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1、案例2科技赋能助力水泥企业低碳转型之路项目主要完成单位：天端新鳌郑州水泥有限公司主要完成人员：李强、李红克、刘宏远、冯勇杰、郭怀民、邢乐乐、李玉吉水泥是一种粉状的胶凝材料，主要由石灰、硅酸盐、铁酸盐等原料经过研磨、混合和燃烧等工艺制成，是建筑工程中最常用的建筑材料之一，用于制作混凝土、砂浆、砖块等各种建筑构件，如楼房、桥梁、道路等。但是随着经济社会的发展，现代越来越注重水泥的资源节约与环保生产。一、项目背景无论是国家层面上，习近平主席正式提出中国的碳达峰碳中和目标，国务院印发2030年前碳达峰行动方案，要求全国有力有序有效做好碳达峰工作；或者是地方政府印发了诸如河南省碳达峰试点建设实施方案关于
2、加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的实施意见等政策文件，推进经济社会发展全面绿色转型，促进形成1+N政策体系，都明确展示出一个观点，即绿色低碳之路已成为水泥企业的发展必经之路。然而，水泥行业的转型道路任重且远。新出台的国家标准水泥单位产品能源消耗限额GB16780-202O对能耗限额等级做出了更为严格的规定。以能耗最低的1级为例，限定水泥单位产品综合电耗1级W80kgceJ熟料单位产品综合能耗1级这IoOkgCe/t、熟料单位产品综合电耗1级W48kwhJ熟料单位产品综合煤耗1级这94kgceJ水泥制备工段电耗1级W26kwht,为水泥行业提出了新的挑战。为此，水泥企业亟需不断加大创新研发投
3、入，推动工业绿色转型升级。天瑞新登郑州水泥有限公司开展科技赋能助力水泥企业低碳转型之路项目，按照“用地集约化、原料无害化、生产洁净化、废物资源化、能源低碳化”原则，建立绿色工厂系统评价指标体系，把节能环保与企业发展结合起来，依靠科技进步，建设企业能源管理中心，建立能源管理体系并持续有效运行。针对生产环节节能降耗、节能降碳、绿色发展、综合利用、装备研究等制约公司的瓶颈问题，提高能源和资源利用效率，持续开展低碳科技创新，推进绿色工厂建设，通过科技赋推动工业绿色转型升级。二、创新点及相关技术内容创新点1:基于全过程理念夯实低碳生产基础传统水泥生产的原材料采购和管理相对分散，取样和检验管理不够严格，存
4、在劣质原材料进厂的风险，并且通常采用单一的生产工艺、各工序未实现统筹协调，对原材料的合理规划和搭配不够充分，存在较高的碳排放量，生产过程中可能会对环境造成污染。针对上述现实问题，项目首先重点强化对进厂原燃材料的取样和检验管理，形成多部门联合监督机制，有效地防止劣质原材料进厂。其次，合理规划场地，对不同质的物料分开堆放，合理搭配。最后，对矿山石灰石的多个采面质量情况建立数据库，根据开采规划和质量指标制定合理的搭配比例，从而保证了各种原材料的质量稳定性。通过高固废掺量的低碳水泥生产技术应用，使用其他工业企业产生的粉煤灰、脱硫石膏、有色金属冶炼废渣、电石渣、煤砰石、选矿废渣粉末等固体废弃物，加大产品
5、原料中非碳酸盐原料占比，提升低碳物料使用率，开展资源综合利用。项目2022年利用各类工业废渣112万吨，实现固体废弃物绿色化处理及应用。打造矿山+骨料+水泥的一体化经营模式，建设水泥灰岩绿色产业链；建设100万吨骨料生产线，利用采矿废渣生产骨料、粉末用于水泥生产，实现废物资源化利用。2022年水泥综合固体废物利用率39.33%,其中PO42.5及以上等级水泥固体废物利用率22.9%,PF32.5水泥固体废物利用率41.29%,研究水泥窑协同处置垃圾衍生可燃物的应用，降低产品生产过程中的碳排放，实现产品绿色低碳升级。创新点2:改造软硬件实现节能降耗传统水泥生产在能源管理上通常较为分散，缺乏整体性
6、的管控系统，对能源利用情况缺乏全面的了解，生产线设备常采用传统的控制方式，且普遍存在设备老化、技术落后的现象，整体能源消耗与碳排放量均较高，存在资源浪费与环境保护不到位的情况。为此，项目开展以下软硬件改造以期实现整体的节能降耗。一是建立能源管理中心、，实现集团一分/子公司一车间一主要工艺环节的能源管控一体化，通过对生产全过程各工艺、重点用能设备能耗数据的实时监测，通过可视化能效分析系统进行能效分析，实现能源的精细化考核，提高公司的能源利用效率及能源管理水平。二是使用生产线设备采用变频节能控制，生产线22kW以上电机采用变频电机或采用变频调速装置、高压斩波控制装置，节约电力消耗。并且，2020年
7、1月对全厂125台淘汰落后电机进行节能更换，全部采用二级能效节能型电机，2020年6至10月又采购18台二级能效节能电机用于厂区内老旧电机更换，新购置设备或技改项目全部采用节能型电机，将篦冷机更换为节能水平更高的史密斯第四代篦冷机，配套冷却风机更换为节能型风机、采用变频调速控制，降低熟料烧成煤耗及电耗。图1史密斯第四代篦冷机与节能型冷却风机三是实施工艺余热回收利用，回转窑配套安装9MW纯低温余热发电装置，建设了回转窑筒体余热回收装置、空压机余热利用装置，厂区余热利用装置齐全。同时，项目将窑尾排风机及立磨循环风机节能更换为新型节能风机，将余热发电循环水泵更换为节能型水泵、配套二级能效节能电机，以
8、及将回转窑主传动系统、罗茨风机、电力室空水冷装置等各类装置进行节能化改造，节约能源、资源消耗。图2DF5701中子在线分析仪与在线配料系统四是采用东方中子活化多元素分析系统,进行生料元素自动在线分析,调配物料下料比例,使生料率值稳定在设定的目标值附近，从而可做到生产过程配料实时、精准控制，节约工艺能源消耗，稳定了熟料质量。创新点3：实施对内节能技改与对外排放管控传统水泥生产通常在脱硝方面采用较为简单的技术，存在着一定的脱硝效率不高的问题，导致氮氧化物等有害气体以及粉尘、废水外排的情况，对周围水体和环境造成一定程度的污染。针对上述问题，项目应用德国洪堡气化炉深度脱硝技术，进行脱硝深度治理改造，并
9、且在厂区进行物料密闭输送、料棚喷水抑尘、生产过程除尘器改造、进出厂车辆自动冲洗等无组织排放改造，厂区设置扬尘在线监测仪，实现无组织排放实时监控。同时，生产过程全部采用循环水，无废水外排，并建设240td生活污水处理系统和雨水回用系统，将处理水、雨水收集后用于绿化灌溉、道路浇撒及景观水体等使用。图3德国洪堡深度脱销技术示意图创新点4:建立MES与ERP集成控制传统水泥生产在生产过程中缺乏全过程的闭环管理系统，在产品生命周期管理方面存在着信息不畅、数据不全等问题，生产信息收集和分析不够及时和精准，物流系统可能存在人为操作和管理不足的情况，效率和准确性有待提高，难以做到全面监控和管理。针对上述问题，
10、项目建立了生产制造执行系统（MES）,实现全过程闭环管理，并与企业资源计划管理系统（ERP）集成，建立了车间级的工业通信网络；建设智能物流无人值守系统，自动识别国五以下高耗能车辆并禁止进入，可实现门岗自助终端无人值守、排队、车辆调度、自动计量、进出厂车辆自动冲洗，同时完成车辆的质检、化验、动向跟踪，通过无人值守应用实现厂内物流信息采集的全自动化管理。信息贯穿于生产制造、安全环保、质量、物流等环节，实现产品的全生命周期管理。图4生产制造执行系统（MES）三、经验总结与推广价值科技赋能助力水泥企业低碳转型之路项目结合企业生产经营实际状况进行绿色低碳生产与运营，升级改造生产设备，促进技术工艺的低碳推
11、进，建立工作机制确保实施保障，采用多种减排措施形成体系，在水泥行业实现碳达峰碳中和方面具有一定的借鉴意义。项目的经济、环境与社会效益显著。根据天瑞新登郑州水泥有限公司测算结果，项目实施后,与2019年相比,2022年可比熟料综合电耗降低3.77kwht,可比熟料综合煤耗降低4.34kgcet,2022年水泥综合固体废物利用率39.33%,污染物排放指标达到“颗粒物这IOmg11二氧化硫35mgm氮氧化物50mgm氨逃逸不高于8mgm%的要求。依据年生产熟料150万吨计算，对比改造前，2022年节约电能565万度，节约标煤6500万吨，依照市场价计算，年节约费用约为850余万元，同时年减少碳排放约2.1万吨。产能过剩已成为当前水泥行业的共识。2023年，水泥行业新投产熟料产线16条，涉及总产能2316万吨，仅占计划投产产能的43.5%,其中提升水泥的低碳绿色水平已经成为企业探索的可行道路。因此，推广科技赋能助力水泥企业低碳转型之路项目经验，有助于为现有水泥企业提供转型思路，提升环境与经济效益。
