1.水泥工業發展政策

“十一五”期間國家對水泥行業發展政策：

1）宏觀調控，控制產量，限制發展：從土地、能源、環保、貸款等方面限制。2006年我國的水泥產量已達11.5億噸，綜合考慮水泥與國民經濟各領域的關聯因素，預測2010年水泥需求量為12億噸。（實際2006年產量已接近發改委的指標數，為此必須要淘汰高能耗的水泥企業來控制產量）。  

2）淘汰小、允許上大：2005年底新型干法水泥產量達到4.73億噸，它占水泥總產量的比重為45%。2007.3國家發改委發布了緊急文件，要求限期淘汰高能耗的水泥企業，大水泥集團兼并小企業，發展新型干法水泥生產線，今后發展重點在中西部。

3）節約能源：綜合性降耗3%，主要是電耗和熱耗。

我國各類水泥窯平均熱耗對比：

　　上表可見，新型干法窯熱耗指數最低，“十一五”期間熱耗要控制在110克/噸熟料千克標準煤，電耗要控制在100 kWh/t 。

4）要求清潔生產和循環生產：“十一五”期間大力推廣廢棄物綜合和純低溫余熱發電。純低溫余熱發電可降低水泥生產的電耗，節約能源，又可有效的減少水泥生產對環境的廢熱及粉塵等的污染。“十一五”期間國家要求有40%以上新型干法水泥生產線上純低溫余熱發電。

2．新建水泥廠規模

　　“十一五” 期間主要是上新型干法5000t/d 規模水泥生產線，但在中西部地區也可上新型干法2500t/d 規模生產線；粉磨站根據所在地水泥需求量確定規模；純低溫余熱發電裝機容量和工藝生產線配套。

3．水泥廠自動化系統的投資

　　新型干法5000t/d 規模生產線項目總投資為3~3.5億元人民幣，設備一般占總合同額的50%，電氣設備占所有設備采購額的20%左右，儀表與控制系統的總投資約為設備購置費6%~8%。5000t/d 規模生產線設備購置費約為1.5億元，控制系統費用根據要求不同約為200~300萬元，儀表（包括電動執行器）費用約為500~700萬元 。2500t/d 規模生產線項目總投資為2~2.5億元人民幣，設備購置費約為0.8~1億元，儀表與控制系統的總投資約為設備購置費7%~8%,控制系統費用根據要求不同約為150~200萬元，儀表（包括執行器）費用約為400~600萬元。

關于純低溫余熱發電項目投資見下表：

4．“十一五”期間水泥項目

　　“十一五”期間主要通過大水泥集團兼并小企業，上新型干法5000t/d 規模生產線。與該政策相適應，國家發改委、國土資源部、中國人行2006 3001號文件發布國家支持結構調整的大型水泥企業名單，全國性有12個，區域性48個。經筆者調查2007年水泥行業發展形勢較樂觀，全年水泥國內外項目約為65 ~70個，其中國外EP項目約20~25個。值得一提的是過去中國是水泥設備進口大國，經三十年努力中國已變為水泥設備出口大國，現承建的國外EPC和EP項目包括美國、歐洲、俄羅斯、中東、東南亞、東亞、拉美等地區，電氣、自動化設備也作為EP項目的一部分。

5．水泥廠對儀表與控制系統的需求

5.1水泥廠MES的規模與功能；

　　90年代起，我國新投產的大中型干法水泥廠和大型粉磨站，幾乎全部采用了計算機控制系統用于控制、監視與管理，但目前大多數水泥廠工廠自動化功能僅用于自動化初級模型的前三級，即還是到SCADA一級，優化控制及專家系統等基本沒有；PMIS正在一些大集團開始實施, 但僅作為管理者監控的工具，還沒有發揮它的功能；生料質量控制應用較普遍，但僅作為穩定原料成分，還未達到最優化控制；磨機的負荷控制基本未用，特別是在水泥磨的綜合控制上和國際先進水平還有一定差距。故對我國水泥工業自動化現今評價是：自動化在生產過程中已起到了穩定生產的作用，但和國際著名的大水泥公司的自動化水平還有較大差距。

　　當今我國水泥行業在國內有影響有實力的大集團有十幾家，如海螺、華新、冀東、三獅、亞泰等水泥集團，許多大集團現設有自動化研究機構，有的集團已建成光纜通信網絡和MIS系統，如華新集團；某些集團已開始研發ERP，如亞泰集團等。“十一五”期間水泥大集團相繼要實現CIM和MES，包括生產管理系統、質量控制系統、物流管理系統，采購管理系統、倉庫管理系統、銷售子系統、設備管理系統、財務管理系統、辦公自動化管理系統和綜合管理子系統等。現海螺等集體正在開發ERP，三獅集團和設計院合作在開發CIM和MES，另有些EPC項目業主如沙特SCC等也要求設置MES系統。

5.2水泥生產線對自動化系統的需求

5.2.1 DCS系統的規模與功能

　　據不完全的統計一個典型的5000 t/d 規模的單條水泥生產線，電機在700臺左右，雙向運轉電機約為15臺，閥門包括設備內的電磁閥總共數量為853個，電動推桿共82臺，還有其他用電設備如收塵器控制箱、計量秤的控制箱、電焊機、電動葫蘆等約380臺組，為此最典型的t/d 規模生產線，要監控的輸入和輸出的開關量最少約有2000個。該生產線還需要監控溫度、壓力、氣體成分和濃度、物位、流量、重量、閥門開度等物理參數約為600個，另外需報警的點約為1000個，它包括模擬量和開關量。

　　根據設備的不同、控制策略的不同、控制原理圖的不同，同樣規模的水泥生產線盡管用電設備數量幾乎相同，但在控制系統內設置的輸入和輸出的點（DI，DO）就可能相差很多。在國際水泥界中，現較公認的是由MCC控制的某一單向電機輸入點為3~4個（DI），輸出的點為1個（DO）。廣州越堡水泥有限公司6000t/d水泥生產線采用的DCS系統是目前國內水泥行業中最大的DCS系統，I/O點數超過17000點，控制系統采用了西門子的PCS7，其中現場控制站為14臺AS417-4，上位監控層配備3對冗余服務器, 5臺操作員站，1臺工程師站。故I/O點數可能相差很多。

　　現今水泥廠廣泛應用是具有混合控制策略的PLC/DCS混合系統，主要有ABB的Industry IT(AC800F，M)，Siemens的PCS7，AB的ControlLogix，Schneider 的Quantum （“Unity”也開始應用），它們已作為主導產品在水泥行業推廣，并已取得不俗的業績。

5000t/d 規模生產線DCS 系統配置的I/O表見下：

5．2．2現場總線系統的應用

　　據水泥生產線的特點和現場總線技術的優勢，有許多項目在窯尾預熱器、窯頭篦冷機等熱工測控點集中的區域，原料立磨、原料調配秤等數據量較大的配套設備中局部采用現場總線方案，主要采用Profibus 現場總線。由于充分發揮現場總線技術的優勢和特點，減少了大量隔離器、端子柜、I/O模塊及大量電纜和電纜橋架，同時由于采用現場總線提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統與設備的性能。形成真正分散在現場的完整的控制系統。吉林亞泰明城5000t/d 熟料線用PA儀表80臺。以下為吉林亞泰明城5000t/d 熟料線DCS 系統配置的I/O表：

5.3水泥廠儀表需求的臺數，

5.3.1壓力變送器：一條5000t/d的水泥生產線，在工藝流程各關鍵部位必須設置壓力變送器，如在窯頭、窯尾、各級預熱器的頂部和底部、各次風管和冷卻機各室等，以監控工藝正常運行，據統計一條新型干法水泥生產線共需設置壓力變送器約為80臺。現我國的干法水泥廠幾乎全采用了智能壓力變送器，主要產品有：重慶橫河川儀生產的EJA系列變送器 ，E+H的Cerabar S變送器, ABB的MV2000T，西門子的SITRANS P以及羅斯蒙特升級的1151和3051C變送器，有許多廠還選用了帶有PROFIBUS-PA協議的智能壓力變送器。

5.3.2溫度變送器：

　　它也是過程變量變送器中很重要的一類，它也是測量流量、密度及其他過程變量的基本要素之一。據統計一條新型干法水泥生產線共需設置溫度變送器約為80~100臺。采用溫度變送器主要有以下幾種形式：

1）風雨型溫度變送器

　　這類溫度變送器通常裝在對變送器性能有很高要求，苛刻的應用場合，如在窯尾、分解爐、五級預熱器等。這類溫度變送器被封裝在密封的殼體內，而這種殼體通常由不銹鋼制成，其特點是精確度高、可靠性高、安全性好、防風雨，它的主要缺點是價格較高。它通常都帶有現場表頭，可現場監視，調整和組態。代表性的產品是EMERSON生產的3144，3244和北京遠東的444。

2）DIN導軌安裝、儀表盤安裝型溫度變送器

　　這類溫度變送器可以采用DIN導軌安裝，通常在控制室內安裝使用。它價格便宜、安裝和維護簡單，可以通過改變組態來匹配不同類型的溫度傳感器。由于同遠程安裝的傳感器之間的連接導線較長導致測量精確度較低。在水泥廠磨系統使用這類溫度變送器。

3）一體化溫度變送器

　　這類溫度變送器可以直接安裝在溫度傳感器的DIN連接頭上，它的優點是安裝費用低廉，體積小巧，兼容各種類型的溫度傳感器。由于這種溫度變送器直接安裝在溫度傳感器的接頭上，所以電氣連接和傳感器接線都非常簡單。水泥廠的窯系統除要求高的部位外可采用一體化溫度變送器，磨系統也選用。

　　另外還帶有符合現場總線國際標準的FF或PROFIBUS-PA協議的產品。

5.3.3物位儀表

　　水泥工業中主要是固體物料的物位測量，液位測量則很少。固體物料種類繁多，有塊料、顆粒狀、粉料，這些物料的介電常數、容重、溫度、水分含量也各不相同。一條新型干法水泥生產線共需設置各種物位儀表約為60~70臺。

　　接觸式測量是過去測量物位的主要手段，如電容式、重錘式、音叉式、阻旋式等測量方法，由于測量時儀表和物料是接觸的，在使用過程中往往會出現各種問題，如電容的掛料；重錘的斷錘、埋錘；音叉的堵料等，且日常的維護量很大。到20世紀90年代，水泥工業開始采用非接觸的物位測量，據統計近幾年來新設計的大型水泥廠和粉磨站的各類庫和倉近80%采用了各種類型的雷達料位計，另超聲波料位計用于測量塊料或顆粒狀的物料，約占15~20%。水泥廠現大多選用VEGA公司和西門子公司生產的雷達料位計。型號為PLUS54，68和SITRANS LR400，量程最大45m 。

5.3.4流量變送器

　　相對其他行業,各種流量計在水泥工業應用較少，這是由于生產工藝過程中主要介質是物料流和氣流，在物料流中則以粉狀和顆粒為主，在主工藝流程中液體料流幾乎沒有，而氣流還帶有一定的粉塵，并且是在大管道內通過，它給流量測量帶來很大的難度。目前正在探索大管道含塵的流量計在水泥行業應用，主要考慮新型差壓式均速管流量計和熱式流量計。在輔助工藝流程中設置電磁流量計約3~4臺。

5.3.5成分分析

　　干法水泥廠的氣體分析裝置一是用于設備保護，如在窯尾電收塵入口，以及煤磨收塵出口,裝設CO分析儀，以檢測廢氣中CO的含量，防止收塵器設備事故，一條新型干法水泥生產線共需設置CO分析儀2~4臺。另一目的是作為過程變量用于監控煅燒的工況，如在窯尾煙室設氣體分析儀，對窯尾氣體成分包括CO、O₂、NO_X進行分析和檢測，判斷燃料及助燃空氣的比例，從而對燃料、風量進行調整控制，保證燒成系統運轉在最佳狀態。設備保護用的氣體分析裝置必須安裝，但作為過程變量的氣體分析裝置，由于工況條件惡劣，如窯尾的粉塵含量約2000g/Nm³,溫度最高可達1500⁰C ；另裝置結構也十分復雜，要取樣、預處理、冷卻、反吹防堵、流量設定、氣體校正和氣體分析等，而且用此參數來分析和判斷需要一定的工藝知識，其價格貴，維護困難。我國大多水泥廠窯尾的氣體分析裝置現今已不采用，但要優化工藝過程，我們認為它還是需要的，有的大集團生產線已開始應用。

　　現窯尾的氣體分析裝置采用機理有濕式和干式兩種。干式采樣是將粉塵連同試樣一起抽進采樣系統，再由過濾器濾去其中的粉塵，ABB公司所屬的H&B公司采樣系統是屬干式，現生產的探頭為60#，國內四川儀表九廠已引進技術生產成套的氣體分析裝置。

5.3.6電動執行器

　　典型的5000的單條水泥生產線，電動推桿共82臺，設置的電動執行器約為75~85臺，現采用除DKJ電動執行器外，在國內水泥廠用的還有天津津達執行器公司的JD系列電動執行器，上海自動化儀表十一廠的IKZL電動執行器，天津儀表七廠引進法國伯納德（BANADY）技術的AS，BS，RS系列電動執行器，重慶川儀十廠引進德國H&B公司的MOE700/MME800系列電動執行器，還有引進的SIEMENS POSITIONER公司的SIPOS系列電動執行器，德國AUMA系列，英國ROTORK公司的IQ 系列電動執行器等。

5.4水泥廠專用儀表

5.4.1窯胴體測溫裝置

　　此裝置主要用于長時間不間斷地實時檢測水泥窯筒體表面溫度，經分析處理后能客觀、及時地反映窯內狀況，幫助操作員有效地改善窯的操作,這幾年國內一些設計研究院也紛紛開發窯筒體溫度掃描監測系統，現大部分生產線采用國內研制的溫度掃描監測系統，也有少量的引進國外設備。

5.4.2比色高溫計

　　此裝置主要用于長時間不間斷地實時檢測水泥窯內燒成帶溫度，它一般裝在窯門罩上，為此必須配置相應的保護裝置，以防鏡頭等被損壞。目前在新型干法水泥廠常用的比色高溫計大多是引進的如西門子的ARDOL等，也有采用國內開發的如合肥金星的光纖比色高溫計。

　　由于比色測溫效果并不理想，現在市場有引進的測燒成帶溫度的紅外高溫計和看火工業電視合二為一新型的自動化裝置問世，看火工業電視顯示包括燒成帶溫度在內的各點溫度，節省了為比色高溫計設置的冷卻和清掃裝置，同時監控更為直觀，

5.5水泥廠需要進口的儀表

5.5.1基本沒有需要進口的儀表，個別廠進口主要是美國熱電公司開發的跨帶式CBX的中子式活化分析儀，可以在線調節配料,減少了原料的成分波動, 使得工藝的波動降到最低.，同時對原料的分析以及控制是實時的高頻的工藝過程控制,使得原料的配料均化效果達到最佳結果。.另X射線熒光分析儀還需進口。

5.5.2從環保方面的需求要進口現場測量的激光氣體分析儀，主要測定煙筒的粉塵含量。

5.5.3看火工業電視和窯內紅外測溫系統合二為一新型的自動化裝置。   

 主要用于不間斷地實時檢測水泥窯內煅燒情況，并和DCS系統通信。美國的KURZ 等公司在國內鋼鐵行業有應用，但在水泥行業還沒有采用

6．純低溫余熱發電項目

6.1 純低溫余熱發電的主機設備和DCS系統

　　國內預分解水泥窯采用純低溫余熱發電的主機設備配置主要為：

　　窯頭采用余熱鍋爐（或熱交換器），簡稱為AQC爐；

　　窯尾采用余熱鍋爐（或熱交換器），簡稱為SP爐；

　　汽輪機，國內采用補汽凝汽式汽輪機；

　　發電機，國內采用空冷式發電機；

　　水處理設備和循環冷卻設備。

　　DCS控制系統：其控制點數：DI：200~300，DO: 150~200 ，AI,AO: 150~200，

　　常用系統有西門子公司的PCS7，ABB的INFI-90，浙大中控Web-Field ECS系統以及和利時LED系統，但國產系統的成套性還比較差。

6.2 純低溫余熱發電項目儀表需求的臺數

　　在各部位如余熱鍋爐、水處理設備和循環冷卻設備等需要監控溫度、壓力、液位、流量、閥門開度等，約80臺，全可采用國內儀表，目前對還沒有測量入余熱鍋爐的流量，因測量還有一定的難度，難度在于新型干法水泥生產線中，熱風管道的口徑大多是大于1000毫米；另被測的氣流是變化的，還帶有一定的粉塵，所測的介質是包含氣固二相。現有二種方案，一是采用熱式流量計，一是采用差壓式均速管流量計，擬在海螺集團的純低溫余熱發電項目試用。