解疑答惑|電燒石灰路在何方？
近期，隨著國家《關于推動能耗雙控逐步轉向碳排放雙控的意見》的實施，石灰生產企業對二氧化碳排放控制技術及新能源生產石灰技術等領域的關注與日俱增，尤其是對電燒石灰技術的進展和應用現狀再次成為熱點，而且近期出現了很多“炒作電燒石灰概念”現象，對一些不知內情的從業者造成了誤導，很多從業者也提出了質疑。根據廣大會員及讀者要求，中國石灰產業學會近期組織了相關專.業技術人員，對目前國內電燒石灰應用的真實現狀進行了調研，通過走訪和問詢以期解開相關問題，還原“電燒石灰的真實現狀”。本期編者采訪了此次調研行負責人、中國石灰產業學會專委會副秘書長孫武生，以大家關注的熱點為切入點，采用問答形式，從學術和專.業角度以第三方視角總結了相關熱點問題并進行了解答。以下編者簡稱“問”、孫秘書長簡稱“答”。
1、問：目前電燒石灰方式主要有哪幾種？都有哪些特點？
答：從目前技術應用角度來看，主要有豎爐電極法、豎爐電阻法、豎爐高溫空氣法（無焰燃燒）、豎爐真空法、雙膛窯感應加熱法等工藝技術，都能夠實現電能生產石灰。
電極法是借鑒電石生產工藝通過在或密閉的電爐中，依靠電弧高溫熔化反應而生成石灰。該項技術是石料在電爐內經過電極電弧墊和爐料的電阻熱反應進行加熱，需要部分含碳原料，如：焦炭、無煙煤或石油焦等含碳燃料引弧助燃，不是單一的純電能生產石灰技術。該項技術特點是升溫快、溫度高，缺點是能耗太高、石灰生過燒率極高。
電阻法是以實驗室中的馬佛爐技術原理上的技術延伸，由于電阻導熱的特性，僅適用于在靜止的窯爐爐璧上安裝電阻加熱，應用案例僅限于實驗室、高純度的小型產量的氧化鈣生產中，爐型結構主要是隧道窯結構，采用連續步進式加熱方式。也有采用螺旋輸送加熱、回轉窯內安裝加熱盤等方法生產的。但是，由于限于電阻自身的加熱的缺陷，該類技術存在無法產能大型化、能耗過高的缺點，而且，電阻材料應用時間短、損耗過高。
高溫空氣燃燒技術亦稱為無焰燃燒技術，是一項燃燒領域的高新技術，具有不同于傳統燃燒技術的新特點，是90年代以來發達國家開始普遍推廣應用的一種全新燃燒技術。空氣燃燒技術在我國的發展剛起步，尤其是高溫空氣法生產石灰技術目前國內僅有“唐山金泉冶化科技產業集團”旗下的“唐山金泉冶化科技產業有限公司”和“唐山金泉成套設備有限公司”兩項專利技術。該項技術實現了“無焰”燃燒，所采用的技術方案是一種電加熱產生1000-1500℃范圍的熱風高溫空氣來煅燒石灰，包括電燒爐爐體，熱能轉換系統、熱能蓄熱體、高溫無焰燃燒系統等。事實上，該項技術原理來源于傳統鋼鐵行業煉鐵高爐的熱風爐原理，即蓄熱式熱風爐。只是該項技術創新的把電加熱裝置、熱能蓄熱體、燃燒裝置等三個不同功能的工藝裝置設置在一個組合體內，形成一個完整的加熱、蓄熱、煅燒一體化的新型多功能爐體。不同于高爐熱風爐需要單獨建設多組熱風爐的問題，解決了其投資高、占地多的缺陷。該項發明也解決了采用電能生產石灰時電能所轉換的熱能無法直接加熱被加熱體，而且無法把熱能儲存及無法精確控制熱負荷和熱風溫度的問題。
真空法是采用在負壓真空空間進行電加熱煅燒石灰，解決了傳統石灰窯采用煤炭或氣體煅燒時石灰活性度與石灰石分解速度之間的矛盾及石灰受燃料或爐氣污染的問題，因石灰石在負壓真空中分解速度快，煅燒溫度低和煅燒時間短，所以熱損小，能耗低；獲得的石灰具有活性度高、反應性強的優點。該項技術是“唐山金泉冶化科技產業集團”旗下的“唐山金泉冶化科技產業有限公司”和“唐山金泉成套設備有限公司”獨家擁有的一項發明專利技術和一項實用新型專利技術。其關鍵技術旨在收集石灰生產中產生的全部二氧化碳氣體，由于是無焰、無氧燃燒，可以直接收集95%以上濃度的二氧化碳氣體，大幅度降低了二氧化碳回收中的凈化、加壓、分離等設備的投資，非常利于石灰生產中實現二氧化碳氣體的工業化應用，包括輕質碳酸鈣、納米鈣等石灰深加工領域。與傳統的燃煤或燃氣石灰窯二氧化碳氣體含量只能達到25-35%含量相比極具應用前景。
感應加熱法是基于電磁感應加熱原理，通過電磁控制器將工頻交流電整流成直流電，再通過逆變器將直流電轉換成高頻交流電。高頻交流電通過纏繞在加熱爐體外的感應線圈產生磁場，爐體通過電磁感應產生渦流。目前，眾多的渦流電路加熱爐體，主要用于烘干物料用途，都能夠達到快速加熱爐體內水的目的，用以直接生產石灰目前還沒有太成熟的應用技術。
2、問：目前電燒石灰技術應用情況如何？主要問題在哪里？
答：雖然上述這幾項電燒石灰技術從原理及實施情況看，都能夠生產出石灰，可是從我們調研的情況看，目前還沒有大規模應用于生產石灰的實施案例，僅有部分應用于實驗場所或應用于高端石灰產品深加工用途的小型產量的石灰生產應用。我們綜合分析了原因只有一個：“成本問題”，這個是目前制約電能生產石灰的主要問題。
3、問：電能如何轉換？電燒石灰的能耗成本如何計算？
答：在電燒石灰工藝中，電能轉換方式很關鍵，我們可以先從電能轉換原理和電能轉換率說起。
我們知道，生產石灰需要的是熱能，但是電能是無法直接應用的，
電能和熱能是兩種不同形式的能量，它們之間是需要互相轉化的。將電能轉換成熱能的是各種各樣的電加熱元件、電熱設備和電熱電器；
目前，電能轉換成熱能的形式：按其原理可以分為：電弧加熱、電阻加熱、介質加熱和感應加熱四大類：
第.一類是電弧加熱，是利用電極與電極之間，或電極與工件之間產生的放電而使空氣電離形成電弧發出高溫來加熱物體。
第二類是電阻加熱，是電熱轉換的主要形式，它分為直接加熱和間接加熱：直接加熱就是使電流通過被加熱體本身，利用其本身的電阻發熱而達到加熱的目的；間接加熱就是利用專門材料制成的產生熱量，通將熱量傳遞到被加熱體。
第三類是介質加熱，介質加熱是將被加熱體放置在高頻交變電場中，利用被加熱體介質損失而加熱。
第四類是感應加熱，分鐵心感應加熱和無鐵心感應加熱。
上述電能轉化方式根據熱能的效率，采用不同的方式，轉化率也不同。目前比較適用于石灰生產的電能轉化熱能方式主要是電阻和感應兩種方式。
根據理論數據及生產實踐數據顯示：一度電產生的熱能理論值為3600千焦（860大卡）；電阻轉化率在80%左右，即1度電=3600×0.8=2880千焦（688大卡）；感應轉化率在90%以上，即1度電=3600×0.9=3240千焦（774大卡）。
我們生產一公斤石灰需要的理論熱能是890大卡（890/860），即需要1.035度電。或者理解為生產一噸石灰需要890000大卡熱量，換算成電能就是1035度電（1000×1.035）。
這只是在一度電產生的熱能理論值為3600千焦（860大卡）的數據基礎上的計算，如果考慮電能轉化率在90%以上，1度電*高可以產生774大卡。
即生產一公斤石灰需要的理論上需要1.155度電（890大卡÷774大卡/度電）。生產一噸石灰需要1150度電（890000大卡/噸灰÷774大卡/度電）。
目前，我國主要地區的工業用電價格在0.55-0.6元范圍，采用電能生產一噸石灰就理論上就需要570-629元 [1035×（0.55-0.6）]范圍，如果按照電能轉化率90%計算就需要632-690元[1150×（0.55-0.6）]范圍。這個成本已經大大高出我國大部分地區的石灰售價，而且這只是燃料能耗成本，還不包括運行電費、石料成本、人工成本、檢修和大修費用等直接生產成本。如果按照傳統石灰生產方式中的燃料成本占石灰生產成本60%的方式計算，這種電能生產的石灰總成本至少在800-900元范圍，目前國內石灰價格大都在350-500元范圍，顯然，這個成本價格很不現實。
4、問：電燒石灰的成本如此之高，有沒有降低成本的途徑？
答：上述成本中是按照理論能耗計算的，即煅燒一公斤石灰需要890大卡熱量，在實際生產中，由于煅燒工藝不同，這個數值還要被打破，比如：普通豎窯的能耗為＞950大卡（折合標煤135.7 kg/噸灰）（折合1227度電/噸灰）、回轉窯的能耗為＞1350大卡（折合標煤192.8kg/噸灰）（折合1744度電/噸灰）。而雙膛豎窯由于先進的蓄熱原理有著較低的熱耗，目前指標是小于850大卡（折合標煤121.4kg/噸灰），先進的指標已經低于830大卡（118.5 kg/噸灰）。
如果按照雙膛豎窯*低能耗830大卡（118.5 kg標煤/噸灰）折合成電能也要1072度電/噸灰（830000大卡/噸灰÷ 774大卡/度電）。
通過以上數據可以得知，采用電能煅燒石灰所用能耗至少在1000度以上。而且從目前傳統石灰生產工藝來看，還沒有其它更好地節能途徑。
5、問：目前有一種懸浮窯是否可以達到節能目的？
答：懸浮窯技術來源于水泥行業。我國第.一條煅燒石灰的懸浮預熱分解窯是上世紀九十年代Polysius為寶鋼建設的懸浮預熱分解窯煅燒粉狀石灰生產線。建設了一條懸浮預熱分解窯，但由于該窯設計時間是在上世紀八十年代，當時水泥的預熱分解技術也不是十分成熟，因而設計缺陷比較多，在現在看來技術比較陳舊、落后，因而該生產線的效果也就可想而知了，Polysius在寶鋼的懸浮預熱分解窯沒有達到設計要求，后來經過寶鋼的努力改進，該生產線基本可以正常運行，但由于設計的缺陷，始終不能達到滿意效果。但仍取得了每公斤石灰熱耗800大卡的效果。之后Polysius在為Atstralia建設煅燒粉狀原料的石灰生產線時，沒有使用與寶鋼相近的懸浮預熱分解窯，而是選用了帶四級懸浮預熱器的回轉窯。該系統與煅燒水泥熟料的懸浮預熱器窯除冷卻部分不同以外，其他部分完全相同，該生產線由于系統熱損失較大，雖然在產品質量上比寶鋼的懸浮預熱分解窯粉狀石灰生產線得到提高，但熱耗卻比煅燒塊狀石灰的回轉窯生產線還要高， 只取得了提高原料利用率的效果。
隨著水泥行業懸浮預熱分解技術不斷的進 步，目前，我國研究開發的懸浮預熱分解窯煅燒粉狀石灰生產線目前在國際上已經處于領先水平，分解爐使用了離線型分解爐，其分解效率可以達到95%以上；而且還增加了反應釜工藝，這個技術是保證產品質量的極重要的措施， 它解決了石灰懸浮預熱分解煅燒石灰影響產品質量的瓶頸；
用無機熱傳導換熱器進行余熱交換，大大降低了煅燒石灰所需的熱量，使系統的熱耗得到了大幅度的降低，生產每公斤石灰的熱耗降至800大卡以下。
雖然，能耗已經低于800大卡以下，換算成電能也需要1000度電，從節能角度也沒有顯現出特殊優勢。但是，與傳統的回轉窯能耗（*低1250大卡／kg）相比已經至少每公斤降低熱耗450大卡，折合節約標煤65kg以上，這個能耗指標是很不錯的。
不過，懸浮窯只是能夠煅燒1mm以下粉狀石料，理想的節能石料粒度是在0.01mm以下，其節能原理是小粒徑石料提高了分解速率。在我們傳統石灰豎窯普遍采用30-150mm粒徑石料的前提下，沒有對比意義。而且，石灰行業下游用戶所需要的石灰粒度絕大部分都是20-80mm粒度范圍，產品后續應用選擇渠道較窄。
再者，從投資角度也很難普及，目前，日產1200噸的懸浮煅燒生產線都在6000萬元以上，而且其工藝設備總高度都超過了100m,顯然，很難大范圍推廣應用。
6、問：近期，市場上有一種所謂“電磁加熱煅燒石灰技術”宣傳的很火熱，對電燒石灰是否有積極意義？
答：我們已經關注到這個現象，而且我們此次調研行重點就是對該項技術進行實地考察、調研，以期解開其中的“奧秘”。我們在調研中發現：截止目前，還沒有一家真正采用該項技術生產石灰的，僅有一些實驗性煅燒案例。所以，該項技術目前還僅存在于理論和宣傳階段，而且其理論和宣傳也嚴重誤導了消費者，比如：其宣傳視頻中的“煅燒一噸石灰只需350-400度電”、“節能30%”等用語更是離譜，我們在調研中與部分廠家溝通時甚至都不知道煅燒一公斤或一噸石灰到底需要多少熱能，也不知道石料中還有二氧化碳，可以說是所有數據都是“想當然”。其“節能30%”是指電磁的電能轉化率與電阻的轉化率相比的，不是煅燒石灰節能節能30%，這個屬于“偷梁換柱”的宣傳，很不“靠譜”。
但是，從另一個角度講，這個電磁加熱技術就是我們上述中“感應加熱”的一種，確實在目前所有電能轉化工藝中，轉化率應該可以達到95%左右，所以這方面是應該肯定的。從電能轉化角度來講也是對我們石灰行業的一個啟發和貢獻，值得肯定。
事實上，我們發現，該項“電磁加熱技術”在物料烘干方面應該是可行的，其“只需350-400度電”只是應用在回轉加熱污泥時的用電量。但是，烘干污泥中的水分與分解石灰石中的二氧化碳有著“天壤之別”，一個是常壓揮發水分，一個是分壓分解二氧化碳氣體（具有阻燃作用，在898℃時，碳酸鈣上面的CO2氣體的壓力達到１個大氣壓（101.3KPa）時才可以有效分解）。或者，可以理解為前者100℃就可以開始蒸發水分，后者在898℃時才能夠開始分解，這兩個溫度相差極.大，能耗沒有可比性。
另外，從加熱方式上是否可取也有待商榷，該類電磁加熱生產石灰是采用回轉窯結構方式，筒體采用不銹鋼等耐熱材料，筒體長度根據產量不同長度不等，筒體長度一般都在60-100m或更長。其加熱方式采用在筒體上設置幾十個（約每2m一個或其他間距）電磁加熱裝置，電磁加熱裝置包括加熱模塊，加熱模塊設置電磁線圈，電磁線圈與筒體進行感應加熱，把整個筒體或局部加熱至1000℃以上，加熱后的筒體與筒體內的石灰石進行直接接觸式換熱，在電磁煅燒石灰石燃燒過程中不需要氧氣（不需要供風）。
從這個加熱工藝看，與傳統的石灰煅燒有著本質的區別。我們石灰產業從業人員都知道，煅燒石灰傳熱方式主要通過窯內流動的炙熱的氣體與石灰石表面進行對流和輻射的方式傳給石灰石表面，石灰石由表及里主要由熱傳導的方式換熱。在窯爐內，高溫炙熱的氣體以對流與輻射的方式把熱量傳給石灰石表面，對流傳導輻射在不同溫度范圍所占比例不同，在800℃以下時，高溫炙熱氣體與石灰石之間的傳熱主要靠對流，在800℃～1000℃之間時，高溫炙熱氣體傳熱主要靠對流和輻射換熱。當溫度高于1000℃時，炙熱氣體與石灰石之間的傳熱主要靠輻射換熱，這時石灰石所吸收的熱量約90%通過輻射傳熱方式實現。
但是，這種電磁加熱方式只是靠單一輻射傳熱方式實現，也就是說只有當溫度高于1000℃時才開始對石料進行分解，1000℃以下時的溫度無法與石灰石進行分解，只是達到了預熱功能而已。所以，該項加熱方式能耗會比傳統石灰煅燒方式更高。
如果，換一個方式簡單解答就容易理解了，我們可以把煅燒石灰比喻成做飯，傳統石灰加熱方式就是“蒸飯”，電磁加熱就是“炒飯”。石灰石需要與轉動的筒體進行不停地翻轉才能達到傳熱效果，而且料層很薄才能有效導熱，白白浪費了筒體的大部分空間。
另外，從生產工藝結構來看也達不到節能效果，我們從上述講的石灰生產工藝可以知道，回轉窯的能耗是所有窯型中*高的，這主要是結構特點造成的，由于回轉窯只有煅燒帶和預熱帶，沒有冷卻帶，致使煅燒后的1000℃的石灰余熱熱能無法與石料進行熱交換，而且為了減少筒體自重，筒體保溫磚不能太厚，致使筒體散熱量也很高，所以，能量損失是造成回轉窯能搞過高的主要原因。同理，這種電磁回轉窯也走進了這個怪圈，其結構與傳統回轉窯相仿，而且筒體內部沒有耐火磚，僅僅是單一的不銹鋼材料筒體。試想，這種結構筒體外部無論如何保溫也不會達到節能效果的，比傳統的回轉窯能耗還要高。
7、問：那么，是否意味著“電磁煅燒石灰”是偽科學或者說是虛假宣傳？
答：“偽科學”的說法不太客觀，從單一的電磁煅燒石灰技術角度來講確實存在一定的誤區和偏頗的理念，其實這也是涉及到生產成本問題，或者說好的技術放錯了地方，生產成本不適用而已。假如在其它領域比如：烘干、加熱、換熱等地方可能就是一個很好的技術。至于“虛假宣傳”確實存在不負責任的一些誤導性宣傳，比如成本等問題。這個可能是涉及到專.業和領域問題，一個搞電氣的專家未必懂得燒石灰，一個石灰行業的專家也未必把電磁加熱原理說得清楚，僅此而已。
8、問:我看到網上的這些“電磁生產石灰”視頻留言呈現一邊倒的“負面評價”，如何理解？
答：我們在調研中也看到了這個現象，但是，對一項新技術的出現我們要保持理解和支持的態度，不能以“譏諷”、或“攻擊”為目的，大家互相交流，互相學習和探討，要以事實和數據來說話。比如，行業內的一名曾經被稱為“專家”的副會長，不分場合、不分地點，只要有新技術出現，不顧身份，就馬上攻擊、譏諷。但是，確拿不出任何數據，只是以什么“永動機”、“人有多大膽地有多大產”等譏諷言語。其實，這就涉及到人品和職業道德問題了，畢竟自己也是搞回轉窯的，因為新技術的出現會動了其奶酪，僅此而已。可喜的是，行業需要凈化、學術也要凈化，這個人目前已經被免去“副會長”職務，這個是我們早已經預測到的結果。
同樣是交流，大家也可能看到，中國石灰產業學會也有微信交流群，電磁煅燒石灰的視頻也曾有人發到這個群里面，沒有一個進行留言和評價的，為什呢？這是一個學術交流群，對一項技術還沒有認證、了解的情況下是不會輕易下結論的。對一項技術的否定，*好的方法是拿出更先進技術進行比對，讓結果說話。毛主席曾經說：沒有調查研究就沒有發言權！這句話放在這里很合適。這也是我們做技術、做研究的人遵守的基本職業道德。事實上，我們這次調研行也是遵循這一原則的。
當然，我們的調研工作由于時間短促，也未必全面，僅是“拋磚引玉”，讓更多的、有助于石灰產業發展的好技術、好理念呈現給大家。我們也希望“電磁煅燒石灰技術”能夠有進一步的提升，如果我們的調研有不完善的地方歡迎大家提供依據，以正視聽，或者還有更加值得推廣的新技術可以留言我們工作郵箱：（ shihuichanye@163.com） 我們共同交流、共同進步。
9、問：是不是說“電磁加熱生產石灰”無法在石灰產業應用？
答：不是的，恰恰相反，從電燒石灰工藝原理來看，除去成本問題其它技術問題都得到了解決，比如，我們上述所講的由唐山金泉冶化科技產業有限公司研發設計的多項電燒石灰專利技術，如：豎爐高溫空氣法（無焰燃燒）、豎爐真空法、雙膛窯感應加熱法等工藝技術都可以應用“電磁加熱技術”，尤其是雙膛窯感應加熱法更容易實現。
10、問：既然電燒石灰成本高，目前怎樣合理應用該項技術：
答：目前電燒石灰的成本確實不適宜國內的大部分地區的電價成本，但是有些地方電價就很低，比如新疆部分地區電價階梯可以達到0.2元以下，這個價格就很適合電燒石灰，基本和煤炭煅燒石灰成本相同了。再有，部分私人小型水利發電以及風力發電、太陽能發電等都是電價比較低的可選項目。
另外，我們上述所說的成本，僅僅是指石灰（氧化鈣）的生產成本，如果是石灰深加工中的一些附加值很高的產品，比如：納米鈣、高純鈣化物、金屬鈣及醫藥、化工類產品等都可以考慮應用電燒技術，畢竟電燒增加的成本在這些*終產品中所占比例不高。
11、問：從產業發展角度來看，如何定位電燒石灰發展方向？
答：任何一項新的技術，從研發成功到真正發揮作用都需要時間，電燒石灰也不能排除在外。電燒石灰技術的價值并不是在當下，而是在未來。從上述所介紹的電燒石灰技術中，我們可以看到電燒技術石灰未來的可行性。而且這種科技創新，無疑給人們展現了石灰生產技術能夠改變的潛力。
所以，雖然目前電燒石灰技術還需要提升，尤其是“電磁加熱煅燒石灰技術”還存在很多的爭議和問題，但這并不意味著我們要完全否定它。我們要理智看待，既不要被過度的商業宣傳蒙蔽眼睛，也不要對新技術持有偏激的消極態度。畢竟，科技的進步總是需要時間的沉淀和社會的摸索，讓我們拭目以待吧！
12、問：從現實角度講，應用電燒石灰技術有沒有可行性？出路在哪里？
答：剛才講到電燒石灰技術的價值并不是在當下，而是在未來。但是，從目前國家《關于推動能耗雙控逐步轉向碳排放雙控的意見》開始實施的背景下，應用清潔能源技術生產迫在眉睫，應該很快就會實施，這個“未來”很可能就是“當下”。
目前，使用清潔能源生產石灰的可以實施的途徑有三條：第.一是采用天然氣，這個由于成本問題目前也難以實施。第二是生物質燃料，原料易得，成本也是*低的，比煤炭成本還低，而且是“燃料零碳排放”，非常符合目前的《碳排雙控》產業政策，該項技術唐山金泉冶化科技產業有限公司已經開始實施推廣，很值得大家期待。第三 就是目前所述的電燒石灰技術，推廣電燒是國家*支持的應用清潔能源政策，符合國家產業政策背景，而且電能是國家自產自銷的，永遠不會缺乏，這個是其顯著特點。
所以，從目前產業政策來講，我們應該未雨綢繆，提前做好清潔能源應用的準備才能更好的應對當前的產業發展形勢。
13、問：具體的來講，目前有沒有相關技術可以穩妥的實現上述理念？
答：有的，就在7月18日，由中國石灰產業學會組織的“2023年中國石灰產業新技術（新裝備）科技成果鑒定會（第二季）”中，成功的鑒定了一項新的石灰生產技術成果（ZGS外支撐式混噴雙燃雙膛豎窯），該項技術由唐山金泉冶化科技產業有限公司選送，涉及兩項該公司的專利技術成果。該項技術成果可以實現傳統的混料式豎窯生產工藝與雙膛窯噴吹功能的完美組合，既可以實現單窯進行混料式生產，也實現了雙膛窯體的噴吹煤粉、氣體等燃料。該項技術改變了傳統雙膛豎窯爐內牛腿式支撐及懸掛缸吊掛結構，采用爐外通道式支撐結構實現兩個爐體余熱煙氣循環，達到蓄熱功能。尤其是其采用的爐外煙氣循環通道氣力清灰和氣力輸送粉塵技術是典型的創新的技術，該項技術特別適合傳統混料式豎窯改造為噴吹燃料+電燒的生產工藝。
特別值得肯定的是，該項技術在噴吹裝置及煙氣循環通道和外支撐通道內均設置和預留了電磁加熱等電燒功能，實現了真正意義的煤炭一體化、汽電一體化。尤其是該項技術中的懸浮式煅燒粉料
