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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

2022-09-01 07:51:08     
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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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