成功案例 | 水泥行業(yè)工藝流程優(yōu)化改造

更新時(shí)間：2025-07-11 點(diǎn)擊次數(shù)：123

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本文是關(guān)于數(shù)字化技術(shù)在水泥工藝流程優(yōu)化的介紹，該案例已在今年6月的雜志進(jìn)行發(fā)表。Testo 煙氣分析儀作為水泥工藝過(guò)程中數(shù)據(jù)采集的源頭，在其中起到了不可或缺的作用。

Matthias Schumacher（Aixprocess 公司）、Felix Bartknecht 和 Tilmann Prasser，Testo公司詳細(xì)闡述了精準(zhǔn)的煙氣測(cè)量與數(shù)字建模技術(shù)，如何通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝優(yōu)化，正在改變著水泥生產(chǎn)。

全球水泥行業(yè)正日益聚焦于提升運(yùn)行效率、降低排放并推動(dòng)盈利能力增長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)需要集成先進(jìn)的數(shù)字解決方案、實(shí)時(shí)工藝監(jiān)測(cè)與精準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)。自 2021 年以來(lái)，Aixprocess 依托 Testo 的便攜式煙氣測(cè)量技術(shù)，推動(dòng)水泥行業(yè)的工藝優(yōu)化與排放控制，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)解決方案與專業(yè)知識(shí)應(yīng)對(duì)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

工業(yè)工藝優(yōu)化領(lǐng)域的數(shù)字先鋒

總部位于德國(guó)的 Aixprocess 公司是咨詢與數(shù)字解決方案提供商，憑借二十余年工業(yè)工藝優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，專注于 AI 驅(qū)動(dòng)建模、數(shù)字孿生、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）建模以及工藝與排放監(jiān)測(cè)。該公司開(kāi)發(fā)的先進(jìn)控制策略，以提升水泥生產(chǎn)的能源效率、增加產(chǎn)量并降低環(huán)境影響。Aixprocess 利用商業(yè)及自有建模工具，在水泥制造、化工、冶金和制藥等行業(yè)全面提升工藝控制與可持續(xù)性。其核心業(yè)務(wù)在于將數(shù)字生成的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際解決方案，以優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)與管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)雙重優(yōu)化。

在極端條件下提供精準(zhǔn)煙氣數(shù)據(jù)

Testo 在為 Aixprocess 的咨詢服務(wù)提供高保真排放與工藝氣體數(shù)據(jù)方面發(fā)揮著重要作用。在這方面，testo 350 煙氣分析儀可對(duì)一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和氧氣（O?）等關(guān)鍵工藝氣體進(jìn)行精準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，即便在高溫、高粉塵的極端工業(yè)環(huán)境中也能穩(wěn)定工作。

眾所周知，水泥生產(chǎn)是高能耗過(guò)程，也是溫室氣體排放的主要來(lái)源。為開(kāi)發(fā)物理工藝模型與 AI 驅(qū)動(dòng)控制方案，需要精確了解每個(gè)工廠的運(yùn)行條件及相關(guān)性。由于數(shù)字孿生僅在獲得高質(zhì)量輸入數(shù)據(jù)時(shí)才能提供可靠預(yù)測(cè)，因此工藝氣體的精準(zhǔn)測(cè)量對(duì)于此類項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。

Aixprocess 公司水泥技術(shù)總監(jiān) Matthias Schumacher 表示：“然而，水泥廠生成的數(shù)據(jù)往往不完整或缺乏可靠系統(tǒng)建模所需的質(zhì)量。此外，極端溫度、高粉塵濃度、波動(dòng)的運(yùn)行條件和受限空間，對(duì)數(shù)據(jù)采集構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。”Testo 350 煙氣分析儀應(yīng)對(duì)了這些挑戰(zhàn)：作為 aixprocess 工藝審計(jì)的一部分（通常持續(xù) 2-3 天的測(cè)量，包括燃燒計(jì)算和化學(xué)平衡分析等），testo 350 有助于建立工廠全面的物料與能量平衡。為此，需在工廠工藝和廢氣流的不同點(diǎn)位對(duì) CO、NOx 和 O?進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量。這些氣體的測(cè)量大都在溫度 300–1000 ℃、多塵工況，且空間受限的環(huán)境中進(jìn)行。

實(shí)際應(yīng)用中的精準(zhǔn)測(cè)量

為支持 Aixprocess 承擔(dān)的挑戰(zhàn)性任務(wù)，testo 350 控制單元提供無(wú)縫測(cè)量管理，配備結(jié)構(gòu)清晰的圖形顯示和用戶友好界面，整體采用堅(jiān)固便攜的設(shè)計(jì)，可靈活部署于工廠多個(gè)位置。與分析箱結(jié)合使用時(shí)，最多可搭載六個(gè)氣體傳感器，其中五個(gè)為可選傳感器。除O?傳感器外，該配置允許操作人員從CO、NO、NO?、SO?、H?S、CxHy 和 CO?-IR等傳感器中選擇。額外的測(cè)量范圍擴(kuò)展功能可實(shí)現(xiàn)高氣體濃度下的無(wú)限測(cè)量，這在測(cè)量期間較為常見(jiàn)。該系統(tǒng)的另一優(yōu)勢(shì)是緊湊輕便的設(shè)計(jì)，便于運(yùn)輸，即使在難以到達(dá)或受限的測(cè)量位置也能可靠使用。

通過(guò)利用testo 350 的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，Aixprocess 能夠提高其數(shù)字孿生的準(zhǔn)確性，從而對(duì)能源效率、燃料消耗優(yōu)化、燃燒過(guò)程穩(wěn)定性、排放控制、運(yùn)行可靠性和工藝正常運(yùn)行時(shí)間等關(guān)鍵因素進(jìn)行更精確的預(yù)測(cè)。這些數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法支持智能控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)能夠基于實(shí)時(shí)條件動(dòng)態(tài)調(diào)整窯爐運(yùn)行，從而提高效率、節(jié)省成本并減少排放。

驗(yàn)證結(jié)果數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)洞見(jiàn)如何改善水泥廠性能

過(guò)去，在 Aixprocess 的咨詢支持和testo 350 測(cè)量數(shù)據(jù)的幫助下，多家工廠成功識(shí)別了工藝問(wèn)題。例如，已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題包括工藝中過(guò)量的漏風(fēng)空氣侵入、旋風(fēng)筒堵塞、“雪球” 形成、嚴(yán)重腐蝕、脫硝系統(tǒng)中氨注入效率低下或注入過(guò)量、燃燒器控制不正確以及流量、物料或燃料的差異等。優(yōu)化這些工藝后，部分案例中工廠可用率從 65% 提升至 79%，顯著改善了工廠可用性和生產(chǎn)效率。此外，在其他案例中，總熱替代率提升超過(guò) 10%，相當(dāng)于節(jié)省約 50 千卡 / 千克熟料。

這兩項(xiàng)改進(jìn)均為水泥生產(chǎn)的脫碳做出了重大貢獻(xiàn)。在選擇性非催化還原（SNCR）運(yùn)行中，氨消耗成本每年節(jié)省約 30 萬(wàn)歐元，為客戶帶來(lái)不到一年的投資回報(bào)。

顯然，使用testo 350 煙氣分析儀進(jìn)行的測(cè)量提升了Aixprocess 開(kāi)發(fā)的仿真、數(shù)字模型和基于 AI 的控制系統(tǒng)的質(zhì)量，即使在水泥廠內(nèi)的非可測(cè)現(xiàn)象中也能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)這些工藝進(jìn)行精確建模，制定了有針對(duì)性的措施，并成功實(shí)施和驗(yàn)證，以減少 CO?的排放。

此外，水泥生產(chǎn)商通常也能從所提出的優(yōu)化措施中獲得成本節(jié)約。

自集成到Aixprocess 主導(dǎo)的項(xiàng)目中以來(lái)，testo 350 已在美國(guó)、土耳其、希臘、葡萄牙和瑞士等多個(gè)國(guó)家的水泥廠部署。這種測(cè)量技術(shù)的采用凸顯了其在優(yōu)化水泥生產(chǎn)工藝中的可靠性和有效性。這甚至促使工程總承包商（EPC）、設(shè)備制造商、其他咨詢公司和水泥廠將 Testo 的測(cè)試氣體測(cè)量技術(shù)納入其服務(wù)和維護(hù)設(shè)備組合。

以數(shù)據(jù)、創(chuàng)新與合作為水泥行業(yè)的未來(lái)賦能

隨著水泥行業(yè)在數(shù)字化和脫碳需求的推動(dòng)下，正經(jīng)歷著根本性變革，氫與合成氣燃燒以及富氧燃燒工藝等新興技術(shù)正勢(shì)頭漸勁。

為成功開(kāi)發(fā)和實(shí)施這些創(chuàng)新，精準(zhǔn)的煙氣成分分析和深厚的行業(yè)專業(yè)知識(shí)至關(guān)重要。Testo 與 Aixprocess 的合作在推動(dòng)工藝優(yōu)化和排放控制進(jìn)展方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過(guò)促進(jìn)創(chuàng)新，這種合作將繼續(xù)推動(dòng)行業(yè)向更可持續(xù)、技術(shù)更先進(jìn)的未來(lái)邁進(jìn)。