案例2科技賦能助力水泥企業低碳轉型之路項目主要完成單位：天瑞新登鄭州水泥有限公司主要完成人員：李強、李紅克、劉宏遠、馮勇杰、郭懷民、邢樂樂、李玉吉水泥是一種粉狀的膠凝材料，主要由石灰、硅酸鹽、鐵酸鹽等原料經過研磨、混合和煅燒等工藝制成，是建筑工程中最常用的建筑材料之一，用于制作混凝土、砂漿、磚塊等各種建筑構件，如樓房、橋梁、道路等。但是隨著經濟社會的發展，現代越來越注重水泥的資源節約與環保生產。一、項目背景無論是國家層面上，習近平主席正式提出中國的碳達峰碳中和目標，國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》，要求全國有力有序有效做好碳達峰工作；或者是地方政府印發了諸如《河南省碳達峰試點建設實施方案》《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的實施意見》等政策文件，推進經濟社會發展全面綠色轉型，促進形成“1+N"政策體系，都明確展示出一個觀點，即綠色低碳之路已成為水泥企業的發展必經之路。然而，水泥行業的轉型道路任重且遠。新出臺的國家標準《水泥單位產品能源消耗限額GB16780-2021》對能耗限額等級做出了更為嚴格的規定。以能耗最低的1級為例，限定水泥單位產品綜合電耗1級≤80kgce/t、熟料單位產品綜合能耗1級≤100kgce/t、熟料單位產品綜合電耗1級≤48kwh/t、熟料單位產品綜合煤耗1級≤94kgce/t、水泥制備工段電耗1級≤26kwh/t，為水泥行業提出了新的挑戰。為此，水泥企業亟需不斷加大創新研發投入，推動工業綠色轉型升級。天瑞新登鄭州水泥有限公司開展科技賦能助力水泥企業低碳轉型之路項目，按照“用地集約化、原料無害化、生產潔凈化、廢物資源化、能源低碳化”原則，建立綠色工廠系統評價指標體系，把節能環保與企業發展結合起來，依靠科技進步，建設企業能源管理中心，建立能源管理體系并持續有效運行。針對生產環節節能降耗、節能降碳、綠色發展、綜合利用、裝備研究等制約公司的瓶頸問題，提高能源和資源利用效率，持續開展低碳科技創新，推進綠色工廠建設，通過科技賦推動工業綠色轉型升級。二、創新點及相關技術內容創新點1：基于全過程理念夯實低碳生產基礎傳統水泥生產的原材料采購和管理相對分散，取樣和檢驗管理不夠嚴格，存在劣質原材料進廠的風險，并且通常采用單一的生產工藝、各工序未實現統籌協調，對原材料的合理規劃和搭配不夠充分，存在較高的碳排放量，生產過程中可能會對環境造成污染。針對上述現實問題，項目首先重點強化對進廠原燃材料的取樣和檢驗管理，形成多部門聯合監督機制，有效地防止劣質原材料進廠。其次，合理規劃場地，對不同質的物料分開堆放，合理搭配。最后，對礦山石灰石的多個采面質量情況建立數據庫，根據開采規劃和質量指標制定合理的搭配比例，從而保證了各種原材料的質量穩定性。通過高固廢摻量的低碳水泥生產技術應用，使用其他工業企業產生的粉煤灰、脫硫石膏、有色金屬冶煉廢渣、電石渣、煤矸石、選礦廢渣粉末等固體廢棄物，加大產品原料中非碳酸鹽原料占比，提升低碳物料使用率，開展資源綜合利用。項目2022年利用各類工業廢渣112萬噸，實現固體廢棄物綠色化處理及應用。打造礦山+骨料+水泥的一體化經營模式，建設水泥灰巖綠色產業鏈；建設100萬噸骨料生產線，利用采礦廢渣生產骨料、粉末用于水泥生產，實現廢物資源化利用。2022年水泥綜合固體廢物利用率39.33%，其中PO42.5及以上等級水泥固體廢物利用率22.9%，PF32.5水泥固體廢物利用率41.29%，研究水泥窯協同處置垃圾衍生可燃物的應用，降低產品生產過程中的碳排放，實現產品綠色低碳升級。創新點2：改造軟硬件實現節能降耗傳統水泥生產在能源管理上通常較為分散，缺乏整體性的管控系統，對能源利用情況缺乏全面的了解，生產線設備常采用傳統的控制方式，且普遍存在設備老化、技術落后的現象，整體能源消耗與碳排放量均較高，存在資源浪費與環境保護不到位的情況。為此，項目開展以下軟硬件改造以期實現整體的節能降耗。一是建立能源管理中心，實現集團—分/子公司—車間—主要工藝環節的能源管控一體化，通過對生產全過程各工藝、重點用能設備能耗數據的實時監測，通過可視化能效分析系統進行能效分析，實現能源的精細化考核，提高公司的能源利用效率及能源管理水平。二是使用生產線設備采用變頻節能控制，生產線22kW以上電機采用變頻電機或采用變頻調速裝置、高壓斬波控制裝置，節約電力消耗。并且，2020年1月對全廠125臺淘汰落后電機進行節能更換，全部采用二級能效節能型電機，2020年6至10月又采購18臺二級能效節能電機用于廠區內老舊電機更換，新購置設備或技改項目全部采用節能型電機，將篦冷機更換為節能水平更高的史密斯第四代篦冷機，配套冷卻風機更換為節能型風機、采用變頻調速控制，降低熟料燒成煤耗及電耗。圖SEQ圖\*ARABIC37史密斯第四代篦冷機與節能型冷卻風機三是實施工藝余熱回收利用，回轉窯配套安裝9MW純低溫余熱發電裝置，建設了回轉窯筒體余熱回收裝置、空壓機余熱利用裝置，廠區余熱利用裝置齊全。同時，項目將窯尾排風機及立磨循環風機節能更換為新型節能風機，將余熱發電循環水泵更換為節能型水泵、配套二級能效節能電機，以及將回轉窯主傳動系統、羅茨風機、電力室空水冷裝置等各類裝置進行節能化改造，節約能源、資源消耗。圖SEQ圖\*ARABIC38DF5701中子在線分析儀與在線配料系統四是采用東方中子活化多元素分析系統，進行生料元素自動在線分析，調配物料下料比例，使生料率值穩定在設定的目標值附近，從而可做到生產過程配料實時、精準控制，節約工藝能源消耗，穩定了熟料質量。創新點3：實施對內節能技改與對外排放管控傳統水泥生產通常在脫硝方面采用較為簡單的技術，存在著一定的脫硝效率不高的問題，導致氮氧化物等有害氣體以及粉塵、廢水外排的情況，對周圍水體和環境造成一定程度的污染。針對上述問題，項目應用德國洪堡氣化爐深度脫硝技術，進行脫硝深度治理改造，并且在廠區進行物料密閉輸送、料棚噴水抑塵、生產過程除塵器改造、進出廠車輛自動沖洗等無組織排放改造，廠區設置揚塵在線監測儀，實現無組織排放實時監控。同時，生產過程全部采用循環水，無廢水外排，并建設240t/d生活污水處理系統和雨水回用系統，將處理水、雨水收集后用于綠化灌溉、道路澆撒及景觀水體等使用。圖SEQ圖\*ARABIC39德國洪堡深度脫銷技術示意圖創新點4：建立MES與ERP集成控制傳統水泥生產在生產過程中缺乏全過程的閉環管理系統，在產品生命周期管理方面存在著信息不暢、數據不全等問題，生產信息收集和分析不夠及時和精準，物流系統可能存在人為操作和管理不足的情況，效率和準確性有待提高，難以做到全面監控和管理。針對上述問題，項目建立了生產制造執行系統（MES），實現全過程閉環管理，并與企業資源計劃管理系統（ERP）集成，建立了車間級的工業通信網絡；建設智能物流無人值守系統，自動識別國五以下高耗能車輛并禁止進入，可實現門崗自助終端無人值守、排隊、車輛調度、自動計量、進出廠車輛自動沖洗，同時完成車輛的質檢、化驗、動向跟蹤，通過無人值守應用實現廠內物流信息采集的全自動化管理。信息貫穿于生產制造、安全環保、質量、物流等環節，實現產品的全生命周期管理。圖SEQ圖\*ARABIC40生產制造執行系統（MES）三、經驗總結與推廣價值科技賦能助力水泥企業低碳轉型之路項目結合企業生產經營實際狀況進行綠色低碳生產與運營，升級改造生產設備，促進技術工藝的低碳推進，建立工作機制確保實施保障，采用多種減排措施形成體系，在水泥行業實現碳達峰碳中和方面具有一定的借鑒意義。項目的經濟、環境與社會效益顯著。根據天瑞新登鄭州水泥有限公司測算結果，項目實施后，與2019年相比，2022年可比熟料綜合電耗降低3.77kwh/t，可比熟料綜合煤耗降低4.34kgce/t，2022年水泥綜合固體廢物利用率39.33%，污染物排放指標達到“顆粒物≤10mg/m3、二氧化硫≤35mg/m3、氮氧化物50mg/m3、氨逃逸不高于8mg/m3”的要求。依據年生產熟料150萬噸計算，對比改造前，2022年節約電能565萬度，節約標煤6500萬噸，依照市場