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建筑陶瓷生產(chǎn)要經(jīng)過1200℃高溫燒制，目前主要使用天然氣、煤和重油等化石燃料，因而產(chǎn)生大量的二氧化碳排放。在國家提出的“雙碳”達標背景下，陶瓷產(chǎn)業(yè)面臨巨大的二氧化碳減排壓力。采用先進零碳燃料是最根本、最直接、最有效的減碳方式之一，這是高溫制造業(yè)在這場新能源技術革命中對科技創(chuàng)新提出的迫切需求。
圖1：全球首塊零碳氨燃料燒制的綠色瓷磚成功出爐
目前，適合大規(guī)模工業(yè)應用的零碳燃料只有氫氣(H2)和氨氣(NH3)兩種，二者都不含碳，因此在高溫下燃燒不會產(chǎn)生任何碳排放。由于工業(yè)窯爐燃燒用氫量巨大，而氫氣大容量儲運很困難，這極大地限制了氫在高溫工業(yè)作為燃料的應用。氨是氫和氮的化合物，是可以運用風電、光電等清潔能源制備的可持續(xù)、可再生的零碳燃料。合成氨已有100多年的歷史，其安全儲運技術、基礎設施、運輸標準都較為成熟，可大容量儲運，且成本大幅低于(僅約1%)氫的儲運。但是，氨氣不容易點火，不容易燃燒，高溫燃燒時會產(chǎn)生氮氧化物，是開發(fā)氨氣零碳燃燒技術所面臨的挑戰(zhàn)。
一、主要成果
2021年12月27日，佛山仙湖實驗室、佛山歐神諾陶瓷有限公司和佛山市德力泰科技有限公司聯(lián)合成立了“先進零碳燃燒技術聯(lián)合創(chuàng)新研發(fā)中心”，瞄準陶瓷窯爐零碳燃燒顛覆性關鍵技術，旨在為我國陶瓷工業(yè)實現(xiàn)“雙碳”達標探索新方向，并著眼于將“先進零碳燃燒技術”推廣至其它高溫制造行業(yè)。
經(jīng)過近一年的技術攻關，成功開發(fā)出新型純氨和天然氣混氨工業(yè)燃燒器及配套技術，建立了一整套適用于氨燃料陶瓷窯爐的安全使用制度以及應急管理措施。同時，還研發(fā)了適用于純氨燃燒的液氨氣化及供給精確控制系統(tǒng)，煙氣殘余氨在線監(jiān)測系統(tǒng)，聯(lián)合廣東安清科技有限公司開發(fā)了高效液氨SCR脫銷系統(tǒng)等成套技術及裝備。
圖2：完成改造歐神諾零碳氨燃料輥道窯系統(tǒng)
2022年12月18日，“建筑陶瓷工業(yè)窯爐氨燃燒(零碳燃料)技術”項目正式在佛山歐神諾陶瓷有限公司進行示范試產(chǎn)。經(jīng)項目改造的中試線輥道窯爐全長約30米，全窯從預熱、升溫及瓷磚燒制采用零碳氨氣燃料。窯爐預熱帶、燒成帶、及冷卻帶附近共計安裝36只純氨燃燒器，單只燃燒器設計功率35KW，每只燃燒器配備有分級燃燒系統(tǒng)，用于從源頭降低NOx排放。中試窯爐使用100%氨氣燃料經(jīng)窯爐冷態(tài)點火升溫，現(xiàn)場調(diào)控溫度/氣氛/壓力等燒成制度后，正式進窯燒磚并成功下線全球首塊零碳氨燃料燒制的綠色瓷磚。純氨燃燒窯爐煙氣現(xiàn)場采樣檢測顯示，煙氣污染物(氮氧化物、二氧化硫及顆粒物等)均低于國家標準限值。其中，采用分級燃燒及SCR技術處理后，NOx排放70mg/m³(小于行業(yè)標準100mg/m³—《DB 44/2160-2019 陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準》)；尾氣中氨氣濃度5ppm，經(jīng)計算，實際氨氣燃燒效率大于99.99%。
二、創(chuàng)新經(jīng)驗及應用前景
建筑陶瓷工業(yè)窯爐氨燃燒(零碳燃料)技術解決了純氨燃料工業(yè)級燃燒器點火困難及燃燒火焰不穩(wěn)定的技術挑戰(zhàn)，實現(xiàn)了純氨燃料的高效穩(wěn)定燃燒(燃燒效率>99.9%，殘氨濃度<5ppm)；創(chuàng)造性地結(jié)合分級燃燒、SNCR及液氨SCR技術，大幅降低燃燒煙氣中NOx排放。該項目創(chuàng)新成果共申報國家專利30余項。
零碳氨燃料燒制陶瓷是全球首創(chuàng)的顛覆性創(chuàng)新技術，不僅為建筑陶瓷行業(yè)“雙碳”達標提供了解決方案，也為其他高溫制造業(yè)實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略規(guī)劃指明了一條可行的技術路徑，具有重大現(xiàn)實意義。項目在開發(fā)過程中同時驗證了氨燃料與傳統(tǒng)化石燃料(天然氣)以任意比例摻混燃燒的技術可行性。這意味著在高溫工業(yè)領域，可在現(xiàn)有化石燃料基礎上率先開展摻氨燃燒，助力實現(xiàn)碳達峰；然后逐步提高摻氨比例，最終采用100%純氨燃燒，助力實現(xiàn)碳中和，為行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標提供了一個可預見、可規(guī)劃的技術實施方案。
浙公網(wǎng)安備 33010602000006號
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