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    以氨氣作燃料 陶瓷燒制邁向零碳排放

    2023-1-19 09:53 來源: 科技日報

           2022年12月18日,“建筑陶瓷工業窯爐氨燃燒(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。經項目改造的中試窯爐使用100%氨氣燃料,通過窯爐冷態點火升溫,現場調控溫度、壓力等燒成制度后,成功燒制了首塊零碳氨燃料綠色瓷磚。氨是可以運用風電、光電等清潔能源制備的可持續、可再生的零碳燃料。零碳氨燃料燒制陶瓷創新技術的成功應用,不僅為建筑陶瓷行業實現“雙碳”目標提供了一項技術方案,也為其他高溫制造業實現“雙碳”目標指明了一條明確的、切實可行的技術路徑,具有重要現實意義。

      經項目改造的中試窯爐使用100%氨氣燃料,通過窯爐冷態點火升溫,現場調控溫度、壓力等燒成制度后,成功燒制了首塊零碳氨燃料綠色瓷磚。純氨燃燒窯爐煙氣由具有相關資質的第三方現場采樣檢測,檢驗結果顯示,其煙氣污染物等均低于國家標準限值。

      建筑陶瓷生產要經過1200攝氏度的高溫燒制,目前主要使用天然氣、煤和重油等化石燃料,因而會產生大量的二氧化碳排放。在“雙碳”目標背景下,陶瓷產業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,這也是高溫制造業在這場新能源技術革命中對科技創新提出的迫切需求。

      記者近日獲悉,全球首塊零碳氨燃料燒制的綠色瓷磚在廣東省佛山市成功出爐,標志著我國建筑陶瓷行業向碳中和目標邁出了重要一步。

      開發出氨氣零碳燃燒技術

      目前,適合大規模工業應用的零碳燃料只有氫氣和氨氣兩種,它們都不含碳,因此在高溫下燃燒不會產生任何碳排放。但由于工業窯爐燃燒用氫量巨大,而氫氣大容量儲運十分困難,極大地限制了氫在高溫工業中作為燃料的應用。

      氨是氫和氮的化合物,合成氨已有100多年的歷史,目前主要用于農業化肥和化工原料。與氨相關的安全儲運技術、基礎設施、運輸標準都較為成熟,尤為重要的是氨可以大容量儲運,成本大幅低于氫的儲運,氨燃料經濟性明顯優于氫燃料。但氨氣不容易點火,不容易燃燒,高溫燃燒時會產生氮氧化物,這些都是開發氨氣零碳燃燒技術必須解決的問題。

      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(以下簡稱德力泰)聯合成立了“先進零碳燃燒技術聯合創新研發中心”(以下簡稱聯合研發中心),由佛山仙湖實驗室科學家程一兵院士擔任中心主任。該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實現“雙碳”目標探索新途徑,并著眼于將“先進零碳燃燒技術”推廣至其他高溫制造行業。

      經過近一年的技術攻關,聯合研發中心成功設計并開發出新型純氨和天然氣混氨工業燃燒器及配套技術,在德力泰的工業實驗爐實現了穩定點火、摻氨和純氨穩定燃燒,并有效地將氮氧化物排放控制在國家規定的標準以內。團隊在開發零碳燃燒技術的同時,還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。

      在此基礎上,團隊成功完成了對佛山歐神諾陶瓷有限公司一條30米長的輥道窯爐的改造,將此窯爐以天然氣為燃料改造成以純氨和天然氣混氨為燃料。團隊同時研發了適用于純氨燃燒的液氨氣化及供給精確控制系統、煙氣殘余氨在線監測系統,并聯合廣東安清科技有限公司開發了高效液氨SCR脫硝系統等成套技術及裝備。

      首塊氨燃料綠色瓷磚燒制成功

      2022年12月18日,“建筑陶瓷工業窯爐氨燃燒(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。經項目改造的中試窯爐使用100%氨氣燃料,通過窯爐冷態點火升溫,現場調控溫度、壓力等燒成制度后,成功燒制了首塊零碳氨燃料綠色瓷磚。

      純氨燃燒窯爐煙氣由具有相關資質的第三方現場采樣檢測,檢驗結果顯示,其煙氣污染物(氮氧化物、二氧化硫及顆粒物等)低于國家標準限值。

      該項目采用創新科研成果,解決了純氨燃料工業級燃燒器點火困難及燃燒火焰不穩定的技術難題,實現了純氨燃料的高效穩定燃燒(燃燒效率>99.9%,殘氨濃度<5ppm);項目創造性地結合分級燃燒、sncr及液氨scr技術,大幅降低燃燒煙氣中氮氧化物的排放,共申報國家專利30余項。

      氨是可以運用風電、光電等清潔能源制備的可持續、可再生的零碳燃料。零碳氨燃料燒制陶瓷創新技術的成功應用,不僅為建筑陶瓷行業實現“雙碳”目標提供了一項技術方案,也為其他高溫制造業實現“雙碳”目標指明了一條明確的、切實可行的技術路徑,具有重要現實意義。

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