当前水泥工业若干误区及其探讨(一)——论生料料耗计算方法及其生产应用

0　引言

生料料耗是水泥厂及日常生产管理重要参数之一，目前大中型企业及新型干法水泥占98％，其各类单耗、成本、消耗量、产量等统计指标是通过人工用尺盘库和料耗等换算、验算修正得岀。“智能制造与工业4.0”是当下谈论的热点，业内外人土也许对现代水泥工业仍沿用如此原始的生产财务统计方法感到意外与好奇。笔者赴企业考察检查工作中，多次发现部分大型企业技术人员现场所计算的理论料耗值大于该厂实际料耗。某大型国企负责人离任审计，在其任职三年多时间内熟料竟盘亏10多万吨，价值2 400多万元，直接原因是料耗及物料水分造成的。甚至GB/T 27978—2011等重要标准其料耗计算式错误地采用100/（100-L生料），还有如DB52/T423等地方标准将料耗系数固定为1.6等值。不少企业通过频繁调整料耗值，以解决亏库、盈库等问题，取得物料平衡，甚至出现水泥产量等于或小于熟料加石膏、混合材消耗量（不扣水分）等乱象。普遍存在种种乱象和对企业管理所造成的不利影响，显然被业内所忽视。谢克平[1-2]有关料耗计算方法及过程的某些论述不严谨或有误。本文针对水泥企业如何计算料耗及其适用范围、界定条件和在生产统计中的使用等进行了系统分析，梳理了长期存在的误区及产生误差的原因，力求对今后规范应用料耗及修正确认统计数据，提升企业管理水平及统计指标准确度有参考价值，兼与谢克平等商榷，欢迎业内人士继续探讨。

1　界定有关概念及释义

厘清并统一相关概念与定义，界定料耗计算相应条件并明确其适用范围，才能更好地讨论与消除误区、分歧，确保相关计算及生产统计数据的可比性和准确性，从而达到观点、认识的统一。

1）生料料耗指烧成单位质量熟料需消耗多少生料，无量纲，或注明为吨生料/吨熟料等，简称料耗，也有称料比或生料换算因数，分理论料耗与实际料耗。顾名思义，理论料耗指不考虑物料游离水分与生产损耗，理论上形成单位质量熟料需消耗的生料，实际料耗则包含物料游离水分与生产过程中的损耗。

2）生料消耗量指某时间段内生产熟料需消耗的生料量，有量纲，单位一般为吨/小时或吨/日之类。“生料损耗”指从原料入磨制备生料，再入窑烧成熟料直至入库过程中的物料损失率（%），即合计物料损失量除以生料量的百分比，也有工具书推荐按生料损耗率=（实际料耗-理论料耗）/理论料耗计算。“生料损耗”即“生产损耗”或“生产损失”包括运输设备、窑尾、窑头、磨尾收尘设施、旁路放风和密封处或管路正压处逸出的等生产损失。如果以进厂原材料数量换算、验算生料产量或以生料产量验算进厂原材料数量，则需考虑到原料自进厂、预均化、输送、破碎到入磨前的损耗、水分及挥发等。

3）飞逸生料量，指某时间内或某工序中主要以飞扬方式损失的生料量，单位为吨/小时、吨/月等，或折合成吨熟料的生料飞损即吨/吨熟料。生料飞损指相同时间内“飞逸生料量”占生料量的百分比（%），没有量纲。

2　常选用的错误计算公式及突岀问题

2.1　GB/T 27978中错误的料耗计算公式

GB/T 27978—2011《水泥生产原料中废渣用量的测定方法》[3]“5.5.1生料换算因数的计算式：K=100÷（100-生料烧失量）”（简称式1）。

生料换算因数即生料料耗，GB/T 27978采用式1存在严重问题，且没作任何说明，是极其错误的。式1也是水泥企业最常见采用的错误计算方法。

式1没有考虑煤燃烧后其灰分沉落在熟料中及对料耗的影响，将式1变换成（100-生料烧失量）=100/K，“（100-生料烧失量）”即表示灼烧生料。显然回转窑工艺灼烧生料等于熟料量是错误的，采用式1计算料耗其结果必然会出现较大误差。众所周知，干法回转窑工艺生料与煤分别粉磨后入窑，即通常所说回转窑工艺是使用未含煤的白生料。因此，计算单位质量熟料耗用生料量，必须扣除熟料中的煤灰分掺入量。

2.2　行标、地方标准及不少省市有关水泥废渣掺量认定的文件也存在上述错误

有些地方标准如贵州省DB52/T 423—1999中规定使用一般1.6的料耗系数[4]，其他省市及地方标准也有采用固定料耗的。如采用上述错误计算方法，其有关废渣掺量等统计核查结果引入误差之大，业内人士可以想象。

2.3　料耗讨论的意义

水泥生产、财务报表乃至整个生产线物料平衡，如料耗值不正确，就无从确保统计数据及报表的准确性，也无从验证计量与盘库的准确性。所核算推导岀的生产成本等对指导生产与管理没有意义，相反，会起到误导企业的负面作用。

笔者参与资源综合利用现场审查工作中，多次发现部分工艺技术人员甚至个别管理很知名的大型企业直接用式1计算理论料耗值，即采取不减熟料中煤灰分掺入量的方法，导致理论料耗计算值大于实际料耗。国家标准竟出现如此误区和严重问题，以及省市地方标准、文件中曾规定采用1.6的固定料耗等错误做法，对水泥企业多年来生产财务统计与企业管理造成了很大负面影响，部分企业统计数据与物料平衡岀现一些异常情况或混乱状况甚至极端数据也不足为奇了。至于为什么多年来会反复发生如此低级的错误，其重要原因是业内对该重要参数的重视程度不够。

绝大多数水泥企业生产、财务报表及月、年统计数据（煤耗、电耗等单耗，台时产量、原燃材料及半成品、产品等产量，消耗量、成本和绩效考核等指标）是通过人工用尺盘库，并使用料耗值换算、验算修正而得岀。料耗及其应用贯穿于整个水泥生产过程数据链，在日常生产管理中有着重要作用。近十年来水泥工业发生了巨大变化，技术与装备自动化水平大幅提升，基本淘汰了落后的立窑及湿法窑，目前新型干法工艺占98％以上。业界是否有必要对现今新型干法工艺水泥企业仍沿用如此传统而原始的生产财务统计方法进行反思、讨论并寻求良策？否则，三年多时间内熟料竟盘亏10多万吨等等乱象将持续发生，所谓精细化管理、绩效考核乃至提高管理水平也将大打折扣。

综合梳理其初始数据产生、修正与确认得岀正式数据或报表的全过程，或者追溯其统计数据形成的全部流程，会发现或有利于厘清水泥企业普遍存在的一些误区、不严谨、不统一等问题。进一步探讨如何计算、选用料耗值和产生误差的因素并界定其适用范围、有关条件，对今后规范修正确认日、月生产统计数据，便于生产数据自动采集、报送，提升有关统计指标准确度、可比性与管理水平有着重要意义。

3　剖析料耗计算方法及过程中常见误区与问题

前述国家标准其料耗计算方法都存在严重错误，各企业实际采用的计算方法、过程包括应用等方面存在问题更是五花八门，甚至导致出现极端、异常数据及结果。现以文献[1-2]中有关料耗计算方法、过程存在的误区及不完整论述为例进行讨论。

3.1　文献[1-2]中第一种料耗计算方法

文献[1]P218介绍的第一种料耗计算方法“①按理论消耗量计算。实际生料消耗=理论生料消耗+飞逸的生料量，理论生料消耗=（1-煤灰掺入量）/（1-生料烧失量）……飞逸生料量=（1-W0）/（1-W）×粉尘排放量（测定值），W0—粉尘的烧失量（%），W—生料烧失量（%）”（上述3个公式分别简称式2、式3及式4）。

1）若将式2中“生料消耗”理解为生料消耗量，而式3却只能理解为单位质量熟料生料消耗量。那么，同一“生料消耗”概念在两个直接有关联的计算公式中却有不同的定义内涵，这样就犯了语法上的逻辑错误，导致无法进行计算。

文献[1-2]中粉尘排放量是指“测定窑尾收尘浓度及风量，然后计算粉尘量”，可以推出粉尘排放量其单位为吨/小时之类，飞逸的生料量也有相同量纲。但从文献[1-2]中式3来看，理论生料消耗却无量纲。所以式2违背了数学上“只有同量纲的项（或单位相同）才能进行加减”的基本原理，属类似于“x吨生料/吨熟料=y吨生料/吨熟料+z吨生料/小时”的错误，式2中各项的量纲不一致，故式2不能成立或无意义。显然式2与式4作为相互关系式很不严谨，式4代入式2将造成无法计算。

2）具体分析文献[1-2]中式2、式4，根据文献[1]P218中“469.如何计算熟料的生料消耗量”，“飞逸的生料量系指从生料入窑成熟料过程中窑尾收尘排放的粉尘”，“飞逸的生料量”仅是损耗量的一部分。文献[1-2]将其理解为生料损失量，比业内人士普遍释义“生料损耗”其范围要小。单从此因素分析，式2显然不严谨或只适合比较粗略的估算。

3）文献[1]P218中“测定窑尾收尘排放粉尘浓度及风量，然后计算粉尘量。再测定烧失量，并将排放的粉尘转化为生料量……”计算公式如式4。假如忽略收集粉尘与飞逸粉尘烧失量差别的影响因素，式4也是错误的，式4应转换并折合成单位或吨熟料的生料飞逸量，才能与式2、式3对应，其单位方可一致。即单位熟料飞逸生料量=（1-W0）/（1-W）×粉尘浓度×风量/窑台时产量（简称式5）。

文献[1-2]第一种计算生料料耗的方法及过程有些概念模糊不清，计算实际生料料耗及飞逸生料量公式很不严谨，如照搬硬套采用将造成计算无法进行。

3.2　文献[1-2]中第二种实际料耗计算方法

文献[1]P219中“②按入窑生料量计算。实际生料料耗={入窑生料量-[H1η+ H2（1-η）]（1-W1）/（1-W）}/G。其中：H1、H2—分别为生料磨开车时与停车时窑尾收尘回粉量（t/h）；W1—回粉烧失量（%）；η—生料磨机相对于窑的运转率（%）；G—熟料小时产量（t/h）”（简称式6，符号意义下文相同）。

1）稍加分析，文献[1-2]式6中分母“G”意味着是已知量，有以下几种可能来源：过去经验值、预设料耗推算值、水泥粉磨工序直接计量反推值、出窑熟料直接计量值等。由于出窑熟料属块状，且温度高及工况复杂，如通过直接计量得出产量其设备精度等较难满足要求，目前现状很少有企业配置了出窑熟料直接计量设备，采纳该数据用于指导生产或作为生产统计产量的企业更少。因此，部分企业采用料耗法间接计算得岀熟料产量，若熟料产量“G”用此法得岀，“谢作”中却用这个已知的“G”去求另一个料耗值，又用该料耗值去计算熟料产量“G”，这类似于逻辑上的循环论证，理论上讲是无效计算。

2）式6分子部分表示烧成“G”量的熟料需要的生料数量。由于生料入预热器、分解炉和窑后经过了高温过程，回粉与原始入窑生料其水分、烧失量发生了变化，两者有实质差别。其次，生料磨开机与停机不可能同时出现，由于不同时间段其工况不可能相同，分别取得的回灰其烧失量值差别很大。但式6中分子部分忽略了其差别，视不同工况下的回灰烧失量为同一“W1”。所以，式6中其回粉折合成相应生料量的转换公式也不严谨。

3）新型干法窑回粉通常是窑尾收尘器前来自生料磨与增湿塔热气流中的含尘灰，回粉量一般占入窑生料量的4％~10％[5-6]，回粉不仅有煤燃烧后的煤灰，还有生料磨内与预热器的生料灰及已烧成熟料灰等，一般直接进入生料库再入窑煅烧。H1、H2与测定时窑尾拉风量、入窑生料投料量等工况、取样点相关。众所周知，高温风机的排风量是经常变化的，窑尾预热器出口窑灰的浓度和废气量都是时时变化的，反映到小时窑灰量均不相等，变化比较大，不是一个相对稳定值。

综上所述，文献[1-2]中第二种生料料耗计算方法也很不严谨，没有实用性。

4　生料料耗计算公式、有关参数取值及验算方法

4.1　正确的料耗计算公式

理论生料料耗=（1-煤灰掺入量）/（1-生料烧失量）（简称式7）

实际生料料耗=理论生料料耗×[1/（1-生料损耗）]（简称式8）

GB/T 27978采用的理论料耗计算公式1仅适用于立窑厂的全黑生料工艺，尤其目前绝大多数是新型干法窑工艺，笼统用此式1更说不过去。新型干法企业理论料耗计算应采用公式7，必须要将煤灰的影响考虑进去。否则，将引入很大误差，甚至导致产生极端离谱的生产统计数据。因此，严谨而正确的理论料耗计算方法应充分考虑到与生产工艺相关。

4.2　验算方法

建议通过下述方法验算实际料耗值或全厂物料是否平衡，并换算各物料生产、消耗量。

1）依据水泥磨微机计量熟料消耗量加熟料期初、末库存差，即得熟料产量。采用生料微机入磨原料合量并用入磨、出磨差值修正后加生料库期初、末库存差得岀生料消耗量，两者相除即可（简称式9）。

2）由出厂水泥（含出厂熟料）过磅计量数反推到某工序处（水泥磨头、熟料库底、出窑卸料口等）的熟料量与水泥磨微机计量熟料消耗量互相验算、验证。由进厂原料过磅计量顺推到某工序处（生料磨头、磨尾、生料库底、入窑等）的生料量与生料磨微机计量入磨物料量互相验算、验证。

3）进厂原燃材料过磅计量数及出厂水泥（含出厂熟料）过磅计量数分别取1）与2）中相同料耗等参数的情况下互相验算、验证。

其详细验算与修正计算方法见另文《水泥企业如何规范修正确认统计数据》。

4.3　有关参数取值的分析与应用

1）关于生料烧失量的取值，刘全有等认为应采用现场样品检测值。但笔者认为现场样品检测值仅适用于某次配料计算。非配料计算时，使用烧失量平均值其误差或出现概率比少量样品的烧失量检测值要低很多，采用瞬时样检测值其代表性远不如使用质量报表其生料烧失量月、季平均值。

2）煤灰掺入量=q×Aar×S/Qnet,ar （简称式10），其中q—单位熟料热耗，Aar—煤收到基灰分含量（%），S—煤灰沉落率（%），Qnet,ar—煤收到基低热值。S值尽管是经验值，与工艺有关，对新型干法窑及当前环保要求，可按100%计。配料方案设计时，可采用某次煤的工业分析值，但若计算料耗值，相对来说宜采用与烧失量值类似的方法。不少水泥工厂采用替代燃料和/或协同处置垃圾，或者设置旁路放风，由于料耗与固体燃料的灰分有关，与燃料热值和熟料的单位热耗也有关系，若有此类情况，必须根据燃煤及替代燃料有关项目检测平均值，并结合协同处置综合修正取值。

3）生料或生产损耗的取值，《水泥企业质量管理规程》要求回转窑“入窑生料水分小于1.0%，一周测定一次，合格率要大于90%。”，熊会思认为：“天津院原料立磨出磨成品水分约0.5%”[7]。入窑生料水分宜采用相应生产时间内测定的平均值。十几年前，水泥生产技术及自动化水平相对较低，当年部分专业书籍如：胡宏泰认为“文明生产条件下，生料的生产损失应小于2%”[8]。白礼懋认为“入窑生料含水率应取1.5%，水泥的生产损失率一般取3%~5%”[6]，“若剔除组成生料原料水分及混合材、石膏的水分与粉尘排放，且达到文明生产条件，也会接近2%”[6]，显然远高于目前实际情况。

干法窑窑尾增湿塔、磨尾含尘气体等废气归集进入收尘装置后排放，非正常排放及物料输送过程中扬尘等占生料总损耗比例很低，目前新型干法水泥技术与装备已达到较高水平，。因此，从物料入磨到熟料入库前合计生产损耗（未含水分）一般小于0.5%。从出磨生料到熟料入库前其物料生产损耗（水分与扬尘之和）一般小于1.5%，也有条件做到。但该损耗值即1.5%通常是以出磨生料为起点，而不是以入磨物料为起点的全部物料损耗。

4）有关参数应用举例与分析

考虑到立磨、烘干磨利用窑尾余热烘干物料水分挥发及扬尘等因素，出磨生料数量×（1+磨尾的飞扬损失率%）=入磨物料的计量值×（100%-入磨物料水分加权平均值%）÷（100%-出磨生料实际水分%）。举例说明，石灰石配比：81.00%，水分为0.50%；黏土配比：16.00%，水分为13.00%；硫酸渣配比：3.00%，水分15.00%。出磨水分0.7%，磨尾飞损率0.2%，则出磨生料数量=0.976倍入磨物料的计量值。因此，生料入磨原料合量值同比出磨生料约高2.4百分点，采用两者即入磨原料合计消耗量与出磨生料量分别验算的实际料耗值也会不同，即约相差2.4百分点。两者差值取决于各企业原材料的水分高低、烘干程度与磨尾排放粉尘量。

一般来讲，每家企业根据过去生产经验确定了一个实际料耗值，该料耗通常由入磨物料计量值验算而来，即包括原材料水分、粉尘飞逸等损耗。由于飞逸等损耗较难通过直接测量而得到相对准确的数据，加上日常使用时往往疏忽料耗值界定或应用范围，或者说没有区分是采用哪类数据或状况所对应的料耗，该实际料耗值与依据入窑生料量估算窑产量时所用料耗值也略有不同，部分企业还常常根据物料盘库的盈亏情况进行修正。

通常依据化验室质量统计报表数据、配料微机数及实物盘库相互验算等，得出符合生产实际的生料料耗值，但不同的应用场合还须进行相应修正。

5　结束语

水泥生产、财务报表乃至整个生产线物料平衡，如料耗值不正确，就无从确保统计数据及报表的准确性，也无从验证计量与盘库的准确性。本文及另文《水泥企业如何规范修正确认统计数据》针对生料料耗计算方法与如何正确验算实际料耗作了论述，力求厘清多年来普遍存在的误区及不严谨、不规范等问题。总结了规范应用料耗的基本原则及注意事项，列举了如何用于盘库、物料平衡与处理盘库盈亏的实例。对今后规范修正并获取小时、日、月生产统计数据，便于生产数据自动采集、报送与指导生产等提岀了建议方案，相信对水泥企业提高统计指标准确度与管理水平有参考价值。

本文得到了中材国际南京公司陈建南高工的帮助，谨此致谢。

参考文献：

[1]　谢克平.新型干法水泥生产问答千例（管理篇）[M].北京：化学工业出版社，2009，8：214-219.

[2]　谢克平.新型干法水泥生产精细操作与管理[M].北京：化学工业出版社，2007，4：248-254.

[3]　水泥生产原料中废渣用量的测定方法：GB/T 27978—2011[S].北京：中国标准岀版社，2011.

[4]　赵晓国.亦谈水泥生产中废渣掺量计算标准的建立[J].中国水泥，2006（11）：34-35.

[5]　张浩楠，姜小川.中国现代水泥技术及装备[M].天津：天津科学技术出版社，1991，2：340.

[6]　白礼懋，邢东海，严卫琴.水泥工艺设计实用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997，3：23-24.

[7]　熊会思，熊　然.新型干法水泥厂设备选型使用手册[M].北京：中国建材工业出版社，2007，1：332.

[8]　胡宏泰，朱祖培，陆纯煊.水泥的制造和应用[M].济南：山东科学技术出版社，1993，6：32.

作者单位：

丁美荣：湖南省经信委原材料工业处

王立新：冷水江市经济科技和信息化局

本文摘自《水泥》杂志