如何实现水泥的可持续生产及成本效益控制?

2023-05-18 20:08:39



水泥的可持续和成本效益可一同实现

Cement can be sustainable and cost effective together

水泥是混凝土中的活性粘合剂,对现代生活至关重要。就全球消耗而言,水泥仅次于水,它关系着我们道路、城市、水坝、海防和风电厂等基础设施的持久耐用程度。然而,水泥生产CO2排放量也占全球的8%,如何降低碳排放,这也是改善环境的一个重要机会。

水泥生产脱碳是一个日益紧迫的环境目标,同时也为提高生产经济性提供了机会。低能耗和水泥再循环经济中的独特潜力可以极大地提高利润。全球水泥和混凝土协会 (GCCA) 已经制定了到2050年实现混凝土碳中和的计划。通过实现突破性的效率、可靠性和工厂利用率,并采用新技术,我们可以加速这一进程。

碳中和的可持续解决方案

碳捕获与封存是减少水泥生产对环境影响长期计划中的关键要素。但通过循环经济中的运营变化,可以更容易取得短期和中期的胜利,并且潜在利润丰厚。通过以下成本节约的机会,预计将大幅减少CO2排放:

代替燃料,用旧轮胎等废料代替窑炉中的化石燃料

代替原料,如粉煤灰、高炉渣和飞灰等

熟料替代品或辅助性凝胶材料 (SCM),如煅烧粘土、页岩残渣/页岩油和硅粉,以及粉煤灰和高炉渣

水泥制造商可以通过利用更便宜的替代燃料、原料和 SCM 来降低生产成本。然而,这些替代品的成功应用需要了解和控制它们对水泥生产过程的影响。市场领导者通过响应式自动化控制装置测量等关键信息,并使用这些数据来推动高效的散装物料处理和混合。集成化、无缝通信和高度可靠是环保、高效的水泥生产的标志。

赛默飞为水泥行业提供的成熟解决方案包括在线元素分析和专用水泥控制软件。通过这两项解决方案,水泥制造商能够获取并利用宝贵的成分信息,在生产成本效益较高的低碳水泥方面进行有效竞争。(见下图1)

想了解更多信息,扫码获取

《水泥的可持续生产成本效益控制策略》白皮书


实现从采石场到窑炉的实时元素分析

Real-time elemental analysis from quarry to kiln


量化、控制水泥化学成分,

以推进水泥成分的稳定控制

对水泥成分的稳定控制保障了水泥的关键性能特征,如强度。这种控制从采石场开始,一直延伸到窑炉,直至熟料混合。它依赖于对原料和混合物成分的及时和准确的过程控制。

瞬发γ中子活化分析(PGNAA)和脉冲快热中子活化(PFTNA)是一种适用于水泥元素实时分析的过程控制技术。这些技术统称为中子活化分析,通过捕获和分析中子轰击材料所释放的二次或瞬发γ射线来确定元素组成。单个元素产生“指纹”,从而快速准确的进行成分分析。

对于水泥制造商来说,中子活化分析是一项具有特别吸引力的技术:

直接测量目标关键化合物,包括Ca、Si、Al和Fe的氧化物以及其他重要元素,如MgO、Na2O、TiO2、K2O、SO3、Cr和Cl等;

可计算行业标准参数,例如石灰饱和系数(LSF)、饱和比、硅酸率和铝率等。见图2

中子活化分析的能力与实际需要相结合。PGNAA/PFTNA很容易在新系统或现有系统中以跨带式在线分析仪的形式实施,进行快速、高频的在线分析。无需采样,技术可靠,符合行业标准。


并非所有的中子活化

分析技术都是一样的

PGNAA/PFTNA在线分析仪主要在中子源类型/强度和探测器尺寸/质量方面有所不同。这些差异会影响整个皮带物料测量的一致性,并对数据质量、相关性和价值产生决定性影响。


多个和/或更强大的中子源提供更多的中子数

多个、较大和/或质量更好的探测器提高了γ捕获

关键点:中子源和探测器的规格和配置决定了分析仪性能,并直接影响最终测量结果。


Thermo Scientific™ CB Omni Agile™跨带式分析仪是世界领先的水泥生产中子活化分析解决方案之一。这种分析仪轻巧、紧凑且易于安装,具有很强的灵活性,可在以下方面完全定制:

探测器数量:可在1到4个高效碘化钠(NaI)探测器之间,根据速度、分辨率和稳定性进行选择。

中子源:锎同位素(用于PGNAA 的 CF-252)或电子中子发生器(用于 PFTNA);也可以根据需要选择中子源。

配置:可根据现场环境进行优化调整。

中子源数量:可根据需要进行布置。


CB Omni Agile分析仪的灵活性使我们能够为所有水泥制造商提供符合需求的在线元素分析仪


获得实时分析回报

Get real-time analytics payback


1

采石场


有效管理库存,

延长采石场寿命

采石场的产量会随着时间的推移而变化。不同品味的原料被开采和耗尽,剥离物或废料累积增多,从而加速矿山枯竭。因此,稳定进厂矿石的可变性,搭配低品位矿石,不仅可降低整个水泥生产过程波动,且延长矿场寿命。


在线元素分析能够

精确控制库存LSF

通过实时元素分析,相对于离线X射线荧光 (XRF)测量来说,它能更好的降低进厂矿石 LSF的可变性(见图3)。LSF是石灰与Si、Al和Fe氧化物的比例,也是水泥的性能重要指标。

这种持续监控和控制预混合原料的能力意味着:


延长的采石场寿命

降低了库存间的波动,可取消预均化堆场;降低库存,提高了物资管理的成本效益。


2

窑炉


控制LSF,以经济高效的

方式生产低碳水泥

原料混合优化是调整窑炉进料以控制水泥化学成分的另一个机会。

硅铝质,铁质校正材料的搭配,对于稳定生产至关重要。在这一点上,可引入替代原料,如粉煤灰、高炉渣、催化剂细粉(化学废料),飞灰等减少了对昂贵的校正材料的依赖,同时提高了可持续性。


在线元素分析可精确

控制窑炉进料的 LSF

实施在线PGNAA可以严格控制生料磨机进料的LSF(见图4)。如图可见LSF可变性降低约50%。

能对窑炉进料LSF进行更严格的控制意味着:

更低、更稳定的窑炉能耗

节省原料

更长的窑砖寿命

更多的可代替物料掺入

更稳定的熟料质量


构建适合您的解决方案

Build the solution that works for you


我们提供构建有效手动和自动控制解决方案所必需的软件。这些利用实时数据固有价值的解决方案包括:

以相关形式呈现元素分析,并实现预混合或原料混合优化等水泥业务的SPC。

实现在线分析仪的在线校准

利用这些解决方案,您可以提高水泥生产效率,保证产品质量,达到可持续发展目标,并将成本降到最低。


选择PREBOS或RAMOS

软件定制水泥厂控制方案

Thermo Scientific™预混合优化软件(PREBOS™)是一款库存管理专用软件。该软件与跨带式在线元素分析仪配合使用,以最大限度地减少库存可变性。图7显示了PREBOS软件自动操纵四种不同材料的进料速率,以构建LSF为98的库存。

原料优化软件(RAMOS)是用于优化窑炉进料的类似软件。该软件与跨带式在线元素分析仪配合使用,控制窑炉进料的混合比例,保持成分一致。图8显示了RAMOS软件操纵四种不同材料的进料速率,以实时控制原料混合成分(上方趋势图);基于每小时XRF数据的控制见下方趋势图。RAMOS执行更频繁的变更,但使LSF处于更精准的控制之下(注意y轴的差异),将LSF标准偏差从5.1降低到 1.8。

PREBOS和RAMOS软件在工厂连接方面非常灵活,且易于配置,能生成符合行业规范的图表和趋势图。两种软件都可以无缝集成到整个工厂控制系统中,以提供关键的控制功能。两种软件都可以:

自动控制多种原料的进料速率

优化混合质量

确定目标的优先级,以最大限度地降低成本,同时满足QC要求。


Thermo Scientific™ AccuLINK™ 软件,

用于自动在线分析仪校准

对于水泥生产,离线XRF分析仍然是QC的基准。AccuLINK软件通过不断将在线数据与现场实验室的结果进行比较,使在线元素分析仪尽可能接近现场实验室基准。

它可生成用于数据比较的统计和图形信息,以通过自动校准保持在线系统的准确性。AccuLINK软件是一款强大的诊断工具,以最少的手动输入确保了实验室的准确度,从而显著提高LSF的一致性(如图10)。

通过精确的自动化控制,您可以更轻松地提高水泥生产效率,保证产品质量,达到可持续发展目标,并将成本降到最低。提高水泥生产作业的效率并加强其可持续性。


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