數(shù)字技術(shù)能為傳統(tǒng)高耗能行業(yè)帶來怎樣的改變？一張基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開出的數(shù)字化“藥方”，正助力廣西、山東、新疆等地重點企業(yè)實現(xiàn)電解鋁工藝管控的標(biāo)準(zhǔn)化智能化，可為企業(yè)帶來數(shù)千萬元年化節(jié)降效益。
近日召開的“2023·廣域銘島電解鋁高質(zhì)量發(fā)展論壇”上，廣域銘島解決方案專家分享了數(shù)字化節(jié)能降碳“術(shù)”，引發(fā)行業(yè)頂級專家學(xué)者及業(yè)界代表們的深入探討。
【以數(shù)字化方式實現(xiàn)電解槽工藝自優(yōu)化】
鋁是金屬里面僅次于鋼鐵的重要戰(zhàn)略資源，是發(fā)展航空航天、新能源汽車、動力電池、電子信息制造等新興產(chǎn)業(yè)的重要支撐。
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國電解鋁行業(yè)噸鋁綜合電耗在13300多千瓦時，運行產(chǎn)能穩(wěn)定在4000多萬噸，是工業(yè)領(lǐng)域絕對的耗電大戶，也是國家“雙碳”目標(biāo)下節(jié)能治理的重要環(huán)節(jié)。
在節(jié)能降碳上，行業(yè)中有不同的探索路徑，包括低碳冶煉技術(shù)、清潔能源電解、節(jié)能槽設(shè)計等，其中電解槽工藝數(shù)字化管控是有效且必要的手段。
“電解槽電解過程用電占噸鋁電耗的90%，但傳統(tǒng)企業(yè)在電解槽工藝管控上，難以擺脫依賴個人經(jīng)驗的泥潭，使得工藝標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、執(zhí)行不到位，易出現(xiàn)槽況不穩(wěn)而導(dǎo)致電耗增加。通過數(shù)字化管控可以有效解決這些問題。”
廣西百礦集團工藝研究專家易勇廳介紹，百礦集團與廣域銘島共同探索數(shù)字化節(jié)能降碳，基于Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，搭建了電解鋁智能分析平臺，集成電解槽槽控數(shù)據(jù)、質(zhì)量化驗數(shù)據(jù)、溫度等測量數(shù)據(jù)等多環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，以槽狀態(tài)、工藝參數(shù)和槽分類三大標(biāo)準(zhǔn)對電解槽做綜合判斷，并給出操作建議，有效解決了“有監(jiān)控沒結(jié)論、人工判斷隨意性大”等問題。
▲百礦集團德保基地
不僅如此，通過數(shù)字化方式還可以實現(xiàn)電解槽工藝的自優(yōu)化。廣域銘島節(jié)能降碳解決方案專家黃勇彪介紹，數(shù)字化的工藝管控除了要標(biāo)準(zhǔn)化，更要智能化。“在工藝知識、經(jīng)驗數(shù)字化封裝的基礎(chǔ)上，運用機器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計學(xué)的理論和方法，可以持續(xù)挖掘潛在優(yōu)化空間，并通過數(shù)字化閉環(huán)管控進行固化、沉淀，完成滾動尋優(yōu)。”
在百礦德保基地，上述數(shù)字化智能化的工藝管控，落地實施不到一年即獲得超2500萬節(jié)降效益，實現(xiàn)“一個平臺，兩大改變，三大提升”——即建立一個具有電解鋁行業(yè)特色的大數(shù)據(jù)智能分析平臺，改變工藝決策思路和知識傳遞沉淀，提升管理水平、決策效率和經(jīng)濟效益。
【通過爐膛仿真輔助工藝提升】
“工藝管控的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，本質(zhì)是基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)沉淀和專家經(jīng)驗，以數(shù)字化方式來做固化和提升。但我們還可以做‘增項’，實現(xiàn)更深度數(shù)字賦能。”廣域銘島基于Geega（際嘉）平臺的數(shù)據(jù)采集和解析能力，開發(fā)電解槽爐膛仿真系統(tǒng)，通過槽況監(jiān)測和分析指導(dǎo)電解槽工藝管控。
爐膛是電解槽啟動初期在內(nèi)部四周生成的一層固體結(jié)殼。規(guī)整的爐膛可起到保溫作用，降低電解槽熱損，減少能量輸出，同時也能保護電解槽側(cè)部不被熔融電解質(zhì)腐蝕，增加槽壽命。因此，對爐膛進行動態(tài)監(jiān)控，能給工藝管控和電解槽管理提供有效決策指導(dǎo)。
“實現(xiàn)爐膛的動態(tài)在線監(jiān)測很難，因為電解槽內(nèi)部900多度高溫和強磁場，有很多無法直接用數(shù)學(xué)模型表達和量化的非物理量，比如內(nèi)部的熱對流、熱輻射方式和比例等。”廣域銘島電解鋁專家赫耕介紹，由廣域銘島自主打造爐膛仿真系統(tǒng)，基于三鋼溫度、電解槽實時運行數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)，運用算法、大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)，可以得到電解槽內(nèi)部爐膛變化趨勢，實現(xiàn)高時效性的爐膛仿真，為電解槽的長期高效穩(wěn)定運行提供數(shù)據(jù)支撐，保證產(chǎn)量與質(zhì)量、減少熱損失、節(jié)約電耗、延長槽齡。
目前，爐膛仿真系統(tǒng)應(yīng)用在部分電解鋁廠，已取得了良好成效，正在更多生產(chǎn)基地進行應(yīng)用和推廣。
▲百礦集團德保基地數(shù)字孿生工廠
同時，孿生輔助決策的方式，也從設(shè)備層擴大到產(chǎn)線、車間、整廠及集團。在百礦集團，廣域銘島助力企業(yè)構(gòu)建了數(shù)字孿生鋁廠和電廠，實現(xiàn)了數(shù)字世界對物理世界的實時還原和反向指導(dǎo)。“在電解鋁、鋼鐵、焦化、磷化工等高耗能行業(yè)，孿生、運籌優(yōu)化、AI算法、機器學(xué)習(xí)等數(shù)字技術(shù)還將有廣闊的應(yīng)用空間。”
從能源密集型向環(huán)保型轉(zhuǎn)變，從低效生產(chǎn)到高效生產(chǎn)，電解鋁行業(yè)正經(jīng)歷著蛻變。廣域銘島將攜手更多的“創(chuàng)變者”和“攀登者”，持續(xù)為行業(yè)數(shù)字化發(fā)展貢獻更高價值的解決方案，同時基于高耗能行業(yè)共性特點，加速數(shù)字技術(shù)賦能，推動高耗能行業(yè)實現(xiàn)綠色低碳的進化。
近日召開的“2023·廣域銘島電解鋁高質(zhì)量發(fā)展論壇”上，廣域銘島解決方案專家分享了數(shù)字化節(jié)能降碳“術(shù)”，引發(fā)行業(yè)頂級專家學(xué)者及業(yè)界代表們的深入探討。
【以數(shù)字化方式實現(xiàn)電解槽工藝自優(yōu)化】
鋁是金屬里面僅次于鋼鐵的重要戰(zhàn)略資源，是發(fā)展航空航天、新能源汽車、動力電池、電子信息制造等新興產(chǎn)業(yè)的重要支撐。
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國電解鋁行業(yè)噸鋁綜合電耗在13300多千瓦時，運行產(chǎn)能穩(wěn)定在4000多萬噸，是工業(yè)領(lǐng)域絕對的耗電大戶，也是國家“雙碳”目標(biāo)下節(jié)能治理的重要環(huán)節(jié)。
在節(jié)能降碳上，行業(yè)中有不同的探索路徑，包括低碳冶煉技術(shù)、清潔能源電解、節(jié)能槽設(shè)計等，其中電解槽工藝數(shù)字化管控是有效且必要的手段。
“電解槽電解過程用電占噸鋁電耗的90%，但傳統(tǒng)企業(yè)在電解槽工藝管控上，難以擺脫依賴個人經(jīng)驗的泥潭，使得工藝標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、執(zhí)行不到位，易出現(xiàn)槽況不穩(wěn)而導(dǎo)致電耗增加。通過數(shù)字化管控可以有效解決這些問題。”
廣西百礦集團工藝研究專家易勇廳介紹，百礦集團與廣域銘島共同探索數(shù)字化節(jié)能降碳，基于Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，搭建了電解鋁智能分析平臺，集成電解槽槽控數(shù)據(jù)、質(zhì)量化驗數(shù)據(jù)、溫度等測量數(shù)據(jù)等多環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，以槽狀態(tài)、工藝參數(shù)和槽分類三大標(biāo)準(zhǔn)對電解槽做綜合判斷，并給出操作建議，有效解決了“有監(jiān)控沒結(jié)論、人工判斷隨意性大”等問題。
▲百礦集團德保基地
不僅如此，通過數(shù)字化方式還可以實現(xiàn)電解槽工藝的自優(yōu)化。廣域銘島節(jié)能降碳解決方案專家黃勇彪介紹，數(shù)字化的工藝管控除了要標(biāo)準(zhǔn)化，更要智能化。“在工藝知識、經(jīng)驗數(shù)字化封裝的基礎(chǔ)上，運用機器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計學(xué)的理論和方法，可以持續(xù)挖掘潛在優(yōu)化空間，并通過數(shù)字化閉環(huán)管控進行固化、沉淀，完成滾動尋優(yōu)。”
在百礦德保基地，上述數(shù)字化智能化的工藝管控，落地實施不到一年即獲得超2500萬節(jié)降效益，實現(xiàn)“一個平臺，兩大改變，三大提升”——即建立一個具有電解鋁行業(yè)特色的大數(shù)據(jù)智能分析平臺，改變工藝決策思路和知識傳遞沉淀，提升管理水平、決策效率和經(jīng)濟效益。
【通過爐膛仿真輔助工藝提升】
“工藝管控的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，本質(zhì)是基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)沉淀和專家經(jīng)驗，以數(shù)字化方式來做固化和提升。但我們還可以做‘增項’，實現(xiàn)更深度數(shù)字賦能。”廣域銘島基于Geega（際嘉）平臺的數(shù)據(jù)采集和解析能力，開發(fā)電解槽爐膛仿真系統(tǒng)，通過槽況監(jiān)測和分析指導(dǎo)電解槽工藝管控。
爐膛是電解槽啟動初期在內(nèi)部四周生成的一層固體結(jié)殼。規(guī)整的爐膛可起到保溫作用，降低電解槽熱損，減少能量輸出，同時也能保護電解槽側(cè)部不被熔融電解質(zhì)腐蝕，增加槽壽命。因此，對爐膛進行動態(tài)監(jiān)控，能給工藝管控和電解槽管理提供有效決策指導(dǎo)。
“實現(xiàn)爐膛的動態(tài)在線監(jiān)測很難，因為電解槽內(nèi)部900多度高溫和強磁場，有很多無法直接用數(shù)學(xué)模型表達和量化的非物理量，比如內(nèi)部的熱對流、熱輻射方式和比例等。”廣域銘島電解鋁專家赫耕介紹，由廣域銘島自主打造爐膛仿真系統(tǒng)，基于三鋼溫度、電解槽實時運行數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)，運用算法、大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)，可以得到電解槽內(nèi)部爐膛變化趨勢，實現(xiàn)高時效性的爐膛仿真，為電解槽的長期高效穩(wěn)定運行提供數(shù)據(jù)支撐，保證產(chǎn)量與質(zhì)量、減少熱損失、節(jié)約電耗、延長槽齡。
目前，爐膛仿真系統(tǒng)應(yīng)用在部分電解鋁廠，已取得了良好成效，正在更多生產(chǎn)基地進行應(yīng)用和推廣。
▲百礦集團德保基地數(shù)字孿生工廠
同時，孿生輔助決策的方式，也從設(shè)備層擴大到產(chǎn)線、車間、整廠及集團。在百礦集團，廣域銘島助力企業(yè)構(gòu)建了數(shù)字孿生鋁廠和電廠，實現(xiàn)了數(shù)字世界對物理世界的實時還原和反向指導(dǎo)。“在電解鋁、鋼鐵、焦化、磷化工等高耗能行業(yè)，孿生、運籌優(yōu)化、AI算法、機器學(xué)習(xí)等數(shù)字技術(shù)還將有廣闊的應(yīng)用空間。”
從能源密集型向環(huán)保型轉(zhuǎn)變，從低效生產(chǎn)到高效生產(chǎn)，電解鋁行業(yè)正經(jīng)歷著蛻變。廣域銘島將攜手更多的“創(chuàng)變者”和“攀登者”，持續(xù)為行業(yè)數(shù)字化發(fā)展貢獻更高價值的解決方案，同時基于高耗能行業(yè)共性特點，加速數(shù)字技術(shù)賦能，推動高耗能行業(yè)實現(xiàn)綠色低碳的進化。