水泥行业新兴技术

水泥行业的新兴技术 水泥行业在制造技术方面取得了显著进展，导致效率提高、产品质量提升以及环境影响降低。新兴技术为进一步提高效率、可持续性和社会责任感提供了巨大的潜力。 一些新兴的技术趋势是：可持续实践 水泥行业越来越多地采用可持续实践以减少浪费、保护自然资源并促进社会责任，这些措施对于降低该行业因其显著的能源消耗和二氧化碳排放而带来的环境影响至关重要。水泥制造中采用的关键可持续实践包括： a)能源效率和流程优化 ➢现代水泥厂配备了先进的自动化系统和连续排放监测系统（CEMS），正逐渐被采用。➢基于计算流体动力学（CFD）研究的设计创新，将预热器系统的总体压力降降低至约300毫米水柱，提供了巨大的电能和热能效率提升机会。➢采用最新一代冷却器，并对现有冷却器进行改造，为电气和热能节约提供了显著潜力。据报道，最新一代水泥冷却器的总热损失低于100卡路里/千克水泥 ，回收效率为75%-78%。➢高效磨粉技术，如高压碾磨轮（HPGR）、立式辊磨机（VRM）和球磨机与碾压机组合（BMRP），适用于原材料、燃料和水泥的磨粉需求。通过在磨粉电路和其他设备的设计和运行方面进行多项改进，实现了能耗降低和可靠性提高。 b)替代燃料和原材料 另一项重要的进展是使用替代燃料和原材料。水泥行业是全球能源消耗最大的行业之一，并且负责大量的温室气体排放。 ➢使用替代燃料（如废弃物、生物质和城市固体废物）可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，并提高能源效率。 ➢替代燃料的应用得益于技术的进步，包括专门设备的研发，用于处理和加工这些燃料。 ➢使用替代燃料还具有经济上的好处，如降低整体能源成本，提供减少废物、回收利用的机会，减少对化石燃料的依赖，并减轻环境影响。 ➢水泥生产传统上主要依赖石灰石作为主要原料。该行业探索了各种替代原材料，如工业副产品和废弃物。这包括如粉煤灰、高炉渣等材料，这些材料可以部分或完全替代传统的原材料。 c)循环经济实践 采用循环经济原则涉及最大限度地减少废物产生，并最大化替代胶凝材料的再利用和回收，这些替代胶凝材料被用作混凝土生产中传统波特兰水泥的部分或全部替代品。 这些材料有望减少混凝土生产对环境的影响，提高性能特性，并有效利用工业副产品或废弃物。 这些材料包括使用地理聚合物、粉煤灰、磨细矿渣粉（GGBS）、煅烧黏土、稻壳和高岭土等，具有减少混凝土碳足迹的潜力。此外，通过破碎等过程对混凝土进行回收再利用作为再生混凝土骨料，支持循环经济的理念。 d)碳捕获、利用和储存(CCUS) 碳捕集、利用和储存(CCUS)技术，具有巨大的潜力 减少温室气体排放，通过从水泥生产中捕获CO2排放并将其地下储存或用于其他工业过程。 ➢使用该技术，水泥生产商可以捕获排放的二氧化碳，并可以选择生产碳固化混凝土（目前为数不多的将二氧化碳锁定在最终产品中的利用选项之一）或在前油井和气井中储存碳。 e)节水与循环利用 可持续的水资源管理实践包括优化生产过程中的用水量、采用封闭循环系统、实施水回收和再利用系统以及应用技术以减少水资源消耗。 f)绿色✁筑认证与可持续产品开发 水泥制造商积极寻求LEED（能源与环境设计领导ship）或BREEAM（✁筑研究机构环境评估方法）等绿色✁筑认证。这些认证认可环保的✁筑实践和产品。水泥生产商也在投资开发低碳足迹且性能更优的可持续水泥和混凝土配方。 采用这些可持续实践在水泥制造中不仅是减少环境影响的关键，还与全球努力实现更加可持续和低碳的未来相一致。 可再生能源在水泥制造中的整合 将可再生能源整合到水泥生产中对于减少环境影响和提高可持续性至关重要，具体方式包括： a)现场可再生能源发电 太阳能发电：太阳能是一种清洁且可持续的能源，有助于减少对电网电力的依赖。在水泥厂屋顶或邻近未使用的土地上安装太阳能板，以及在废弃矿坑中安装浮动太阳能板，越来越多地被用于发电以满足部分能源需求。 风能：风能正被用于补充水泥制造过程的能源需求。在可行的地方，现场安装风力涡轮机以捕获风能并生成电力。 b)与可再生能源供应商的购电协议(PPA): 水泥制造商可以与可再生能源供应商签订电力采购协议。这涉及购买来自太阳能或风力发电场等可再生能源来源产生的电力。PPA可以提供一种可靠且往往成本效益高的可再生能源采购方式。 绿色氢 绿氢很可能成为水泥行业潜在的燃料之一，并通过电解产生，其中水（H₂O）在电解过程中被分解。2O )分解为氢(H)2)和氧气(O2使用电力。在此过程中使用的电力来自可再生能源，如太阳能、风能或水力发电。这确保了所生产的氢气被视为“绿色”或环保。 CEMEX是一家领先的水泥公司，已在其水泥厂成功部署了基于氢的技术，以减少CO2排放。在2019年成功试用氢气之后，所有CEMEX水泥厂现在均在欧洲使用氢气作为燃料的一部分，并且这一做法正在扩展到其在墨西哥、美国、南美洲和中美洲、非洲以及亚洲的其他全球运营中。 数字化和自动化 水泥制造技术的一个重要进步是数字化和自动化。智能传感器和物联网（IoT）设备被广泛用于监测和优化设备和工艺的性能。这些技术的应用方式包括： a)实时监控 智能传感器在整个水泥生产过程中分布放置，实时收集各种参数的数据，包括温度、压力、湿度和化学成分。这些数据通过物联网连接传输到中央系统。工厂操作人员可以远程监控和控制生产过程，并根据需要进行调整以优化效率。 b)预测性维护 智能传感器可以实时监测机械设备的状态。通过分析数据趋势，物联网-enable的系统可以预测设备何时可能发生故障或需要维护。这允许进行主动的维护调度，减少意外停机时间并延长机械设备的使用寿命。 c)能效优化 通过传感器跟踪水泥生产各阶段的能源消耗。通过集成物联网技术，制造商可以分析数据以识别提高能效的领域。 d)质量控制和工艺优化 原材料质量和最终产品的质量通过智能传感器进行持续监控。物联网集成使实时分析和调整生产过程成为可能，从而确保产品质量的一致性。 e)环境监测与减排 物联网-enable的传感器可以监测水泥厂内外的排放和环境条件。这些数据有助于确保遵守环保法规，并能够实施策略以减少制造过程对环境的影响。 f)供应链可见性 物联网集成不仅限于工厂内部，还扩展到整个供应链。传感器可以监控原材料和成品的运输与存储。这种可见性有助于优化物流、减少延误，并确保在需要时有合适的材料可用。 g)决策数据分析 智能传感器收集的大量数据通过高级分析和机器学习算法进行分析。基于数据的方法提供了关于趋势 、模式以及潜在改进区域的见解，有助于企业在组织内部各层级的决策制定。 h)远程诊断和故障排除 物联网-enable的传感器允许对设备问题进行远程诊断。工厂操作员和维护团队可以远程排查问题甚至执行某些维护任务，从而减少现场干预的需要并最大限度地减少停机时间。 为了确保现有运营的可持续和持续改进，并挖掘基础设施中存在的潜在价值，提供最先进的工业大数据服务。'在线植物分析'(OPA)已在内部开发，以持续支持水泥厂运营和维护团队。 可持续供应链管理 跟踪系统如区块链、RFID及其他技术正被广泛应用于水泥供应链中，以增强透明度和可追溯性，追踪产品的来源及其旅程。 电动水泥窑将是减少水泥生产碳足迹的一种有前景的解决方案。这些窑炉利用可再生能源产生的电力来产生水泥熟料生产所需的高温。Coolbrook和VTT等先行企业已在开发和商业化其电窑技术方面取得了显著进展。Coolbrook与行业巨头Cemex和UltraTech合作开发其旋转加热器（RotoDynamicHeater,RDH）技术，标志着向可持续水泥熟料制造迈出了一步。 太阳能反应堆技术：瑞士公司Synhelion与Cemex在利用集中太阳能生产水泥熟料方面取得了显著进展。尽管仍面临挑战，例如夜间存储太阳能能量，通过结合太阳能、风能、电网、自备电源、废热回收（WHR）和水力发电等多种能源来源的方法，有望为电力需求提供一个平衡的解决方案。 Conclusions 水泥制造商必须适应这些趋势，以保持竞争力、促进可持续发展，并为更具韧性的✁筑环境的发展做出贡献。然而，这些新兴技术的采用将需要显著的投资和行业、研究人员及政策制定者之间的合作。 DineshSatijaJagdeepVermaHead-ProcessEngineering主管业务咨询