改善工厂的运营成本结构

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 140 120 100 80 60 40 20 0 1950-60 1960-70 1980 2000 2010年起 热能 电能 来源：HoltecConsulting 图1：窑线发展的比能趋势 PC窑-六级，配备第三代炉排冷却器、VFD、LED和高效电机 PC窑-带有第一代炉排冷却器 ，立式辊磨机的四个阶段 VSK窑 PC窑-六级，配备第二代炉排冷却器和高效风扇，多通道燃烧器 SP窑 热能（千卡/千克熟料） 电能(kWh/t水泥) B y优化水泥厂的运营效率和最大限度地降低成本 可以提高盈利能力和财务弹性。降低成本措施还可以在技术和环境合规方面进行投资，确保长期生存能力。 运营效率的提高降低了生产成本，并有助于减轻与市场价格波动、监管变化和经济不确定性相关的风险。通过优先考虑降低成本计划，水泥厂可以提高其适应市场动态的能力，并在不断变化的挑战面前保持韧性，最终确保其在行业中的地位。 如本文所示，水泥厂在实施降低成本措施方面有一系列选择。 高效的系统设计 降低成本的措施通常从系统设计阶段开始。 有效的 系统设计涉及一些决定性的关键 在开发工厂技术时需要纳入的因素concept.Decisionsaremainfocussedoninvestmentcost(capex),costofoperationandmaintenance(opex),opulisedworkforce,accessibilityofpowerand fuelresources,andthelocationoftheplantvis-a -visitsprospectivemarket.Keyselectioncriteriafordecisionmakersinclude: •系统可用性和可靠性 •易于操作和维护 •提供熟练的工作人员和后续的支持服务 •营业成本 •投资成本。 Inaddition,theplantlayouthasasignificantimpactonthetotalenergyconsumptionoftheplant.Therefore,whenfinalisingtheplantconcept,itis 建议技术方法包括: •利用植物的自然轮廓 •带式输送机的输送塔更少 •用机械输送代替气力输送 •最小化管道长度以减少 压力损失 •磨煤机靠近预热器大楼 •分布式压缩机房代替集中式压缩机房 •负载中心的定位，以最大限度地减少电缆损耗，并包括一个分散的配电系统。 有效系统设计的总体思路是选择最合适的选项来证明这些要点，从而优化运营成本。 适应先进技术 在水泥厂中采用最先进的技术对于提高效率， 减少环境影响和保持竞争力至关重要。因此，技术的选择至关重要，应与特定情况相关。 改善工厂的运营成本结构 水泥厂降低成本的举措对于保持竞争力至关重要，盈利能力和可持续性在一个具有挑战性的市场。水泥生产商有一个范围 可用于降低生产成本的选择：从使用替代燃料的系统设计到改进的维护实践。 ■由JagdeepVerma,HoltecConsulting,印度 ©贸易出版物有限公司，20242024年7月国际水泥审查 磨削系统 研磨技术的选择应考虑影响研磨系统性能的因素，包括： •材料的物理特性 被地面 •含水率 •材料的可磨性 •维护成本 •需要具体投资。 研磨系统是能源密集型的，消耗水泥生产总电力需求的约65-70％。 因此，选择最合适的技术有助于降低工厂的运营成本。用于水泥厂研磨的主要技术包括： •立式辊磨机(VRM)-VRM 与传统的球磨机相比，被认为是最节能的 系统，因为它们的研磨效率是 比球磨机高30-40％。此外，它们在饲料的水分含量方面几乎没有限制，可以研磨 水分含量约为20%的材料。外部再循环系统也将使VRM比球磨机更有效。 •高压磨辊(HPGRs) –HPGR也是有效的研磨系统，被认为是 VRM的当代产品。HPGRs可用于预磨、半精磨和精磨。在熟料研磨中将HPGR引入现有的球磨机系统中进一步降低了能耗并提高了水泥磨机的生产率。产品质量是HPGR系统的关键因素，因为它可以确保改善的粒度分布（PSD）和最低的水泥产品需水量。 与VRM相比，当前一代的HPGR系统具有更高的能效，特别是在原料研磨应用方面。 •高效分离器-研磨电路中的高效分离器是 表1：熟料研磨技术的比功耗磨机系统 电耗(kWh/t水泥) 球磨机 38.2 HPGR作为预磨床 29.7 立式辊磨机 21.8过磨材料 半完成模式下的HPGR 20.8优化球磨机 •改进的球 在粒度调节和生产率提高方面非常有效。它们将研磨过程的功耗降低了约15%。此外，它们降低了 ，并在熟料研磨的情况下帮助的装料。 磨机内部构件-The 在运行的水泥球磨机中引入改进的球磨机组 件将提高研磨效率，从而提高生产率并降低能耗。 更高质量的关键部件包括具有较低磨损率的高铬研磨介质、受控流动隔膜和无螺栓衬垫。这些有助于显著降低熟料研磨的成本。 就熟料研磨的功率消耗而言(在相同的生产量和产品细度下),研究已经显示所采用的研磨技术之间的显著差异(参见表1)。 热解处理系统 在过去的十年中，主要的技术发展集中在热能节约、有效的AFR使用以减少碳足迹和优化预热器系统的组件，同时使预热器和冷却器端的WHR锅炉更高效。旨在降低运营成本的技术发展包括: •先进的预煅烧系统 •用于燃烧一系列AFR的外部燃烧系统 •低一次空气多通道燃烧器 •改进的熟料冷却器技术与热空气再循环 •改进耐火材料在窑炉中的应用 •高效工艺风机。 通过流程优化降低成本 优化水泥生产过程涉及最大限度地提高效率和生 产率。此外，通过持续改进原材料制备、熟料生产和熟料，优化可降低环境影响 重要的优化措施包括: •关键跟踪参数，如 温度和压力需要保持在设定的限制有效的系统性能。 •建议系统 虚假空气过滤被最小化。例如，如果穿过预热器的虚假空气可以限制在7%以下，高温处理系统将有效运行。虚假空气每减少1%，比热消耗将下降约2-3kcal/kg熟料 。 •窑炉燃烧器的优化 操作（即，保持轴向和径向空气之间的有效比例）和燃烧器在窑内的位置有助于实现所需的火焰形状和强度，同时保持一次空气量最小。 •熟料冷却器的优化 运行将支持最大的热量回收并减少比热消耗。关键因素是冷却器炉排速度与产生的二次和三次空气温度之间的有效平衡。此外，在安装了废热回收(WHR)系统的情况下，在有效热量之间取得平衡 利用率和WHR生成在定义系统的整体效率方面也很重要。 •保持最佳细度 的水泥导致更低的电力消耗和改善的生产 。这可以通过分析当前的水泥质量和通过实施基于AI/ML的预测模型来预测水泥强度来实现，其中可以设置水泥细度目标。 •应避免设备空转， 特别是在工厂启动和关闭期间，通过实施顺序联锁。此外，在团队成员之间建立意识对降低运营成本有直接影响。 此外，建议进行定期审计，以评估系统的性能及其低效率。 这项工作应侧重于优化系统吞吐量、特定能耗和最终产品的质量，并及时解决机械、电气 、工艺和环境问题。 国际水泥审查2024年7月 来源：HoltecConsulting 图2：有效热量利用率与WHR发电量的实时热量和质量平衡 来源：HoltecConsulting 图3：基于AI/ML的水泥细度和水泥抗压强度预测模型 数据分析的作用 通过以下方式优化工厂运营的趋势越来越大 这些机器引导的解决方案帮助工厂运营团队采取主动措施,确保持续过程的可持续性。 为了使用数据分析优化操作，由Holtec开发的基于AI/ML的分析模型为实现成本降低计划提供了额外的优势。 Holtec专有的水泥细度预测模型和28天抗压强度预测模型有助于 在分配给市场之前，消除质量不足或质量过高的产品。水泥生产商可以节省估计2-3%的生产成本。 优化原材料成本 有效利用水泥厂的原材料需要优化其采购、 处理和加工，以确保不间断的生产，同时最大限度地降低运营成本和对环境的影响。 设定原材料削减目标时，考虑以下因素是有用的： •使用具有成本效益的纠正措施和 添加剂，同时密切关注其质量方面，并制定具有竞争力的低成本原料混合设计。 •在熟料过程中使用高MgO石灰石会影响熟料质量，导致水泥膨胀。因此，同样可以 用于熟料研磨过程中，作为性能改进剂，限制在标准允许的最大范围内。 •探索石灰石的使用 较高的碱含量，通过与高硫，低成本燃料的平衡，这导致原材料成本的降低。在研磨阶段添加少量的石膏也有助于。 •替代原材料，如铁 污泥，赤泥，红o石，LD渣和锌渣等已在多家工厂成功使用。使用ARM可以将原材料成本降低到0.05-0.07美元/吨熟料。 2024年7月国际水泥审查 0.01807 0.06024 原材料的定期测试和分析是关键，并确保符合质量标准。后续工艺参数的优化将提高水泥行业的性能和竞争力。 燃料成本优化 燃料成本是水泥厂运营成本结构的重要组成部 分。因此，燃料优化对于降低成本和对环境的影响至关重要，同时保持运营效率。 燃料成本（美元/吨熟料） 常规燃料（煤炭，天然气，石油焦）以及替代燃料（生物质，炭黑，稻壳，轮胎和垃圾衍生燃料）需要 proportionedeffectivelytoresultinlowerfuelcostsandenableaviablecementplantoperation.Holtechasdevelopedafuel 混合优化模型，以帮助实现优化的燃料成本以及确保最大可能的热替代率（TSR）。 在优化工厂的燃料使用和成本时，需要考虑几个因素： •固体燃料中过高的灰分含量可能导致较高的LSF目标，从而增加热量消耗和生产成 本。因此，燃料混合优化对于维持可接受范围内的灰分含量。 •为了保持优化的运行极限，建议避免使 图6：通过使用替代燃料实现的成本降低 22.021.6 21.0 21.1 21.020.0 19.4 19.018.0 17.8 17.0 17.016.015.0 工厂1(10%TSR) 工厂2(15%TSR) 工厂3(20%TSR) 煤+AF 100%煤 线性(煤+AF) 来源：HoltecConsulting 用含硫量高的燃料或 化剂，如CaF,AlFandZnO可以用来降低整体 与低硫燃料混合。在高硫输入的情况下，需要引入碱，以防止预热器系统中的积聚。燃气旁路系统的安装将进一步增加比热消耗，导致更高的运营成本。 •由于挥发性物质会影响能量 磨煤机的消耗由于细煤的细度较高，它是 建议在使用煤之前检查燃料中的挥发性物质。 •燃料燃烧应始终处于 氧化环境。与还原环境中的不完全燃烧相比 ，燃料的热释放将加倍。此外，很少有矿 来源：HoltecConsulting WHRS CPP 电网电源 0.000 0.060 0.040 0.020 0.080 0.09639 0.100 来源：0H.o1lt2e0cConsulting 图5：各种来源的发电成本 图4：用于优化特定燃料成本和最大化热替代率的燃料混合优化模型 成本(印度卢比/ 23 热能需求，从而节省了整体生产成本。研究表明，通过使用矿化剂，比热消耗可以减少〜30kcal/kg熟料。 国际水泥审查2024年7月 60 40 20 0 预防性维护反应性维护预防性维护 来源：HoltecConsulting 62 72 100 80 100 120 图7：不同维护方式的成本节约 替代燃料的使用 水泥窑中的协同处理替代燃料不仅减少了对有限资源的依赖，而且通过从垃圾填埋场转移废物来减少温室气体排放。 然而，仔细选择、处理和监测替代燃料对于确保遵守环境法规，保持产品质量和优化能源效率至关重要，有助于水泥生产的可持续和循环方法，同时减少整体