水泥工业是国民经济的支柱和基础产业，是制造业绿色低碳发展的主战场。近年来，在“双碳”目标的引领下，水泥企业加快智能化转型升级步伐，自动控制、在线监测、智慧管理正逐步改变传统水泥企业的生产模式。作为地方水泥行业的排头兵，芜湖海螺水泥有限公司（简称“芜湖海螺”）的水泥产品已广泛应用在高层楼宇、铁路场站、桥梁涵洞等众多建筑项目，走进企业的办公楼大厅，映入眼帘的电子屏幕将生产经营、安全环保、能耗管理等数据尽收眼底。
芜湖海螺所使用的正是龙门客栈图钱锋院士团队联合西安建筑科技大学、浙江大学、安徽海螺集团等单位的研发人员合力打造的“数字化智能工厂”。
图一 芜湖海螺千万吨级应用示范生产基地
图二 现场技术攻关
据研发人员介绍，水泥生产工艺流程主要涉及气体和固体的物理混合，以及高温化学反应，生产过程中物料成分检测滞后，终端产品的质量无法直接在线测量，加之燃料原煤来源杂、品质多样等特点，对产品质量控制和节能减排带来极大挑战。针对粉料制备以及物料烧成两大关键环节，研究团队提出了水泥生产过程智能优化调控系统解决方案，研发了水泥生产智能优化控制系统，集成运行信息智能感知、动态特征建模、智能运行控制等核心功能，通过深度融合过程机理与大数据技术，获得粉磨与烧成过程最优控制参数，保证水泥生产连续、稳定地运行，提升了资源、能源利用率，降低了污染物及碳排放。
图三 智能优化控制系统软件
不仅如此，团队研发的水泥生产过程全流程数字孪生系统、智能控制与优化工业软件、工业大数据平台和智能管控系统，还实现了全流程运行工况的实时感知与“风、煤、料”的智能调控，有效避免传统方法因时滞因素对优化调控带来的影响。该系统已经成功应用在芜湖海螺、陕西生态水泥等企业的大型熟料生产线，取得了显著的经济社会效益。其中，系统投运率97%以上，人员操作强度降低30%，关键工艺参数的调控性能大幅提升，粉磨电耗降低7%，烧成煤耗降低3%，相关技术为水泥行业企业数字化转型智能化升级提供了良好的解决方案。
图四 全流程碳足迹监控与碳效分析
“项目创新了全流程智能混合建模技术，突破多场耦合、多相共存生产过程复杂运行特性的表征难点，研发了磨窑一体协同优化调控技术，突破多约束、大时滞、强耦合生产过程调控系统长周期在线投用难点，提出了设备全生命周期健康诊断与质量管控等技术，突破水泥生产过程信息孤岛造成的工业大数据深度应用难点。”钟伟民教授介绍说。该项目目前已授权发明专利 9 件，公开发明专利 9 件，登记软件著作权 16 件，已形成水泥生产过程智能调控关键技术的知识产权保护网络。
围绕碳达峰、碳中和国家战略，项目团队将进一步聚焦源头减碳和过程降碳技术，以高端化、智能化、绿色化新要求为突破口，融合绿色低碳生产工艺和新一代信息技术，研发水泥制造过程能量优化与资源优化配置技术，持续探索解锁“双碳”密码新路径。
