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深度了解|國家重點(diǎn)推廣的石灰生產(chǎn)低碳技術(shù)
2023-08-08 11:02:48 來源：石灰窯生態(tài)圈
- 編者導(dǎo)語
自唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)旗下“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司”及“唐山金泉成套設(shè)備有限公司”等企業(yè)在國內(nèi)率先開展探索可再生能源生產(chǎn)石灰+氫能生產(chǎn)石灰技術(shù)研發(fā)和示范項目以來，適時開展了以生物質(zhì)燃料為主的“以氣代煤”和“以氫代煤”石灰煅燒技術(shù)示范項目，推動石灰行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。尤其是推出的“生物質(zhì)燃?xì)庵行臒焓绞邑Q窯”和“生物質(zhì)燃料ZGS型外支撐式混噴雙燃雙膛石灰窯”等系列技術(shù)，為生物質(zhì)燃料生產(chǎn)石灰的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。
生物質(zhì)資源具有清潔性和可再生性，不但能夠彌補(bǔ)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(yīng)。因此，在石灰產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展生物質(zhì)燃?xì)馍a(chǎn)石灰應(yīng)用技術(shù)是很有必要的。
生物質(zhì)燃?xì)馍a(chǎn)石灰技術(shù)所用燃料能源是利用當(dāng)?shù)貜U棄回收的可再生能源，用當(dāng)?shù)氐氖腺Y源制成高檔工業(yè)石灰，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策，可有效降低當(dāng)?shù)孛禾抠Y源的利用，大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境受到得影響很小，而且具有很明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
對上述唐山金泉公司的生物質(zhì)燃料生產(chǎn)石灰技術(shù)，“中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會”和“石灰窯生態(tài)圈”微信公眾平臺及時進(jìn)行了跟蹤報道，發(fā)布了多篇實時文章和采訪。近期，很多讀者希望能夠進(jìn)一步深度了解生物質(zhì)燃料在制氣方面的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用情況，編者整理了近期發(fā)布的《國家重點(diǎn)推廣的低碳技術(shù)目錄》里面相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和部分技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，供大家參考。
二、產(chǎn)業(yè)政策及技術(shù)現(xiàn)狀
《國家重點(diǎn)推廣的低碳技術(shù)目錄》 （第二批）里非化廠能源類技術(shù)，生物質(zhì)氣化燃?xì)饧夹g(shù)列為零碳技術(shù)支持加大發(fā)展。
生物質(zhì)氣化燃?xì)馓娲G爐燃料技術(shù)
一、技術(shù)名稱：生物質(zhì)氣化燃?xì)馓娲G爐燃料技術(shù)
二、技術(shù)類別：零碳技術(shù)
三、所屬領(lǐng)域及適用范圍：可再生能源生物質(zhì)能源化利用
四、該技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化情況
我國生物質(zhì)資源豐富，其利用方式主要有成型燃料、直燃發(fā)電、 厭氧制沼氣等，但各類技術(shù)發(fā)展均存在一定的瓶頸。該技術(shù)以工業(yè)領(lǐng) 域熱需求為目標(biāo)市場，通常單一熱需求用戶需要消耗生物質(zhì)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(shù)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(yè)包括鋼鐵、有色金屬熔煉等。生物質(zhì)氣化燃?xì)馓娲鷤鹘y(tǒng)的煤、重 油和天然氣等化石能源，清潔低碳，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
五、技術(shù)內(nèi)容
1、技術(shù)原理
該技術(shù)的核心設(shè)備是混流式固定床氣化爐。原料從設(shè)備頂部進(jìn)入 氣化爐后，在高溫和氣化劑作用下轉(zhuǎn)化為含有一氧化碳、氫氣和甲烷 等成分的可燃?xì)�。氣化劑可從氣化爐的上部和下部同時進(jìn)入，產(chǎn)生可 燃?xì)怏w經(jīng)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?xì)饨?jīng)過凈化除塵后送往工業(yè)燃燒設(shè)備。該氣化氣可用于 不銹鋼退火爐、熔銅爐、熔鋁爐等工業(yè)窯爐，可實現(xiàn)對燃煤、重油、 天然氣等傳統(tǒng)化石燃料的替代。
2、關(guān)鍵技術(shù)
（1）生物質(zhì)混流式固定床氣化技術(shù) 通過將上吸式固定床與下吸式固定床優(yōu)化組合，解決生物質(zhì)固定 床氣化過程中燃?xì)鉁囟鹊秃蜕a(chǎn)規(guī)模小的常見問題；
（2）高溫生物質(zhì)燃?xì)獬壹拜斔图夹g(shù) 通過燃?xì)飧邷爻龎m器和燃?xì)飧邷剌斔惋L(fēng)機(jī)，實現(xiàn)高溫除塵高溫輸 送的一體化設(shè)計，既滿足工業(yè)窯爐對生物質(zhì)燃?xì)鉂崈舳鹊囊�，又�?/span> 避免生物質(zhì)燃?xì)獾娘@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?xì)飧咝紵拔廴究刂萍夹g(shù) 通過低熱值燃?xì)膺B續(xù)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(xiàn)中低熱值燃?xì)馊紵r的有效調(diào)節(jié)，滿足 工業(yè)窯爐對火焰長度、燃燒溫度、環(huán)境氣氛和污染物控制等方面的要 求；
（4）生物質(zhì)氣化系統(tǒng)與工業(yè)窯爐耦合調(diào)控技術(shù) 根據(jù)窯爐生產(chǎn)需求可快速調(diào)節(jié)產(chǎn)氣負(fù)荷，避免浪費(fèi)和燃?xì)獠蛔愕?/span> 情況發(fā)生。
3、工藝流程
該技術(shù)是一項由生物質(zhì)原料氣化到用氣設(shè)備端的完整工藝。以熔 鋁爐為例，工藝系統(tǒng)由原料儲存、上料設(shè)備、固定床氣化爐、灰渣處 理裝置、燃?xì)廨斔�、熔鋁爐蓄熱燃燒系統(tǒng)、熔鋁爐煙風(fēng)系統(tǒng)及主輔設(shè) 備控制系統(tǒng)構(gòu)成，詳見圖1所示。
圖 1 生物質(zhì)燃?xì)馓娲剂瞎に嚵鞒虉D（熔鋁爐為例）
六、主要技術(shù)指標(biāo)
1．氣化爐生物質(zhì)原料處理量3t/h；
2．燃?xì)鉄嶂担?/span>1350kcal/Nm3；
3．燃?xì)怆s質(zhì)含量：≤50mg/Nm3；
4．生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)率：1.8～2Nm3 /kg；
5．氣化效率（熱燃?xì)猓骸?/span>85%。
七、技術(shù)鑒定情況
該技術(shù)已獲得 5 項國家發(fā)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(dá)實業(yè)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(zhì)燃?xì)馊垆X爐供熱技改項目 。
建設(shè)規(guī)模：年耗生物質(zhì)原料 5.4 萬噸，替代燃油折合標(biāo)準(zhǔn)煤 2.1 萬噸/年，若折合替代天然氣相當(dāng)于 2835 萬立方米。
建設(shè)條件：項目 周邊資源豐富，熱用戶用熱需求穩(wěn)定。主要建設(shè)內(nèi)容：4 套生物質(zhì)氣 化設(shè)備，以生物質(zhì)燃?xì)馓娲加�，供熱于�?shù)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(dá)公司生物質(zhì)燃?xì)庥猩饘偃蹮挔t供熱技改項目
建設(shè)規(guī)模：年耗生物質(zhì)原料5000噸，替代燃油折合標(biāo)準(zhǔn)煤 1900 噸/年，若折合替代天然氣相當(dāng)于 262 萬立方米。
建設(shè)條件：項目周邊資源豐富，用戶用熱需求穩(wěn)定。
主要建設(shè)內(nèi)容：生物質(zhì)氣化設(shè)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(yù)計未來 5 年，按照耗用生物質(zhì)量25萬噸/年計算，可替代標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)氣化燃燒技術(shù)
一、技術(shù)名稱：基于二次燃燒的高效生物質(zhì)氣化燃燒技術(shù)
二、技術(shù)類別：零碳技術(shù)
三、所屬領(lǐng)域及適用范圍：可再生能源生物質(zhì)能源化利用。
四、該技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化情況在我國，生物質(zhì)能能源化利用比例逐年加大。截至目前，已開展 生物質(zhì)供熱項目超過200個，項目規(guī)模*大達(dá)到了80t/h，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋 鋼鐵、醫(yī)療、化工等十幾個行業(yè)。其中，生物質(zhì)氣化燃燒技術(shù)也有少 量應(yīng)用，但存在規(guī)模小、氣化效率低、合成氣熱值低、焦油含量高和 經(jīng)濟(jì)效率低等問題�；诙稳紵母咝镔|(zhì)氣化燃燒技術(shù)可實現(xiàn) 單臺生物質(zhì)鍋爐容量達(dá)到1200萬千卡，同時高溫燃燒使焦油裂解焚燒 徹底，保證設(shè)備的工作穩(wěn)定性；另一方面，因該技術(shù)利用生物質(zhì)熱能 產(chǎn)生高溫火焰和氣體用于鍋爐和工業(yè)爐窯加熱，目前已在我國廣東省 和浙江省得到應(yīng)用，具有廣泛的適用性和較大的推廣潛力。
五、技術(shù)內(nèi)容
1. 技術(shù)原理
該技術(shù)可視作生物質(zhì)燃燒器，將生物質(zhì)成型燃料在第.一燃燒室內(nèi) 進(jìn)行懸浮式半氣化半燃燒，產(chǎn)生800～1000℃的高溫火焰及少量的顆粒 煙塵。經(jīng)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(bǔ)氧升溫，進(jìn)一步充分燃燒，產(chǎn)生1200～1300℃的高溫清潔火焰， 為鍋爐或熔煉爐、烘干爐、導(dǎo)熱油爐等工業(yè)窯爐供熱。
2. 關(guān)鍵技術(shù)
（1）懸浮氣化技術(shù) 采用雙層結(jié)構(gòu)燃燒器，爐膛上層對生物質(zhì)成型燃料進(jìn)行鼓風(fēng)懸浮 半氣化半燃燒，熱效率達(dá)到 90%以上；
（2）自動化分級控溫技術(shù) 通過溫度、風(fēng)量分級控制，避免焦油等物質(zhì)對設(shè)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(shù) 采用熱交換裝置回收尾氣熱能，可降低單位產(chǎn)出能耗達(dá)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(nèi)恒定高溫，避 免局部冷卻產(chǎn)生結(jié)焦問題。其耐火材料抗酸性能好，使用壽命長，性 能穩(wěn)定。3. 工藝流程 生物質(zhì)氣化燃燒技術(shù)原理圖見圖1。
圖 1 基于二次燃燒的高效生物質(zhì)氣化燃燒技術(shù)原理圖
六、主要技術(shù)指標(biāo)
1.燃燒器點(diǎn)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(shù)鑒定情況 該技術(shù)已獲得國家實用新型專利 12 項，并通過中國特種設(shè)備檢測 研究院試驗，浙江省特種設(shè)備檢測研究院和浙江省特種設(shè)備節(jié)能檢測中心的鍋爐運(yùn)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(yè)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(yè)有限公司生物質(zhì)氣化供熱項目
建設(shè)規(guī)模：鍋爐容量為 10t/h，年利用生物質(zhì)成型燃料 1 萬噸。
建設(shè)條件：能提供鍋爐安裝的場地，具備連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)用能需求。
主要建設(shè)內(nèi)容：對 10t/h 燃煤鍋爐進(jìn)行改造，增加一臺生物質(zhì)成型燃料氣化燃燒設(shè)備。主要設(shè)備為生物質(zhì)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(zhì)氣化供熱項目 建設(shè)規(guī)模：鍋爐容量為 6t/h，年利用生物質(zhì)成型燃料 6000 噸。建設(shè)條件：能提供鍋爐安裝的場地，具備連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)用能需求。
主要建設(shè)內(nèi)容：增加一臺生物質(zhì)成型燃料氣化燃燒設(shè)備和 1 臺 6t/h 鍋爐。主要設(shè)備為生物質(zhì)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(shù)的推廣有助于提高我國生物質(zhì)燃料能源化利用比例，對于工業(yè)及民用供熱、加熱系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適用性。預(yù)計未來 5 年，全國生物質(zhì)鍋爐將達(dá)到 1萬座，該技術(shù)的預(yù)期市場占有率可達(dá) 15%，可形成年碳減排能力980萬 tCO2。
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