石灰窯回收二氧化碳發電電燒石灰的可行性研究
——燃料無成本生產石灰技術快步向我們走來
一、概述
目前，社會的發展面臨著能源和環境兩大難題，面對制約發展的瓶頸，亟需開發新型清潔能源、提高能源利用效率。新能源的開發已經成為全球的關注焦點，對于我們這樣一個目前仍以傳統能源為主要能源的大國來說，大力開發新能源就顯得意義更加重大，開發新能源不但可以相對減少對進口能源的依賴，而且還可以達到節能減排的目的。走新型工業化道路，用高新技術和循環經濟技術改造傳統的高耗能產業。改變資源利用方法，建立循環生產模式，發展科技含量高，經濟效益好，資源消耗低，環境污染少的新能源工業體系是今后我國乃至全球能源發展的一個必然趨勢。
近年來,全球氣候變暖日益引起國際社會的普遍關注,成為世界各國共同面臨的危機和挑戰。世界上的發電站每年都在燃燒煤炭、石油、天然氣，它們一年排放120億噸二氧化碳。家用或商用供暖設備則會產生110億噸二氧化碳。目前,中國二氧化碳的排放量已經超過美國，位居世界*，二氧化碳減排的壓力越來越大。因此研究適合于中國國情的二氧化碳減排道路，不僅有利于我國的可持續發展，而且對緩和全球氣候變暖具有重要意義。
CO2作為*受關注的氣體之一，不僅被認為是導致地球溫室效應的罪魁禍首；同時，它也在特定條件下具有特殊的性能，可作為良好的工質應用于工業生產過程。目前，我國石灰產業生石灰產年產量為2.8億噸，每年可產生2.2億噸二氧化碳氣體，而且80%的石灰生產采用煤炭生產，每年用于石灰生產的煤炭約4000萬噸。如果把石灰生產中的二氧化碳收集起來用于發電生產石灰，對我國石灰行業的節能減排及環境友好帶來積極的貢獻。
二、二氧化碳發電的技術背景與發展趨勢
超臨界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide, S-CO）是指溫度和壓力均在臨界值以上的二氧化碳流體，將其用來做動力循環的工質，它能在很小的體積內傳遞很大的能量。S-CO循環發電具有環境友好、熱效率高、經濟性好等特點，是未來清潔高效發電技術和能源綜合利用技術的熱點研究方向，是一項將帶來發電變革的新技術。
內容摘要：1、國外超臨界二氧化碳循環發電的研究現狀: 目前，超臨界二氧化碳（SCO2）布雷頓循環發電技術被普遍認為是具有革命性、顛覆性的國際前沿技術。目前，通用電氣全球研究中心和美國西南研究院正在研發10MW級SCO2工程樣機并在建設示范工程；英國、法國、捷克、日本、韓國等均開展了S-CO循環發電的相關研究，美日等國的研究機構和企業已經開發出了試驗原型機和工程化樣機。2、我國的研究進展: 我國在2012年左右開始基礎技術的分析和設計的研究。S-CO循環發電作為重要的能源裝備發展已列入《中國制造2025——能源裝備實施方案》。2018年5月，中國電機工程學會發布《能源動力領域十項重大工程技術難題》，S-CO太陽能熱發電技術被列為其中之一。2018年9月和11月，中科院完成了國內首座大型S-CO壓縮機實驗平臺和雙回路全溫全壓S-CO換熱器綜合試驗測試平臺的建設工作，填補了國內相關試驗測試平臺的空白。
三、二氧化碳發電及電燒石灰技術的研發進程與展望
截止2019年底，采用石灰窯窯氣回收二氧化碳發電并直接用于電燒石灰生產技術無論在國外還是國內還沒有發現相近或可參考的技術。
內容摘要：目前，采用石灰窯窯氣回收二氧化碳發電并直接用于電燒石灰生產技術只有唐山金泉冶化科技產業集團旗下的“唐山金泉成套設備有限公司”和“唐山市豐南區金泉冶金能源新技術開發有限公司”（以下簡稱唐山金泉公司）擁有的多項自主知識產權的專利和專有技術，該項系列技術已經在2012年11月被“中國石灰產業學會”立項并重點支持的研發課題，命名為“1211工程”。這個項目是唐山金泉公司于2012提出設想并立項研究，2015年研制出原理性裝置，2017年推出實驗室樣機，到2018年時就研制出符合中試及應用規范的高性能電燒石灰及發電中試裝備。這是國內首次實現的真正意義的“二氧化碳發電”裝置及采用電能生產石灰的裝置。
從唐山金泉公司的產業發展規劃來看，“電燒石灰技術”已經開始應用到該公司2019年*新推出的“第四代新型節能環保內置循環負壓工業石灰豎爐”即“煤電一體化石灰豎爐項目”。示范項目已經在青海省的格爾木市、江西省的撫州市、湖南省的永州市等地開工建設。這些項目是唐山金泉公司電燒石灰技術“三步走計劃”的開始，即“分步實施，階段性應用”方案。*步首先在燃煤生產石灰的工藝上進行提升，確保用戶前期能夠生產出優質石灰。第二步在此基礎上實施電燒石灰技術的初級工藝配置進行階段性和功能性應用。第三步待二氧化碳發電技術在工業應用成熟后逐步改造實施電燒工藝，*終實現煤電一體化煅燒石灰及獨立電燒石灰的目標。
從上述調研結果和了解的信息來看，雖然采用二氧化碳發電生產石灰工業化應用及普及還有一段距離，尤其是大型化發電裝置的制造技術及設備的耐用度和可靠性需要進一步測試和提升。或許，作為一個沒有工業基礎的新技術開發應用，二氧化碳發電系統在基礎熱工特性、應用構建理論、系統運行控制策略、關鍵設備設計、材料選擇等方面可能還面臨很多技術挑戰。但是，我們有理由相信唐山金泉公司有能力也有信心把這項事業搞好并延續，這是我們大家所期盼的。
四、綜述
中國石灰產業學會與北方爐窯協會專家組通過對該項技術的跟蹤調研后指出：二氧化碳發電具有環境友好、熱效率高、經濟性好等特點，是未來清潔高效發電技術和能源綜合利用技術的熱點研究方向，是一項將帶來發電變革的新技術。同時，該項技術也是一項復雜的系統工程，需要有計劃地整合各方資源、有意識地組織廣泛的合作才能取得實質性的突破。建議學會統籌好行業內各項資源，鼓勵高校科研機構與企業積極行動，有規劃有分工地加入此項目技術攻關，支持產學研協同合作。
文章為摘要部分，文章全部內容詳見《石灰產業》2020新年特刊。本期《石灰產業》2020年新年特刊在2020年01月中旬已經內部發行，發行后受到好評和關注，應廣大讀者要求及工作需要以及回饋讀者對微信“石灰窯生態圈”的關注與關愛，決定再版重印發行。文章精選中國石灰產業學會2019年年會會刊資料中優秀論文、2019年度期刊優秀文章、2020年新推薦文章等組成。內容結合了我國石灰發展前景和石灰企業自身的特點，既有前沿理論與分析，更有科學性與實踐性相結合的特點，對行業具有指導性意義。值得投資者和企業家和管理人員閱讀。2020新年特刊《石灰產業》主要欄目有：投資風向標、學術研究、生產實踐、瞭望臺、市場動態、名企專訪等特色欄目。
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