本文是關于數字化技術在水泥工藝流程優化的介紹，該案例已在今年6月的<World Cement>雜志進行發表。Testo 煙氣分析儀作為水泥工藝過程中數據采集的源頭，在其中起到了不能缺少的作用。 

Matthias Schumacher（Aixprocess 公司）、Felix Bartknecht 和 Tilmann Prasser，Testo公司詳細闡述了精準的煙氣測量與數字建模技術，如何通過數據驅動的工藝優化，正在改變著水泥生產。

全球水泥行業正日益聚焦于提升運行效率、降低排放并推動盈利能力增長。實現這些目標需要集成先進的數字解決方案、實時工藝監測與精準測量技術。自 2021 年以來，Aixprocess 依托 Testo 的便攜式煙氣測量技術，推動水泥行業的工藝優化與排放控制，通過數據驅動解決方案與專業知識應對關鍵挑戰。

工業工藝優化領域

的數字先鋒

總部位于德國的 Aixprocess 公司是咨詢與數字解決方案提供商，憑借二十余年工業工藝優化經驗，專注于 AI 驅動建模、數字孿生、計算流體動力學（CFD）建模以及工藝與排放監測。該公司開發的先進控制策略，以提升水泥生產的能源效率、增加產量并降低環境影響。Aixprocess 利用商業及自有建模工具，在水泥制造、化工、冶金和制藥等行業全面提升工藝控制與可持續性。其核心業務在于將數字生成的知識轉化為實際解決方案，以優化工藝設計與管理，同時實現系統的經濟與生態雙重優化。

在惡劣條件下

提供精準煙氣數據

Testo 在為 Aixprocess 的咨詢服務提供高保真排放與工藝氣體數據方面發揮著重要作用。在這方面，testo 350 煙氣分析儀可對一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和氧氣（O?）等關鍵工藝氣體進行精準實時監測，即便在高溫、高粉塵的惡劣工業環境中也能穩定工作。

水泥生產是高能耗過程，也是溫室氣體排放的主要來源。為開發物理工藝模型與 AI 驅動控制方案，需要精確了解每個工廠的運行條件及相關性。由于數字孿生僅在獲得高質量輸入數據時才能提供可靠預測，因此工藝氣體的精準測量對于此類項目的成功至關重要。

Aixprocess 公司水泥技術總監 Matthias Schumacher 表示：“然而，水泥廠生成的數據往往不完整或缺乏可靠系統建模所需的質量。此外，惡劣溫度、高粉塵濃度、波動的運行條件和受限空間，對數據采集構成了重大挑戰。"Testo 350 煙氣分析儀應對了這些挑戰：作為 aixprocess 工藝審計的一部分（通常持續 2-3 天的測量，包括燃燒計算和化學平衡分析等），testo 350 有助于建立工廠全面的物料與能量平衡。為此，需在工廠工藝和廢氣流的不同點位對 CO、NOx 和 O?進行手動測量。這些氣體的測量大都在溫度 300–1000 ℃、多塵工況，且空間受限的環境中進行。

實際應用中的

精準測量

為支持 Aixprocess 承擔的挑戰性任務，testo 350 控制單元提供無縫測量管理，配備結構清晰的圖形顯示和用戶友好界面，整體采用堅固便攜的設計，可靈活部署于工廠多個位置。與分析箱結合使用時，最多可搭載六個氣體傳感器，其中五個為可選傳感器。除O?傳感器外，該配置允許操作人員從CO、NO、NO?、SO?、H?S、CxHy 和 CO?-IR等傳感器中選擇。額外的測量范圍擴展功能可實現高氣體濃度下的無限測量，這在測量期間較為常見。該系統的另一優勢是緊湊輕便的設計，便于運輸，即使在難以到達或受限的測量位置也能可靠使用。

通過利用testo 350 的實時測量數據，Aixprocess 能夠提高其數字孿生的準確性，從而對能源效率、燃料消耗優化、燃燒過程穩定性、排放控制、運行可靠性和工藝正常運行時間等關鍵因素進行更精確的預測。這些數據驅動方法支持智能控制系統的開發，該系統能夠基于實時條件動態調整窯爐運行，從而提高效率、節省成本并減少排放。

驗證結果數據

驅動洞見如何改善水泥廠性能

過去，在 Aixprocess 的咨詢支持和testo 350 測量數據的幫助下，多家工廠成功識別了工藝問題。例如，已發現的問題包括工藝中過量的漏風空氣侵入、旋風筒堵塞、“雪球" 形成、嚴重腐蝕、脫硝系統中氨注入效率低下或注入過量、燃燒器控制不正確以及流量、物料或燃料的差異等。優化這些工藝后，部分案例中工廠可用率從 65% 提升至 79%，顯著改善了工廠可用性和生產效率。此外，在其他案例中，總熱替代率提升超過 10%，相當于節省約 50 千卡 / 千克熟料。

這兩項改進均為水泥生產的脫碳做出了重大貢獻。在選擇性非催化還原（SNCR）運行中，氨消耗成本每年節省約 30 萬歐元，為客戶帶來不到一年的投資回報。

顯然，使用testo 350 煙氣分析儀進行的測量提升了Aixprocess 開發的仿真、數字模型和基于 AI 的控制系統的質量，即使在水泥廠內的非可測現象中也能實現準確預測。通過對這些工藝進行精確建模，制定了有針對性的措施，并成功實施和驗證，以減少 CO?的排放。

此外，水泥生產商通常也能從所提出的優化措施中獲得成本節約。

自集成到Aixprocess 主導的項目中以來，testo 350 已在美國、土耳其、希臘、葡萄牙和瑞士等多個國家的水泥廠部署。這種測量技術的采用凸顯了其在優化水泥生產工藝中的可靠性和有效性。這甚至促使工程總承包商（EPC）、設備制造商、其他咨詢公司和水泥廠將 Testo 的測試氣體測量技術納入其服務和維護設備組合。

以數據、創新與合作

為水泥行業的未來賦能

隨著水泥行業在數字化和脫碳需求的推動下，正經歷著根本性變革，氫與合成氣燃燒以及富氧燃燒工藝等新興技術正勢頭漸勁。

為成功開發和實施這些創新，精準的煙氣成分分析和深厚的行業專業知識至關重要。Testo 與 Aixprocess 的合作在推動工藝優化和排放控制進展方面發揮著關鍵作用。通過促進創新，這種合作將繼續推動行業向更可持續、技術更先進的未來邁進。