智能自动化促进工业节能、降耗、减排
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作者孙优贤，吴澄，王天然编著
出版社科学出版社
ISBN9787030420220
出版时间2014-06
装帧平装
开本16开
定价180元
货号8522784
上书时间2024-08-31
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目录
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“信息化与工业化两化融合研究与应用”丛书序
引言
第一篇工业化、智能自动化与节能、降耗、减排
第1章人类社会文明的发展进程与工业化、智能自动化3
1.1原始化与原始文明3
1.2农业化与农业文明4
1.3工业化与工业文明5
1.4信息化与生态文明7
1.4.1信息化发展和未来经济模式的几种提法7
1.4.2信息化核心技术发展的新趋势9
1.4.3可能引发的经济和社会的重大变革19
第2章工业化进程中孕育和促进智能自动化的发展22
2.1智能自动化是自动化发展的高级层次22
2.2国内外智能自动化技术的发展历程23
2.2.1离散工业智能自动化的发展23
2.2.2流程工业智能自动化的发展35
2.3智能自动化在工业化进程中的重大作用39
第3章工业化的高度发展引发能源、资源、环境的严重问题及对策41
3.1当前资源、环境因素与经济社会发展面临的严重问题41
3.1.1工业化的高度发展引发的严重问题41
3.1.2以传统增长模式为核心的经济发展体系的生态缺陷41
3.2我国资源、环境与经济社会发展关系走过的历程42
3.3人类经济社会与自然生态环境系统的和谐相容、统一共处43
3.4我国能源、资源、环境因素与低碳经济发展的关联与比较44
3.4.1经济与社会发展水平比较44
3.4.2能源结构与能源经济效率比较45
3.5改善能源、资源、环境严重问题的对策——建设生态文明46
3.5.1建设生态文明46
3.5.2大力发展循环经济和清洁生产47
3.5.3对工业产品进行全生命周期分析和管理50
3.5.4建立生态工业园区，实现产业间生态链接51
3.5.5大力发展智能自动化技术，推进工业过程节能降耗减排53
第4章我国工业节能降耗减排的现状、迫切需求和严峻形势55
4.1我国工业节能降耗减排的现状55
4.1.1我国能源总量55
4.1.2我国是世界上第一大能源生产和消费国55
4.1.3我国能源利用效率较低56
4.1.4我国的能源结构分布57
4.1.5我国工业节能降耗减排的发展现状59
4.2“十一五”以来我国节能减排的回顾65
4.2.1节能减排取得显著成效65
4.2.2淘汰落后产能成效显著66
4.2.3十大重点节能工程取得积极进展67
4.2.4节能服务产业快速发展68
4.2.5“节能产品惠民工程”取得明显成效68
4.3“十二五”期间我国节能、降耗、减排的严峻形势和迫切需求69
4.3.1节能、降耗、减排的主要目标与基本思路69
4.3.2我国节能、降耗、减排的严峻形势70
4.3.3节能、降耗、减排的压力及难度71
第5章智能自动化与工业节能、降耗、减排72
5.1智能自动化技术在工业企业的节能、降耗、减排中的重要作用72
5.2促进节能、降耗和减排的智能自动化关键共性技术76
5.2.1先进检测技术与装置76
5.2.2专用控制装置76
5.2.3先进控制与优化技术76
5.2.4生产执行系统78
5.2.5全流程能量管理系统78
5.3智能自动化促进工业节能、降耗、减排的一些解决方案78
5.3.1流程工业的智能自动化与节能、降耗、减排78
5.3.2智能自动化促进石化行业节能、降耗、减排的解决方案81
5.3.3智能自动化促进化工行业节能、降耗、减排的解决方案84
5.3.4智能自动化促进钢铁行业节能、降耗、减排的解决方案87
5.3.5智能自动化促进有色金属行业节能、降耗、减排的解决方案94
5.3.6智能自动化促进建材行业节能、降耗、减排的解决方案101
5.3.7智能自动化促进火电行业节能、降耗、减排的解决方案105
5.3.8智能自动化促进生物制药行业节能、降耗、减排的解决方案107
5.3.9智能自动化促进印染行业节能、降耗、减排的解决方案112
5.3.10智能自动化促进造纸行业节能、降耗、减排的解决方案119
参考文献127
第二篇重点行业节能、降耗、减排的工业自动化关键应用技术
第1章智能自动化促进石化行业节能、降耗、减排131
1.1石化行业节能、降耗、减排的发展现状131
1.1.1炼油行业节能、降耗、减排现状分析134
1.1.2乙烯行业节能、降耗、减排现状分析140
1.1.3芳烃行业节能、降耗、减排现状分析145
1.1.4PTA行业节能、降耗、减排现状分析147
1.2国内石化行业自动化技术应用情况150
1.2.1先进控制150
1.2.2运行优化151
1.2.3调度与决策151
1.2.4信息集成152
1.3智能自动化技术在石化行业的应用案例152
1.3.1炼油行业先进控制与运行优化技术152
1.3.2芳烃行业流程模拟与运行优化技术160
1.3.3乙烯行业先进控制与运行优化技术165
1.3.4PTA行业流程模拟与优化控制技术177
1.4石化行业智能自动化技术发展瓶颈187
1.5石化行业智能自动化前沿技术188
参考文献189
第2章智能自动化促进化工行业节能、降耗、减排192
2.1引言192
2.2化工行业节能、降耗、减排的发展现状193
2.2.1煤化工行业节能、降耗、减排现状分析193
2.2.2合成氨行业节能、降耗、减排现状分析195
2.2.3尿素行业节能、降耗、减排现状分析197
2.2.4制碱行业节能、降耗、减排现状分析199
2.2.5氯乙烯行业节能、降耗、减排现状分析203
2.3国内化工行业自动化技术的应用情况209
2.3.1仪表检测与DCS应用209
2.3.2过程建模214
2.3.3先进控制216
2.3.4运行优化218
2.3.5智能控制219
2.3.6信息集成220
2.4智能自动化技术在化工行业的典型应用案例220
2.4.1煤化工行业应用案例220
2.4.2合成氨行业应用案例226
2.4.3国产自动化成套控制系统在大型尿素装置中的应用案例231
2.4.4先进控制技术提升制碱行业水平的应用案例237
2.4.5模拟与优化控制技术在氯乙烯行业中的应用案例239
2.5化工行业节能降耗减排的瓶颈问题及其智能自动化前沿技术244
2.5.1煤化工行业瓶颈问题与前沿技术244
2.5.2合成氨行业瓶颈问题与前沿技术245
2.5.3尿素行业瓶颈问题与前沿技术246
2.5.4制碱行业瓶颈问题与前沿技术246
2.5.5氯乙烯行业瓶颈问题与前沿技术247
参考文献248
第3章智能自动化促进钢铁行业节能、降耗、减排251
3.1钢铁行业节能、降耗、减排的重要性251
3.1.1钢铁行业面临的挑战251
3.1.2解决节能、降耗、减排问题的迫切性253
3.1.3国内外同类装置物耗、能耗、排放水平的比较253
3.2智能自动化与钢铁行业物耗、能耗、排放256
3.3钢铁行业自动化技术应用现状257
3.3.1过程控制和优化257
3.3.2生产管理控制260
3.3.3企业级信息化261
3.4智能自动化技术促进节能、降耗、减排的成功案例261
3.4.1大型焦炉炼焦生产过程智能优化控制系统261
3.4.2550m2烧结机智能闭环控制系统270
3.4.3操作平台型高炉专家系统283
3.4.4高炉煤气余压能源回收装置优化控制系统295
3.4.5冶金电炉智能控制系统299
3.4.6连续铸钢过程模型和优化控制系统304
3.4.71880mm热轧关键工艺控制及模型技术311
3.4.8冷轧板形多目标协调优化控制系统326
3.5钢铁行业智能自动化技术需求与前沿技术分析333
3.5.1技术需求333
3.5.2前沿技术分析334
参考文献335
第4章智能自动化促进有色金属行业节能、降耗、减排340
4.1有色金属行业节能、降耗、减排的重要性340
4.1.1我国有色金属工业的战略地位及发展趋势340
4.1.2我国有色金属工业发展受到的严重制约341
4.1.3我国有色金属工业发展的转折点和分水岭342
4.1.4有色金属行业的可持续发展对工业自动化提出的新要求343
4.2有色冶金过程高能耗、高污染和高排放的原因分析343
4.3国内外技术现状345
4.3.1过程建模技术345
4.3.2在线检测技术346
4.3.3过程优化控制技术347
4.3.4铜材和铝材的加工自动化技术348
4.4智能自动化促进有色冶金节能、降耗、减排案例分析356
4.4.1选矿自动化356
4.4.2铅锌冶炼生产过程智能优化控制366
4.4.3铜冶炼生产全流程综合自动化关键技术及应用378
4.4.4镍冶炼过程自动化395
4.4.5氧化铝生产过程优化控制400
4.4.6铝电解低电压高效节能控制技术423
4.4.7大型高强度铝合金构件制备重大装备智能控制技术430
4.4.8氧化镁生产智能自动化442
4.4.9稀土萃取分离过程自动化449
4.5前沿技术和展望455
4.5.1恶劣环境下的工艺指标在线分析与检测技术455
4.5.2现代有色冶金体系反应器建模与全信息流程模拟技术456
4.5.3现代有色冶金绿色生产的综合优化控制技术457
4.5.4有色冶金过程污染物防治的自动化关键技术458
参考文献458
第5章智能自动化促进建材行业节能、降耗、减排465
5.1建材行业近年来取得的成就465
5.2建材行业节能降耗减排的迫切性及面临的挑战467
5.2.1建材行业节能降耗减排的迫切性467
5.2.2建材行业节能降耗减排面临的挑战470
5.3智能自动化技术在建材行业节能降耗减排中的应用概述472
5.3.1智能自动化技术在水泥行业中的应用概况473
5.3.2智能自动化技术在平板玻璃行业中的应用概况478
5.3.3智能自动化技术在建筑卫生陶瓷行业中的应用概况481
5.4智能自动化技术在建材行业的应用案例481
5.4.1智能自动化技术在水泥行业中的应用案例481
5.4.2智能自动化技术在平板玻璃生产过程中的应用案例499
5.4.3智能自动化技术在陶瓷行业中的应用案例509
5.5智能自动化技术在我国建材行业应用推广面临的瓶颈和解决
对策512
5.6面向建材行业节能降耗减排的智能自动化技术未来发展趋势515
5.6.1面向建材行业极端生产环境下新型检测技术和装置515
5.6.2面向建材生产全流程的智能控制与操作优化技术和系统515
5.6.3面向建材生产全流程的智能综合模拟技术516
参考文献516
第6章智能自动化促进火电行业节能、降耗、减排519
6.1引言519
6.2我国发电工业节能降耗减排的发展现状523
6.2.1电力工业发展回顾和节能减排情况分析524
6.2.2火电行业的能耗和污染排放统计与分析529
6.2.3火电行业节能降耗减排的潜力分析与措施535
6.3火电行业自动化技术的发展及其现状545
6.3.1火电行业自动化系统的概述和组成545
6.3.2火电行业的DCS应用情况546
6.3.3常规控制调节系统运行现状分析553
6.3.4国内外控制系统节能降耗优化应用现状分析560
6.4节能、减排与降耗智能自动化技术的典型案例分析575
6.4.1先进控制在中石化上海石化热电部的应用575
6.4.2优化控制技术在神华国华电力的应用584
6.5智能自动化技术促进火电行业节能、降耗、减排的前沿技术594
6.5.1过程参数在线测量与检测新技术594
6.5.2超超临界机组的高端控制601
6.5.3适合我国燃煤发电的高效低排放优化控制技术606
6.5.4电网和电厂的协调节能优化613
6.5.5提高机组运行可靠性的程控与诊断技术615
参考文献616
索引620
内容摘要
第一篇工业化、智能自动化与节能、降耗、减排
第1章人类社会文明的发展进程与工业化、智能自动化
本章结合人类社会文明和工业化的发展历程，提出为什么要节能、降耗、减排及当前存在的问题，总结成功的经验和失败的教训，并进一步阐述智能自动化促进和推动节能、降耗、减排的技术和重大意义。人类文明发展的历程可以用“四化”即原始化、农业化、工业化、信息化来概括，文明的进程也可表述为原始文明、农业文明、工业文明和生态文明。
1.1原始化与原始文明原始社会是人类社会发展的第一阶段。
原始社会以亲族关系为基础，以母系社会为前提，人口很少，经济生活采取平均主义分配办法。对社会的控制则靠传统和家长来维系，而无政府权力。在典型的原始社会里，没有专职的领袖。年龄与性别相同的人具有同等社会地位。如有争执就按照传统准则进行调停，人们普遍遵守这些准则。世界各地都有原始社会，形式多样。有些以狩猎和采集经济为主，有些则以渔业为主，或者以简单的自然农业为主，部落组织是某些原始社会的特征。
在采集狩猎时代，依靠大自然的施舍，以捕捉小动物、采集食物为主，人们90%的生活必备品是来源于采摘和狩猎者，那时人类还没有学会驯化动物。所以，采集狩猎时期社会的能源主要是人力，同时以计数系统来管理那些采集狩猎到的物品。原始社会分为几个阶段。
1）旧石器时代旧石器时代大约为距今250万～1万年。旧石器时代的人类经济活动，主要是通过采摘果实、狩猎或捕捞获取食物。当时人们群居在山洞里或部分地群居在树上，以一些植物的果实、坚果和根茎为食物，同时集体捕猎野兽、捕捞河湖中的鱼蚌来维持生活。
2）中石器时代中石器时代为距今1.5万～8000年，是以片石器和细石器为工具。中石器时代是旧石器时代和新石器时代之间的人类物质文化发展的过渡性阶段，是直接取之于自然界的攫取性经济高涨，并孕育向生产性经济转化的时期。这一时期细石器被大量使用。广泛使用弓箭，在一些地方还发现了独木舟和木桨。
3）新石器时代新石器时代始于距今约8000年前，是以凿磨后制成的石器为主要工具，如石斧、石凿和石铲等，是人类原始（母系）氏族的繁荣时期。除个人常用的工具外，所有的财产归集体公有。有威望的年长妇女担任首领，氏族的最高权力机关是氏族议事会，参加者是全体的成年男女，享有平等的表决权。每个氏族都有自己的名称、共同信仰和领地。当氏族内部的成员受到外人伤害，全族会为他复仇。在新石器时代，产生了农业和畜牧业，磨光石器流行，并发明了陶器。
总之，原始社会的人类生产力水平很低，生产资料都是公有制的。随着生产力水平的提高，出现产品的剩余之后，就出现了贫富分化和私有制，原先的共同分配和共同劳动的关系被破坏，而被剥削与被剥削的关系所代替。
原始时代人类是靠“采集食物、捕猎动物”为生，其特点是技术落后、消费低但与自然和谐共处。
1.2农业化与农业文明
从旧石器的原始时代到随后的农业革命是一个漫长的历史过程（公元前8000年至前1500年），人类由靠“采集食物、捕猎动物”为生走向以“栽培植物、畜养动物”为生，人类文明开始了“农业化”（农业文明）的进程。随着科学技术的进步，农业化被注入了新的内涵，农业化的水平也不断提高。图1-1为古埃及耕牛图。
图1-1耕牛图——古埃及（约公元前1200年）
农业文明是建立在农业经济基础之上、以农业发展为特征的人类社会进步形态。农业文明这种社会历史形态大约于公元前8000年左右在亚洲西部开始出现；公元前3000年左右，欧洲开始进入这种文明时期。获得的物品绝大部分用于满足自给自足，少量用于交换。土地是农业文明时期生产的主要对象，因此它成为农业文明中经济、文化和政治制度赖以存在的基础。
农业文明是以农业经济为主体的文明形态，当人们进行耕垦、饲养、栽培之后，才开始有了农业文化。当农业生产发展到一定的规模，农业技术形成一定的体系，生产经验积累到一定的程度并开始上升到理性的认识，才能称之为农业文明。
1.3工业化与工业文明
工业化是以科技为动力，以工业为中心，以机器生产为主要标志，并由此引起经济制度、政治制度、生活方式乃至思维方式全方位的深刻社会变革的过程。人类文明史上，工业化是人类社会由传统农业社会向现代工业社会转变的必经阶段。工业化过程的推移是近五百年社会历史活动的主流和中轴线。近现代史是在以工业物质生产活动为基础的场景上，构建和展现近现代政治、经济、文化的成败和兴衰的历史。
工业化的进程经历了几次工业革命（industryrevolution）或称产业革命。
1）“第一次工业革命”“第一次工业革命”是以蒸汽机和纺纱机为代表的机械技术带动，工厂机器生产取代了作坊手工制作。
第一次工业革命在1775～1800年始于英国，它是经济发展过程的一部分。大约18世纪中叶，先有珍妮纺纱机（图1-2），再有瓦特蒸汽机的发明，后来是各地工厂开始兴起，远洋航路的推动。正是英国人的这一工业化或产业革命，揭开了世界工业化潮流的序幕。
图1-2德国伍珀塔尔博物馆的珍妮纺纱机模型
首先纺织业迈向了机械化，诸如之前都是由手工业者在自己家里完成的清洗羊毛、纺纱成线以及轧机织布等工序，将集中到一处完成，就形成了纺织厂。再加上纺织织布新方法的产生和不断增加的专业化，使生产率迅速提高，并促使其他手工业也效仿起来，集中在一个地方完成所有工序。工厂就这么产生的。接着是炼铁方法的创新和蒸汽机的发明，连续的创新导致了冶金以及铁路、轮船和其他运输工具的产生。这些生产扩大了贸易，推广了工业化。先是传到主要的欧洲国家，随后传到美国和日本。
工业革命的结果使人类由自给自足的小农经济走向以“货物和服务的商业性生产”为中心的工业经济，开始了人类文明史上的第一次工业革命，人类文明从而开始了“工业化”（工业文明）的进程。
2）“第二次工业革命”
“第二次工业革命”是在20世纪初期，以福特等大规模生产线为代表的电气技术带动，开创了规模化生产的时代。
第二次工业革命是在1870年和1913年之间开始的。在这个时期里，技术进步逐渐依靠科学发展。当时在美国的底特律，福特汽车生产改变了生产工序，创建了流水作业的生产线（图1-3）。这与过去在工厂中分批作业的模式不同，流水作业将每个岗位的任务重复化和简单化，也使工人易于培训。创建了大规模生产所需要的工业生产原则，就是把工人简单、重复的动作进行量化分析，总结出最优化的规范，仿佛是给人的动作进行编程，因此人也变成了机器。这种变革将人类带入了大规模生产的新时代。前两次工业革命不仅使人们变得更加富裕，而且推动了城市化进程。
图1-3全世界第一条汽车装配流水线——福特T型车（1913年）
在第二次世界大战以后，开始了一个生产和贸易空前发展的时期。战后制造业的增长借助了对战前发明的广泛使用，像装配线生产、电力、汽车和耐久消费品等，还出现了一些崭新的技术：合成材料、石化产品、核能、喷气飞机、电信设备、微电子产品、机器人。第二次工业革命不仅导致了第二产业的产业化，也有力地促进了第一产业的农、林、牧、副、渔业等的产业化。工业革命还推动了第三产业的产业化，如金融业、保险业、运输业、教育业、零售业、饮食业等都向着产业化的方向发展。在工业化的进程中，人类不断地发明和引进先进的科学和技术，提高了劳动生产率，并使工业化的内涵也不断地发生变化。
工业化经历了机械化、电气化、自动化等不同的阶段，从而使工业化的水平不断提高。工业化与工业文明的特点是高效率、高投入、高产出、高能耗和高污染。整个20世纪，人类消耗了约1420亿吨石油、2650亿吨煤、380亿吨铁、7.6亿吨铝、4.8亿吨铜。占世界人口15%的工业发达国家，消费了世界56%的石油、60%以上的天然气和50%以上的矿产资源。
1.4信息化与生态文明
三百年的工业文明以人类征服自然为主要特征。世界工业化的发展使征服自然的文化达到极致；一系列全球性生态危机说明地球再没能力支持工业文明的继续发展，需要开创一个新的文明形态来延续人类的生存，这就是生态文明，是“绿色文明”，是工业文明发展的必然结果与最高境界。
从人类文明发展的历程来看，农业化、工业化、信息化不是相互排斥，而是一个渐进的、发展的，由表及里、由浅入深的过程；促进它们的相互融合，就是人类文明发展的永恒的主题。
随着信息化包括数字化、网络化、智能化的迅速发展，当今世界正兴起一场现代科技革命或称新的工业革命。它必将促进生态文明，人类文明由此开始了以计算机为工具，以数字化为基础，以自动化、网络化、信息化、智能化为技术，以低消耗、低污染、整体协调、循环再生、健康持续发展为目标和内容的“信息化与生态文明”的进程。
1.4.1信息化发展和未来经济模式的几种提法
1946年第一台电子数字计算机的发明开始了当代的数字化革命的进程，特别是1971年第一个微处理芯片的发明和20世纪90年代互联网的普及应用，强化和加速了这场信息革命，就本质而言，它是一场关于人类信息和知识的生产和传播的革命。
信息化包括数字化、网络化、智能化。信息化的进展和各种新技术、新能源的出现，将对世界工业结构和发展趋势产生巨大的影响，最近世界各国对这种现代科技革命或称工业革命提出各种提法和观点。
2011年9月，由PalgraveMacmillan出版社在美国正式出版发行华盛顿特区经济趋势基金会主席杰里米 里夫金（JeremyRifkin）的《第三次工业革命》一书［5］，从能源使用方式发生变化和管理这些能源系统的新信息手段出现这一角度，提出第三次工业革命的标志是互联网和可再生能源的结合将形成新能源互联网。另外，2012年4月21日，英国《经济学人》杂志（TheEconomist）以封面文章的形式发表保罗
精彩内容
本书是由中国工程院重点咨询项目“智能自动化促进工业节能、降耗、减排”成果整理而成。本书运用优选控制理论与方法，以及优选控制与系统优化技术，实现化工工业、石化工业、发电工业、钢铁工业、有色工业、建材工业等六大高能耗、高污染领域的节能降耗减排，取得重大经济和社会效益。本书分为两篇：靠前篇是工业化、智能自动化与节能、降耗、减排；第二篇介绍六大重点行业节能、降耗、减排的工业自动化关键应用技术。
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