成功案例 | 水泥行业工艺流程优化改造

本文是关于数字化技术在水泥工艺流程优化的介绍，该案例已在今年6月的<World Cement>杂志进行发表。Testo 烟气分析仪作为水泥工艺过程中数据采集的源头，在其中起到了不能缺少的作用。 

Matthias Schumacher（Aixprocess 公司）、Felix Bartknecht 和 Tilmann Prasser，Testo公司详细阐述了精准的烟气测量与数字建模技术，如何通过数据驱动的工艺优化，正在改变着水泥生产。

全球水泥行业正日益聚焦于提升运行效率、降低排放并推动盈利能力增长。实现这些目标需要集成先进的数字解决方案、实时工艺监测与精准测量技术。自 2021 年以来，Aixprocess 依托 Testo 的便携式烟气测量技术，推动水泥行业的工艺优化与排放控制，通过数据驱动解决方案与专业知识应对关键挑战。

工业工艺优化领域

的数字先锋

总部位于德国的 Aixprocess 公司是咨询与数字解决方案提供商，凭借二十余年工业工艺优化经验，专注于 AI 驱动建模、数字孪生、计算流体动力学（CFD）建模以及工艺与排放监测。该公司开发的先进控制策略，以提升水泥生产的能源效率、增加产量并降低环境影响。Aixprocess 利用商业及自有建模工具，在水泥制造、化工、冶金和制药等行业全面提升工艺控制与可持续性。其核心业务在于将数字生成的知识转化为实际解决方案，以优化工艺设计与管理，同时实现系统的经济与生态双重优化。

在恶劣条件下

提供精准烟气数据

Testo 在为 Aixprocess 的咨询服务提供高保真排放与工艺气体数据方面发挥着重要作用。在这方面，testo 350 烟气分析仪可对一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和氧气（O₂）等关键工艺气体进行精准实时监测，即便在高温、高粉尘的恶劣工业环境中也能稳定工作。

水泥生产是高能耗过程，也是温室气体排放的主要来源。为开发物理工艺模型与 AI 驱动控制方案，需要精确了解每个工厂的运行条件及相关性。由于数字孪生仅在获得高质量输入数据时才能提供可靠预测，因此工艺气体的精准测量对于此类项目的成功至关重要。

Aixprocess 公司水泥技术总监 Matthias Schumacher 表示：“然而，水泥厂生成的数据往往不完整或缺乏可靠系统建模所需的质量。此外，恶劣温度、高粉尘浓度、波动的运行条件和受限空间，对数据采集构成了重大挑战。"Testo 350 烟气分析仪应对了这些挑战：作为 aixprocess 工艺审计的一部分（通常持续 2-3 天的测量，包括燃烧计算和化学平衡分析等），testo 350 有助于建立工厂全面的物料与能量平衡。为此，需在工厂工艺和废气流的不同点位对 CO、NOx 和 O₂进行手动测量。这些气体的测量大都在温度 300–1000 ℃、多尘工况，且空间受限的环境中进行。

实际应用中的

精准测量

为支持 Aixprocess 承担的挑战性任务，testo 350 控制单元提供无缝测量管理，配备结构清晰的图形显示和用户友好界面，整体采用坚固便携的设计，可灵活部署于工厂多个位置。与分析箱结合使用时，最多可搭载六个气体传感器，其中五个为可选传感器。除O₂传感器外，该配置允许操作人员从CO、NO、NO₂、SO₂、H₂S、CxHy 和 CO₂-IR等传感器中选择。额外的测量范围扩展功能可实现高气体浓度下的无限测量，这在测量期间较为常见。该系统的另一优势是紧凑轻便的设计，便于运输，即使在难以到达或受限的测量位置也能可靠使用。

通过利用testo 350 的实时测量数据，Aixprocess 能够提高其数字孪生的准确性，从而对能源效率、燃料消耗优化、燃烧过程稳定性、排放控制、运行可靠性和工艺正常运行时间等关键因素进行更精确的预测。这些数据驱动方法支持智能控制系统的开发，该系统能够基于实时条件动态调整窑炉运行，从而提高效率、节省成本并减少排放。

验证结果数据

驱动洞见如何改善水泥厂性能

过去，在 Aixprocess 的咨询支持和testo 350 测量数据的帮助下，多家工厂成功识别了工艺问题。例如，已发现的问题包括工艺中过量的漏风空气侵入、旋风筒堵塞、“雪球" 形成、严重腐蚀、脱硝系统中氨注入效率低下或注入过量、燃烧器控制不正确以及流量、物料或燃料的差异等。优化这些工艺后，部分案例中工厂可用率从 65% 提升至 79%，显著改善了工厂可用性和生产效率。此外，在其他案例中，总热替代率提升超过 10%，相当于节省约 50 千卡 / 千克熟料。

这两项改进均为水泥生产的脱碳做出了重大贡献。在选择性非催化还原（SNCR）运行中，氨消耗成本每年节省约 30 万欧元，为客户带来不到一年的投资回报。

显然，使用testo 350 烟气分析仪进行的测量提升了Aixprocess 开发的仿真、数字模型和基于 AI 的控制系统的质量，即使在水泥厂内的非可测现象中也能实现准确预测。通过对这些工艺进行精确建模，制定了有针对性的措施，并成功实施和验证，以减少 CO₂的排放。

此外，水泥生产商通常也能从所提出的优化措施中获得成本节约。

自集成到Aixprocess 主导的项目中以来，testo 350 已在美国、土耳其、希腊、葡萄牙和瑞士等多个国家的水泥厂部署。这种测量技术的采用凸显了其在优化水泥生产工艺中的可靠性和有效性。这甚至促使工程总承包商（EPC）、设备制造商、其他咨询公司和水泥厂将 Testo 的测试气体测量技术纳入其服务和维护设备组合。

以数据、创新与合作

为水泥行业的未来赋能

随着水泥行业在数字化和脱碳需求的推动下，正经历着根本性变革，氢与合成气燃烧以及富氧燃烧工艺等新兴技术正势头渐劲。

为成功开发和实施这些创新，精准的烟气成分分析和深厚的行业专业知识至关重要。Testo 与 Aixprocess 的合作在推动工艺优化和排放控制进展方面发挥着关键作用。通过促进创新，这种合作将继续推动行业向更可持续、技术更先进的未来迈进。