开发利用信息化技术促进水泥工业节能减排_图文

1、 2009.6CHINA CEMENT传统产业是十八世纪工业革命后建立的钢铁、电力、建材等工业产业,这些工业产业的兴起为人类社会创造了极大的物质财富,至今仍然充当着国民经济的主导力量。随着科学技术的进步,传统产业正在向先进制造业升级,其核心内容就是要了解信息、管理等现代科技成果,并系统地应用于制造工艺、生产管理等制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁生产。水泥工业是典型的传统产业。在200多年的发展过程中,水泥生产工艺技术发生了许多重要的变革,但传统的工艺过程没有改变;水泥工业高资源、能源消耗及高温室气体排放这些基本特性也没有得到根本性的改变,水泥工业面临着产业升级的繁重任务。节能减排是国家

2、社会经济发展的迫切需求,也是水泥工业产业升级的重要指标。信息化技术的开发利用,对实现水泥工业节能减排、加速水泥工业向先进制造业的转型,无疑有着极大的推动作用。一、提升技术水平,助力节能减排2008年我国水泥产量为13.9亿吨,根据国家相关部委的分析报告,我国大规模的基础设施建设将持续到2035年,因此在今后相当长的一段时期,水泥产量仍维持在一个较高的水平。水泥工业是典型的资源、能源消耗型工开发利用信息化技术促进水泥工业节能减排中国建筑材料科学研究总院汪澜COLUMN专题报道33 业,并且在水泥生产过程中会产生 的重要组成。水泥生产包括原料开采、预均化,生料粉磨、均化,熟料煅烧、冷却,水泥粉磨、

3、包装及发送等多个工艺过程,各个工艺过程都要消耗一定量的电力。熟料的煅烧需要燃烧大量的化石燃料,进而产生CO 2的直接排放;煅烧过程中碳酸盐矿物的分解,也会释放出大量的CO 2。水泥的生产工艺以“生料粉磨、熟料煅烧和水泥粉磨”为核心。近几十年来,水泥生产工艺技术取得了长足的进步,出现了新型干法预分解窑、高效粉磨等新工艺、新装备,但水泥生产传统的模式仍未得到根本性的改变。水泥工业在向先进制造业转型的过程中,需要汲取和利用以信息化技术为代表的现代科技成果。信息化技术是指以计算机为主的智能化技术,并且具备信息获取、信息传递、信息处理、信息再生、信息利用的功能。信息化技术的应用,可以大幅度提升水泥生产的

4、工艺技术水平,成为水泥工业节能减排的重要措施。现有的水泥生产工艺技术已经融入了许多信息化技术的元素。早期采用的“电耳”是一种简单的传感器,可以用于对球磨机音频分析,以有利于对球磨机工作状态的分析、判断,实现工艺过程的最佳控制。近几十年来出现的水泥工艺自动控制系统则是信息化技术应用的具体体现。事实上,信息化技术的应用已经融入到水泥生产工艺全过程。原料矿山开采是水泥生产的首道工序。矿山开采方案不仅关系到优化作业程序,而且涉及到资源的综合利用。美国加州水泥公司采用卫星定位技术与矿山开采过程信息化管理系统相结合,建立了矿床地质模型、储量计算、开采境界优化、长期规划安排和生产短期计划的编制,实现了低品位

5、原料的综合利用和矿山开采废矿石的零排放。生料制备是水泥生产的重要工艺过程。水泥熟料煅烧要求生料有均一的化学成分。瑞士ABB 公司开发有实时在线水泥原料分析仪及其与生料配料系统相结合形成闭环控制系统。该系统使用远红外及计算机滤波技术,对石灰石原料以及配料所需的硅、铝、铁组分进行迅速检测,并通过信息反馈和回路控制,对生料组分进行精确设计,达到了连续、稳定生产的目的,并大大地提高了水泥熟料的质量。煅烧是水泥生产的核心工艺。在窑炉系统中,水泥生料通过高温煅烧,完成一系列复杂的物理化学变化,最终成为水泥熟料。热电偶是早期窑炉系统采用的唯一一种测温手段,随后的发展则包括多种信息的在线检测和计算机控制系统,

6、包括最新发展的现场总线控制系统(FCS 。FCS 是一个开放通信网络式的分布控制系统,是一项以智能传感器、计算机系统、数字通信网络为主的综合技术,可实现实时控制、补偿计算、参数优化、监控显示、一体化的综合自动化功能。采用FCS 系统可以优化窑炉工艺操作参数,实现窑炉工艺的优化运行,获得显著的节能减排及提高产质量的多重效果。水泥粉磨是水泥的最后环节。通过水泥熟料及混合材等的适当配比及粉磨,即可生产满足性能要求的水泥产品。根据物料物理性质的不同,确定最佳粉磨工艺参数,可以获得优化生产的效果;根据熟料的强度指标、调整混合材的掺量,可以获得增产节能效果。国内有合肥水泥研究设计院正从事水泥粉磨专家系统的

7、开发研究,旨在通过迅速的信息检测分析、优化粉磨系统的运行,增加混合材的掺入量,实现水泥熟料与辅助凝胶材料的最佳配比。信息化技术不仅渗透到水泥工艺的各个环节,而且对水泥生产新工艺、新技术的开发起到了重要的作用。新型窑炉系统的开发研究,涉及到多维流场下物料的运动和燃料的燃烧,需要检测、分析、模拟等大量的信息化技术。目前由中国建筑材料科学研究总院承担的国家重点基础研究发展计划(973计划,也有基于信息化技术的新中国水泥2009.6COLUMN 专题报道34型水泥窑炉系统的研究。可见,信息化技术是水泥工业迈向先进制造业的基石,同时也为水泥生产工艺节能提供了技术支撑。二、强化能源管理,实现节约优先强化能

8、源管理是实施水泥工艺节能减排的重要步骤,是坚持节约优先精神的具体体现。信息化技术在生产企业能源管理方面有着更为广阔的应用前景。能源管理是一种信息化管理体系,即是通过实施一整套完整的标准体系,在企业组织内部建立起一个完整、有效的、形成文件的能源管理体系。通过能源管理体系的建立、运行和改进,对企业组织内部的活动、过程及要素进行控制和优化,实现能源管理方针和承诺,达到降低能源消耗、提高能源利用效率的目的。对标管理是目前水泥等高耗能行业进行的能源管理实践,对标管理即是通过与国际国内行业先进企业能效指标进行对比分析,确定标杆,通过管理和技术措施,达到标杆或更高能效水平的实践活动。对标管理的主要内容包括信

9、息收集和整理收集计划、收集方式(内部、外部,标杆信息分类,建立对标基础性数据库、信息交流发布(经验交流制度、信息发布制度、信息报送制度。由美国劳伦斯伯克力实验室编制的水泥工业对标软件工具正是基于信息化技术,通过大量生产数据的采集、分析,开发出的一套能源管理工具。能源管理体系的建立是水泥生产企业急待解决的课题。能源管理体系是组织管理的一部份,但是更需要信息化技术的支持。在水泥生产企业通过能源管理体系的实施,可以掌握企业耗能状况、了解企业用能水平,找出企业费能问题,查清企业节能潜力、核算企业节能效果、明确企业节能方向。为了对水泥生产企业能源管理系统的建立提供技术支持,中国建筑材料科学研究总院等机构

10、合作开发了水泥工业EMIS能效管理系统。EMIS能效管理系统借鉴了国际上先进的能源管理信息技术,综合了水泥生产工艺技术特点及相关国家标准;系统的设计针对水泥生产企业用电(用能管理信息化,通过监测、诊断和分析企业用电结构和用电方式存在的问题,让企业管理者直观了解企业用电的实时动态过程。该能效管理为企业提供用电和电能质量管理精细化动态数据,为企业实施节电改造及节能考核提供科学准确的依据,指导企业的工艺过程优化和节能改造。现场数据检测分析表明,水泥生产工艺过程的电能利用率不到55%。采用EMIS能效管理系统及相应的优化解决方案,可以提高电能利用率10%。EMIS能效管理系统的核心是一套功能强大的用电

11、(用能数据和电能质量分析管理软件。装有系统软件的前台计算机(数据采集服务器通过安装在现场的智能电力数据采集器,在线连续采集供电网络及重要负荷的各种用电数据,采集的数据包括:电能数据、电网参数、电能质量和谐波数据(也可以是用水数据、燃气数据、热量数据等。数据经过PDM软件分析、处理后,用表格和图示化的方式直观显示用能情况及能量消耗、变化趋势,检测和统计异常数据和事件。系统对采集的历史用能数据进行归纳、分析和整理,结合生产管理的需要,生成多种统计报表,用于节能管理工作。动态的能源数据和信息通过局域网或互联网(异地实现数据共享,授权用户(用户工作站可以随时查询或调用系统生成的各种数据。系统用报表和图示方法(趋势图、柱状图、饼图等提供多种历史用电数据以供查询和分析,可以对同一时段内不同参量以及不同时段内同一参量进行图示叠加比较,以便企业发现和分析用能结构