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建材行业十大科技突破领军人物 | “硬核”总工李乐意

为深入贯彻科技强国战略,营造科技创新的浓厚氛围,发挥科技创新在实现“宜业尚品、造福人类”建材行业发展目标及建材行业绿色低碳安全高质量发展中的支撑作用,中国建筑材料联合会评选出建材行业2021年度“十大科技突破领军企业”和“十大科技突破领军人物”(简称“双十”)。为更好地树立科技创新典范,弘扬科技创新精神,本刊特开设“科技·突破·领军”专栏,力求走进企业,走近人物,挖掘“双十”企业和人物背后的生动故事,多角度报道他们的突出成就和重大贡献。

翻开李乐意厚厚的2021年年度工作报告,好像进入了一座庞大而先进的现代化水泥工厂。

看着白纸上一行行数据,恍惚间,眼前浮现了一条条整齐穿梭的履带,一座座安静又红火的窑炉;浮现了数控室里繁星般闪烁的指示灯,码头上随着水波摇曳的货轮;还有花园工厂里拂水白鹅,一辆辆载满熟料的车安静地从它们身旁路过。从矿山开采到破碎运输,从配料研磨到烧成破碎,从粉磨到运输出厂,每一个细节、每一个数据、每一次调试都被记录在案。

本期将要介绍的建材行业2021年度十大科技突破领军人物,是安徽海螺水泥股份有限公司原工艺总工程师李乐意(现为安徽海螺集团有限责任公司技术中心工艺总监)。今年4月,李乐意暂离了坚守半生的生产一线,作为海螺水泥当之无愧的技术担当,他带着积攒近40年的丰厚经验,任职三碳(安徽)科技研究院有限公司执行院长,开始了新领域、新工艺的探索,也同时担负起了为海螺水泥培养下一代技术股肱的重任。

他用贯穿水泥生产全流程的“硬核技术”,构建出一座座现代化、数字化、花园式的水泥工厂。

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知识,就是力量!

李乐意是长子,家中还有三位弟妹,在那个吃饱饭都成问题的年代,李乐意一边照顾弟弟妹妹,一边干农活,一边坚持读书。他一直坚信“知识改变命运”的真理,通过自身的坚忍和不懈努力,成为了那年整个公社唯一一个走出农村、接受高等教育的人。

1983年,系统学习了无机非金属材料知识的李乐意进入宁国水泥厂,开始了他坚持一生的水泥之旅。这样的开端,对作为“技术控”的李乐意而言可以说是相当幸运的。

就在他进入宁国水泥厂的前一年,我国“六五”重点建设项目——日产4000吨新型干法水泥熟料生产线正式开工。这条被誉为宁国厂“母亲窑”的生产线主机设备由日本三菱重工引进,作为技术员,李乐意刚刚入职就能接触当时国内最先进的水泥设备和工艺,他也没有辜负这份幸运。

通过不舍昼夜的摸索,李乐意逐步掌握了日方的生产工艺,但他并未就此止步,在熟练掌握工艺的基础上,又开始了探索与创新。这期间,生产线经常因为系统结皮造成预热器溜管堵料,生产线一停产,就要组织人员清理,生产过程不是很顺利。为彻底解决反复出现的问题,李乐意打印了分解炉温度曲线和系统负压曲线,在电脑还没有普及的年代,大数据的分析非常繁琐,工作量也比较大,但是他硬是靠着过人的毅力和扎实的理论基础,率先提出了窑尾温度、分解炉出口温度、预热器出口温度三温度场管控临界关系。在此基础上,他率先提出了水泥生产线温度联锁控制的理念,从硬件上规避了分解炉温度异常情况的发生。在水泥行业还处于湿法生产线为主力生产线的那个年代,李乐意提出的系统联锁的概念,是非常超前的。紧接着,他还提出将系统负压、喂料量、溜管温度、设备轴承温度等一系列运行安全、设备安全的参数建立联锁联系,逐步形成了具有海螺特色的联锁体系。这项先进的水泥窑系统联锁体系后来在行业内得到了推广,甚至现在广泛使用的DCS控制系统,都把系统联锁作为一个重要的工艺控制手段。

宁国水泥厂“六五”重点项目日产4000吨干法水泥熟料生产线控制系统

如今,宁国水泥厂中控室还保留着当年“母亲窑”的电控操作设备:电流、电压完全靠读仪表参数,设备开停完全靠手拨动开关。李乐意在这台设备上摸索了多年,积累了丰富的水泥工艺经验。

1996年,随着海螺集团的成立,李乐意一身的“硬核”本领也有了更大的展示平台。

2001年9月,李乐意带领团队仅用10个月的工期就在枞阳海螺建成自主设计、全流程设备国产化的2条日产2500吨生产线,实现当年开工、当年建成投产、当年达产达标,创造了世界同类窑型建设周期最短、投资最省、达产达标最快的纪录。

2003年,他首次提出了新线试生产“坚持运行、暴露问题、集中整改、循环提升”的十六字方针,并以此为依据成功编制完成了生产线的试生产方案,为海螺乃至水泥行业生产线试生产提供了一套系统的方案。

这一时期,李乐意开始逐渐形成一套完整的、先进的、具有超越性的水泥工艺理念,随着中国水泥工业的不断发展和智能化技术的不断进步,李乐意手中关于“智能工厂”的蓝图也愈发完善……

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用智能制造为水泥工业升级换代

海螺水泥连续四年位列《财富》世界500强,更是在2021年成本上升、需求减弱、供给冲击等复杂的行业环境下,实现营业收入1680亿元、利润总额441亿元,取得了“福布斯全球企业2000强”第374位的傲人成绩,排名位列水泥行业全球第一。

水泥业素有“世界水泥看中国,中国水泥看海螺”的美谈。这“看”,看的是营收,看的是质量,看的是发展模式,看的更是海螺超前的工艺理念和对技术的大胆探索。

可以说,作为海螺的第一代水泥工艺技术人员,李乐意为海螺的发展作出了巨大的贡献。敢闯敢试的海螺精神,在李乐意身上完美体现,集团每一个重大项目几乎都有他的身影,越是有挑战性、有开创性的任务,他越来劲儿。

2017年,海螺全流程智能工厂项目开始建设,李乐意作为总工带领团队集成水泥工业技术的深厚经验,通过搭建控制结构,把最优秀的专家操作思想集成到软件系统中,发挥程序精准监控作用,同时让系统具备了分析、判断能力。这期间,他勾画多年的蓝图被一笔一笔铸就成现实,他积攒了多年的技术底蕴也在这一项目中尽情释放。经过两年多时间的摸索和修正,逐步实现了水泥生产全流程的智能化,随着研究的不断深入、工艺的不断完善、系统的不断优化,终于——世界首条全流程水泥智能制造示范线在海螺诞生,也从此开启了中国水泥工业的全新时代。

全椒海螺智能工厂中控室仅需一人就能保障生产线稳定运行

2018年,安徽全椒海螺水泥公司建成全流程的水泥智能工厂,包含“三大平台”和“七大系统”,形成了“以智能生产为核心、以运行维护做保障、以智慧管理促经营”的水泥智能制造新模式,通过更少的资源消耗和环境代价,满足了社会经济建设的需求。其中,智能工厂平台是全流程生产协同平台,涵盖数字化矿山管理系统、专家自动化操作系统和智能质量控制系统,率先实现了水泥生产的“一键输入、全程智控”,改变了传统的生产模式。

“过去,谈到水泥工人,大家都知道是辛苦活,是脏活累活,我也是其中一员,吃过不少苦,”李乐意说道,“但现在不一样了,有了智能制造,人就可以从过去那些脏活累活中解放出来,有了技术,生产力也大大提升了。”

经测算,全椒海螺智能工厂投运后,2条生产线综合运转率达到94.26%,劳动生产率提升19.96%,每年带来的综合经济效益超过2000万元。“我们给各个流程编写系统,并将它们串联成网,从矿山到生产到包装再到财务……子系统和总系统互联互控,将提升生产力、解放劳动力落到了实处,我们做到了用智能制造为水泥工业'锦上添花’。”

有了先进的技术和稳定的系统,海螺生产线稳定性在行业内成为有口皆碑的楷模。李乐意率先提出了“稳产就是高产”的先进管理理念,强调水泥生产线运行的稳定对于产能发挥的重要作用,少故障、少停机次数是产能发挥、成本优势的重要体现。他牵头对生产线耐火材料配置进行了升级,对工艺操作进行了细化,再搭配上智能制造的“锦上添花”,达到的效果令人惊喜。李乐意骄傲地告诉笔者:“从2019年开始,我们一直在刷新水泥窑最长运行周期的纪录,截至目前,海螺集团累计有14条生产线连续运行365天,其中荻港1条生产线连续运行了439天,创造了整个行业的连续运行周期纪录。”

在“水泥工厂智能制造关键技术的研发与应用”课题中,李乐意作为骨干带领有关人员进一步优化专家系统控制策略,指导开发系统智能判断。这套系统推动了行业技术进步及转型升级,实现了装备智能化、生产管控智能化和商业智能化的深度融合,对我国水泥行业转型升级和高质量发展具有重要意义,也成为了海螺高质量发展的引擎。稳定的运行、超高的产品质量、不断提升的生产力,大获成功的“全椒海螺”模式正在快速地复制到水泥生产线上,海螺水泥也迎来了全新的智能制造时代。

海螺高温高尘SCR脱硝项目

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“我们正在努力地实现'六零’”

今年上半年,中国建筑材料联合会提出了“六零”示范工厂的概念和最新诠释,成为建材行业转型发展的重要目标导向。纵观中国水泥业,海螺无疑是走在行业前列的龙头企业,也是最有希望实现“六零”概念的水泥企业。

对此,李乐意客观地表示:“通过近年来的技术工艺改造、智能制造发展,离尽善尽美虽然还存在一定距离,但海螺已经基本在'六零’工厂零外购电、零污染物排、零员工这三个方面取得了阶段性的成果,而在零化石能源、零一次资源、零碳排放三方面,海螺下足了功夫,这也是我们正在全力攻关的方向。”

在零外购电方面,海螺通过余热发电、垃圾发电、光伏发电、风力发电等多措并举,因地制宜,因时制宜,基本实现了零外购电目标,“山东济宁海螺”成为全球第一个零外购电水泥工厂。由李乐意带头完成的“农林生物质替代水泥窑燃料关键技术研发与应用”项目,开发的技术成功应用于海螺水泥部分5000t/d熟料生产线,实现工业化生产,在燃料替代率上取得了重大突破,同时也为总量极大的农林生物质废弃物等提供了广阔的应用前景。

零废弃物排放方面,海螺集团实施了湿法脱硫、升级袋收尘、推广SCR脱硝技术等颗粒物、污染物排放控制技术,现在水泥生产线基本上实现了超低排放。同时,海螺集团还是行业内最早实施水泥窑协同处置工艺的水泥企业,2010年4月在铜陵海螺建成年处理量达20万吨的城市生活垃圾处理项目。这个与铜陵市政府合作建设的项目,也是国内第一个利用水泥窑协同处置城市生活垃圾系统。由李乐意担任组长的协同处置固危废开发小组,已经实现处理领域拓展和应用推广,联合海创公司建成的110多个协同处置项目,年可处理生活垃圾、固废危废、黑臭水体近3000万吨。

SCR脱硝技术最早应用电厂锅炉烟气处理,李乐意看准了SCR脱硝技术在脱硝效率和氨逃逸控制方面优势,苦于高温高尘的烟气环境限制了SCR脱硝技术在水泥工业的应用。“电厂可以用,水泥厂也一定可以。”李乐意心中憋着这股劲。2018年,他亲自带队拜访了国外知名企业,探索水泥窑系统的高温高尘SCR脱硝技术路径,经过近两年的深入探索,在SCR脱硝催化剂使用蜂窝状催化剂上取得成功,在催化剂清灰装置上开发出立体、大切入角的清灰形式,一举突破了水泥窑系统SCR脱硝技术应用的壁垒。2020年,国内首套国产化高温高尘SCR脱硝项目在海螺集团白马山水泥厂投入运行,不仅大大提升了水泥窑脱硝效率,比进口SCR系统,每套建设成本还降低数千万元。

关于零污染物排放,李乐意坦言:水泥工厂,目前废弃物正在趋零排放,同时还发挥着消纳其他工业废弃物的作用,这是水泥工业特点赋予环境的绿色回馈。当然,要做到完全“零排放”和全方位消纳工业固废还要“水泥人”进一步攻坚探索。

海螺集团积极拓展智能制造关键技术,成为全国第一个开发应用露天水泥矿山无人驾驶矿车技术的企业,走进海螺,走进空旷的厂区,也会深刻地感受到智能制造、现代工业对水泥行业的影响,“零员工”工厂,仿佛近在眼前。

随着海螺智能制造工作的不断推进,能源资源消耗也呈现大幅降低的趋势,建设数字化矿山管理系统、专家优化控制系统以及智能质量管理系统等智能生产平台,有效提升了能源资源的综合利用率,搭配低品位石灰石,实现零排废,节约标准煤耗2.24万吨。李乐意牵头完成的富氧燃烧技术与水泥窑炉煅烧工艺成功结合,保障了海螺水泥生产线的稳定运行,可在不停机的情况下实现切换,吨熟料综合电耗、标准煤耗等主要指标优化显著。目前富氧燃烧系统已经稳定运行将近两年时间。

李乐意在全椒海螺指导数字化智能矿山系统建设

“目前来看,想要实现零化石能源、零碳排放、零一次资源这几点,技术上存在一定难度,主要是成本较高,但这也不是不可能实现的任务。我们正联合研发氢燃烧等关键技术,就目前来看,使用天燃气等清洁能源成本偏高,无法投入大规模的使用,下一步要研究的就是如何降低成本,让其真正运用到生产中来。而寻找能够替代石灰石等一次资源的原料,也是一个大课题。”李乐意对笔者讲道,“节能减碳要做到'前后兼顾’,随着社会的发展,人类社会以后水泥用量可能会减少,未来水泥行业的发展在于精而不在于多,所以我们倡导减少生产,用更好、更优质的水泥去满足需求,从前端减产减排;而末端治理,则是要做碳捕集之类的尝试,我们也在做,这个过程大致是,将窑尾排放的气体收集起来,捕捉二氧化碳并将其纯化提炼,再将提炼后的高纯度二氧化碳转化为有用的物质,再用于生产线。虽然前期投入巨大,但这是海螺减碳方面的一大突破,也是水泥行业碳捕集技术应用'零’的突破。我们惊喜地发现,这可能会有更广阔的应用空间。海螺白马山水泥厂目前工业级二氧化碳产能可以达到5万吨/年,食品级二氧化碳可以达到3万吨/年。”

谈到这里,李乐意的语气里满是掩盖不住的兴奋。


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“三十九点五”

在接受笔者采访时,李乐意十分骄傲地说道:“我如今已经工作39.5年了!”如今的海螺集团,是当年那个刚刚步入宁国水泥厂、痴迷技术的李乐意难以想象的,但如今这一切也是他同数代海螺人一砖一瓦搭砌出来的。

担任总工这些年,李乐意从来都是一个敢想敢拼的“硬核技术控”,他也深知自己肩上的责任和必须承担的后果,但还是义无反顾地选择跟进国际先进技术,大胆引进一些在当时看来天马行空的工艺技术。幸运的是,在领导的全力支持下,李乐意同其他技术人员齐心协力,共同开垦出了海螺这片科技的沃土,无数个当时看来不可思议的新奇技术在海螺得到了全面吸收,并开花结果。到如今,海螺创造了全国乃至全球“九个第一”:全球第一个水泥窑尾烟气碳捕集纯化项目、全球第一个水泥全流程智能工厂、全球第一个水泥窑协同处置生活垃圾系统、全球第一个零外购电水泥工厂、全球第一个5G超级上行技术商业应用示范、全国第一个开发应用露天水泥矿山无人驾驶矿车、全国第一个开发应用水泥窑纯低温余热发电系统、全国第一个实施生物质替代燃料技术、全国第一个实施水泥高温高尘SCR脱硝技术

海螺露天水泥矿山无人驾驶项目

39.5年,李乐意和他的队友们,用硬核的技术、敏锐的视角和不断付出的汗水为如今庞大的水泥王国赋能,让海螺水泥生产线更强大、更成熟、更智慧、更绿色,也让海螺品牌更加响亮。

“现在,我又有了新的工作方向,就是去助推实现我们集团的碳达峰、碳中和目标。”李乐意说。4月,李乐意开始了全新的征程,担任三碳研究院执行院长,主持三碳研究院日常研发工作。李乐意成为了海螺集团开拓水泥行业碳达峰、碳中和的第一人。

三碳研究院是海螺集团的全资子公司,以“产业降碳、技术减碳、绿色低碳”为研究方向,以全博士学位组建了研发班底。李乐意在公司工作会议上玩笑似地讲道:“你们是大研究员,我是小院长,我为你们的青春和智慧提供开花结果的沃土。”

他是这样说的也是这样做的,三碳研究院成立初期,他带头研究学习国家政策,调研行业减碳降碳瓶颈,认真把握行业发展趋势,将三碳研究院的业务扩展为水泥工业减碳技术、碳捕集及资源化利用、碳科技成果转化与应用、知识产权与标准运营等四个方面,让研发方向细化落地。

“我将把工作重点放在完成'双碳’任务这件事上,这既是对国家、行业政策的积极响应,也是我个人挑战自我的一个全新课题。”如今,李乐意已近耳顺之年,回看过去这“39.5”个年头,海螺翻天覆地变化的是规模,是技术,是环境,是行业地位,不变的是一代代海螺人团结创新、敬业奋进的品格和文化。“我们海螺人,可能每个人都不是最优秀的,但我们成为一个团队时,就是所向披靡的。”李乐意如是说。

本刊记者 / 韩玥




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