備和穩(wěn)定的生產運行，智能技術很難取得效果，因為它需要自我學習，在不正常的環(huán)境下無法自我進步。這就像把一個高材生放到敘利亞去，希望他出幾個科研成果，只能是妄想；

  （2）人類的智能是最高的，智能技術不可能超過人類，但能解決人的責任心和勞累問題，是一項挖潛技術。幾位德國專家講的很實在，PIT系統(tǒng)在歐洲的使用效果普遍好于中國，為什么？因為歐洲的操作員沒有中國的操作員高度負責和吃苦耐勞。