水泥工业是国民经济的支柱和基础产业之一，我国的水泥产能和产量已连续多年位列世界第一。然而，水泥生产过程资源利用率、能源效率、安全环保等方面与世界先进水平尚有差距，高能耗、高排放，是实现“双碳”目标的主战场。
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，对控制产品质量和节能减排带来极大挑战。自《“十四五”智能制造发展规划》发布以来，水泥企业积极进行智能化、数字化升级改造。
华东理工大学钟伟民教授团队，针对粉料制备以及物料烧成两大关键环节，提出了水泥生产过程智能优化调控系统解决方案，使生产流程操作自动化，助力水泥企业打造智能工厂。
历经3年潜心研究，团队研发了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，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，团队设计的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技术，通过深度融合过程机理与大数据技术，持续获得粉磨与烧成过程最优控制参数，保持水泥生产连续、稳定地运行，消除人为因素导致的生产波动，提升了资源、能源利用率，降低了污染物及碳排放。
“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。”钟伟民介绍说。
据了解，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，经济效益显著提升。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，运行效果优于国外同类技术。粉磨电耗降低7%，烧成煤耗降低3%，相关技术为水泥行业智能工厂的建设和智能制造数字化转型提供了良好的解决方案。
钟伟民表示，围绕碳达峰、碳中和国家战略，团队将聚焦源头减碳、过程降碳技术，以绿色化、数字化、智能化新要求为突破口，结合绿色低碳生产工艺及替代燃料技术，研发水泥制造过程能量优化及智能调度方法，持续探索“解锁双碳密码”新路径。