深度了解|國家重點推廣的石灰生產低碳技術
2023-08-08 11:02:48 來源：石灰窯生態圈
深度了解|國家重點推廣的石灰生產低碳技術
一個行業的高質量發展，創新很重要。面對新一輪科技革命和產業變革趨勢，新技術將成為相關行業競爭取勝的關鍵因素。企業創新發展，應加快新技術推廣應用，增強核心競爭力，以自主創新叫響中國“智”造。尤其是在我國“雙碳”背景下，石灰行業如何了解國家發展政策、如何掌握行業*新動向、企業如何進行產業發展規劃成為當下熱點。
自唐山金泉冶化科技產業集團旗下“唐山金泉冶化科技產業有限公司”及“唐山金泉成套設備有限公司”等企業在國內率先開展探索可再生能源生產石灰+氫能生產石灰技術研發和示范項目以來，適時開展了以生物質燃料為主的“以氣代煤”和“以氫代煤”石灰煅燒技術示范項目，推動石灰行業低碳轉型。尤其是推出的“生物質燃氣中心燒嘴式石灰豎窯”和“生物質燃料ZGS型外支撐式混噴雙燃雙膛石灰窯”等系列技術，為生物質燃料生產石灰的應用打下良好的基礎。
生物質資源具有清潔性和可再生性，不但能夠彌補我國化石燃料的短缺，并且可以降低SO2、NO2及煙塵的排放，減輕溫室效應。因此，在石灰產業領域發展生物質燃氣生產石灰應用技術是很有必要的。
生物質燃氣生產石灰技術所用燃料能源是利用當地廢棄回收的可再生能源，用當地的石料資源制成高檔工業石灰，符合國家的產業政策，可有效降低當地煤炭資源的利用，大氣環境和生態環境受到得影響很小，而且具有很明顯的經濟效益。
對上述唐山金泉公司的生物質燃料生產石灰技術，“中國石灰產業學會”和“石灰窯生態圈”微信公眾平臺及時進行了跟蹤報道，發布了多篇實時文章和采訪。近期，很多讀者希望能夠進一步深度了解生物質燃料在制氣方面的技術發展和應用情況，編者整理了近期發布的《國家重點推廣的低碳技術目錄》里面相關產業政策和部分技術發展進程，供大家參考。
二、產業政策及技術現狀
《國家重點推廣的低碳技術目錄》 （第二批）里非化廠能源類技術，生物質氣化燃氣技術列為零碳技術支持加大發展。
生物質氣化燃氣替代窯爐燃料技術
一、技術名稱：生物質氣化燃氣替代窯爐燃料技術
二、技術類別：零碳技術
三、所屬領域及適用范圍：可再生能源生物質能源化利用
四、該技術應用現狀及產業化情況
我國生物質資源豐富，其利用方式主要有成型燃料、直燃發電、 厭氧制沼氣等，但各類技術發展均存在一定的瓶頸。該技術以工業領 域熱需求為目標市場，通常單一熱需求用戶需要消耗生物質原料在6 萬噸左右，燃料選擇廣泛，受周邊燃料市場的制約相對較小。目前， 該技術已在廣東汕頭、深圳、佛山、肇慶等地建立了示范工程，涉及 行業包括鋼鐵、有色金屬熔煉等。生物質氣化燃氣替代傳統的煤、重 油和天然氣等化石能源，清潔低碳，具有良好的經濟和社會效益。
五、技術內容
1、技術原理
該技術的核心設備是混流式固定床氣化爐。原料從設備頂部進入 氣化爐后，在高溫和氣化劑作用下轉化為含有一氧化碳、氫氣和甲烷 等成分的可燃氣。氣化劑可從氣化爐的上部和下部同時進入，產生可 燃氣體經爐體中部排出，而爐渣由爐底爐排輸送到灰渣池。由爐體中 部排出的可燃氣經過凈化除塵后送往工業燃燒設備。該氣化氣可用于 不銹鋼退火爐、熔銅爐、熔鋁爐等工業窯爐，可實現對燃煤、重油、 天然氣等傳統化石燃料的替代。
2、關鍵技術
（1）生物質混流式固定床氣化技術 通過將上吸式固定床與下吸式固定床優化組合，解決生物質固定 床氣化過程中燃氣溫度低和生產規模小的常見問題；
（2）高溫生物質燃氣除灰及輸送技術 通過燃氣高溫除塵器和燃氣高溫輸送風機，實現高溫除塵高溫輸 送的一體化設計，既滿足工業窯爐對生物質燃氣潔凈度的要求，又可 避免生物質燃氣的顯熱損失、過度除焦油的能量損失以及焦油冷凝帶 來的管道堵塞問題；
（3）低熱值燃氣高效燃燒及污染控制技術 通過低熱值燃氣連續式蓄熱燃燒器，在高效燃燒的同時降低NOx 和SO2等污染物的含量，實現中低熱值燃氣燃燒工況的有效調節，滿足 工業窯爐對火焰長度、燃燒溫度、環境氣氛和污染物控制等方面的要 求；
（4）生物質氣化系統與工業窯爐耦合調控技術 根據窯爐生產需求可快速調節產氣負荷，避免浪費和燃氣不足的 情況發生。
3、工藝流程
該技術是一項由生物質原料氣化到用氣設備端的完整工藝。以熔 鋁爐為例，工藝系統由原料儲存、上料設備、固定床氣化爐、灰渣處 理裝置、燃氣輸送、熔鋁爐蓄熱燃燒系統、熔鋁爐煙風系統及主輔設 備控制系統構成，詳見圖1所示。
圖 1 生物質燃氣替代化石燃料工藝流程圖（熔鋁爐為例）
六、主要技術指標
1．氣化爐生物質原料處理量3t/h；
2．燃氣熱值：1350kcal/Nm3；
3．燃氣雜質含量：≤50mg/Nm3；
4．生物質燃氣產率：1.8～2Nm3 /kg；
5．氣化效率（熱燃氣）：≥85%。
七、技術鑒定情況
該技術已獲得 5 項國家發明專利，5 項實用新型專利。
八、典型用戶及投資效益
典型用戶：佛山金蘭鋁廠有限公司、肇慶市弘達實業有限公司、 深圳市華美鋼鐵有限公司等。
典型案例 1 案例名稱：佛山金蘭鋁廠有限公司生物質燃氣熔鋁爐供熱技改項目 。
建設規模：年耗生物質原料 5.4 萬噸，替代燃油折合標準煤 2.1 萬噸/年，若折合替代天然氣相當于 2835 萬立方米。
建設條件：項目 周邊資源豐富，熱用戶用熱需求穩定。主要建設內容：4 套生物質氣 化設備，以生物質燃氣替代燃油，供熱于數臺鋁熔煉爐及保溫爐。
項目建成后，年減排量約5萬tCO2，碳減排成本約 150 元 /tCO2。
典型案例2案例名稱：肇慶弘達公司生物質燃氣有色金屬熔煉爐供熱技改項目
建設規模：年耗生物質原料5000噸，替代燃油折合標準煤 1900 噸/年，若折合替代天然氣相當于 262 萬立方米。
建設條件：項目周邊資源豐富，用戶用熱需求穩定。
主要建設內容：生物質氣化設備及輔助工程的施工。
項目建成后，年減排量約4600tCO2，碳減排成本約 150元/tCO2。
九、推廣前景和減排潛力 預計未來 5 年，按照耗用生物質量25萬噸/年計算，可替代標準煤 9.5 萬噸/年，可形成年減排能力約 25 萬 tCO2。
基于二次燃燒的高效生物質氣化燃燒技術
一、技術名稱：基于二次燃燒的高效生物質氣化燃燒技術
二、技術類別：零碳技術
三、所屬領域及適用范圍：可再生能源生物質能源化利用。
四、該技術應用現狀及產業化情況在我國，生物質能能源化利用比例逐年加大。截至目前，已開展 生物質供熱項目超過200個，項目規模*大達到了80t/h，應用領域覆蓋 鋼鐵、醫療、化工等十幾個行業。其中，生物質氣化燃燒技術也有少 量應用，但存在規模小、氣化效率低、合成氣熱值低、焦油含量高和 經濟效率低等問題。基于二次燃燒的高效生物質氣化燃燒技術可實現 單臺生物質鍋爐容量達到1200萬千卡，同時高溫燃燒使焦油裂解焚燒 徹底，保證設備的工作穩定性；另一方面，因該技術利用生物質熱能 產生高溫火焰和氣體用于鍋爐和工業爐窯加熱，目前已在我國廣東省 和浙江省得到應用，具有廣泛的適用性和較大的推廣潛力。
五、技術內容
1. 技術原理
該技術可視作生物質燃燒器，將生物質成型燃料在第.一燃燒室內 進行懸浮式半氣化半燃燒，產生800～1000℃的高溫火焰及少量的顆粒 煙塵。經一次燃燒后的氣體噴射到蓄熱燃燒室（二次升溫燃燒室）二次補氧升溫，進一步充分燃燒，產生1200～1300℃的高溫清潔火焰， 為鍋爐或熔煉爐、烘干爐、導熱油爐等工業窯爐供熱。
2. 關鍵技術
（1）懸浮氣化技術 采用雙層結構燃燒器，爐膛上層對生物質成型燃料進行鼓風懸浮 半氣化半燃燒，熱效率達到 90%以上；
（2）自動化分級控溫技術 通過溫度、風量分級控制，避免焦油等物質對設備的堵塞和腐蝕， 提高鍋爐燃燒效率，同時減少氮氧化物的排放；
（3）煙氣余熱回收技術 采用熱交換裝置回收尾氣熱能，可降低單位產出能耗達10%以上；
（4）耐高溫蓄熱裝置 在二次燃燒室外包裹蓄熱耐火材料，使二次燃燒室內恒定高溫，避 免局部冷卻產生結焦問題。其耐火材料抗酸性能好，使用壽命長，性 能穩定。3. 工藝流程 生物質氣化燃燒技術原理圖見圖1。
圖 1 基于二次燃燒的高效生物質氣化燃燒技術原理圖
六、主要技術指標
1.燃燒器點火啟動時間：≤8min；2.燃燒器熱效率：>90%；3.燃料燃燒排放濃度：煙塵≤20mg/m3，SO2≤20mg/m3， NOx≤200mg/m3。
七、技術鑒定情況 該技術已獲得國家實用新型專利 12 項，并通過中國特種設備檢測 研究院試驗，浙江省特種設備檢測研究院和浙江省特種設備節能檢測中心的鍋爐運行工況能效測試。
八、典型用戶及投資效益
典型用戶：浙江正華紙業有限公司、湖州長盛化工有限公司、杭州千島湖漁具制造有限公司、湖州吉昌化工有限公司、湖州市道場電 鍍廠等。
典型案例 1 案例名稱：浙江正華紙業有限公司生物質氣化供熱項目
建設規模：鍋爐容量為 10t/h，年利用生物質成型燃料 1 萬噸。
建設條件：能提供鍋爐安裝的場地，具備連續運行的生產用能需求。
主要建設內容：對 10t/h 燃煤鍋爐進行改造，增加一臺生物質成型燃料氣化燃燒設備。主要設備為生物質氣化燃燒器、蓄熱器、熱交換器和自動裝置。
項目建成后，年減排量約1.3萬 tCO2，碳減排成本約 40 元/tCO2。
典型案例案例名稱：湖州長盛化工有限公司生物質氣化供熱項目 建設規模：鍋爐容量為 6t/h，年利用生物質成型燃料 6000 噸。建設條件：能提供鍋爐安裝的場地，具備連續運行的生產用能需求。
主要建設內容：增加一臺生物質成型燃料氣化燃燒設備和 1 臺 6t/h 鍋爐。主要設備為生物質氣化燃燒器 1 臺、蓄熱器、自動裝置 1 套、6 噸蒸汽鍋爐。
項目建成后，年減排量約 0.79萬 tCO2，碳減排成本約 94 元/tCO2。
九、推廣前景和減排潛力該技術的推廣有助于提高我國生物質燃料能源化利用比例，對于工業及民用供熱、加熱系統具有較強的適用性。預計未來 5 年，全國生物質鍋爐將達到 1萬座，該技術的預期市場占有率可達 15%，可形成年碳減排能力980萬 tCO2。
