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發(fā)布時間：2020-06-16
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白馬山水泥廠“碳捕集”系統(tǒng)
碳捕集，一個有益的探索
“碳捕集”是海螺自完成余熱發(fā)電、協(xié)同處置城市垃圾等重大科研項目后又一項綠色發(fā)展的有益探索，之所以說是探索，是因為之前中國水泥行業(yè)還沒有誰做過這方面的深入研究，即使在歐洲、日本等發(fā)達國家，水泥窯煙氣“碳捕集”也僅止于探索階段，雖然有一些成果，但工業(yè)化程度還是很低，不能大規(guī)模生產(chǎn)。原因是多方面的，比如市場、政策支持等，但最主要的原因恐怕還是水泥窯煙氣成分復雜，提取高純度的二氧化碳難度較大，因而生產(chǎn)成本相對較高。
中國是水泥生產(chǎn)大國，2019年全國共生產(chǎn)水泥熟料15.2億噸，理論上，每生產(chǎn)1噸熟料，碳酸鹽分解及燃煤燃燒產(chǎn)生的C二氧化碳約為0.9噸，也就是說，2019年中國僅在水泥熟料生產(chǎn)一項就向大氣排放了約13.5億噸二氧化碳，這是一個相當驚人的數(shù)字。眾所周知，二氧化碳是溫室氣體的主要組成部分，大量的溫室氣體的存在，使我們的地球動蕩不安，冰山融化、海平面上升、洪水、颶風等自然災(zāi)害無一不與二氧化碳等溫室氣體的排放有關(guān)。
正因如此，總要有人去探索研究如何減少溫室氣體的排放，海螺作為中國水泥行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，他們認為有責任和義務(wù)在水泥生產(chǎn)過程中減少二氧化碳排放方面有所作為，正是這種負責任、有擔當?shù)膽B(tài)度促使他們一次次引領(lǐng)中國水泥企業(yè)向綠色生產(chǎn)的縱深發(fā)展，給業(yè)內(nèi)的同行帶來一個又一個驚喜。
據(jù)海螺設(shè)計研究院研發(fā)室軒主任介紹，海螺“碳捕集”項目被列為安徽省科技重大專項，在項目前期，承擔該項目研發(fā)的項目組成員一度到歐洲、臺灣等地區(qū)考察調(diào)研，他們發(fā)現(xiàn)，不管是歐洲的海德堡水泥還是臺泥所屬的和平水泥廠，他們的項目規(guī)模普遍偏小，因為各方面的原因，海德堡水泥700噸/年二氧化碳捕集項目已拆除。臺泥和平水泥廠是將石灰石煅燒生成氧化鈣作為吸附劑來捕獲二氧化碳，僅處于試驗階段，處理能力很小。雖然這兩個廠的研發(fā)對海螺建設(shè)碳捕集系統(tǒng)有一定的參考作用，但顯然能提供的幫助很小。在研發(fā)合作單位大連理工大學的支持下，借鑒其他行業(yè)碳捕集成功的經(jīng)驗，海螺人決定自主研發(fā)碳捕集相關(guān)設(shè)備和工藝技術(shù)。
海螺人的努力沒有讓同行們失望，經(jīng)過一系列的攻關(guān)克難，2018年4月，他們終于建成年產(chǎn)5萬噸工業(yè)級二氧化碳(可滿足生產(chǎn)3萬噸/年食品級二氧化碳)的捕集處理裝置。
白馬山水泥廠“碳捕集”系統(tǒng)
與石化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳具有高濃度、高純度特點不同，水泥生產(chǎn)過程中，由于其生產(chǎn)過程的特殊性，其產(chǎn)生的二氧化碳濃度不足20%(一般為18%到20%)，且由原料、燃料帶入的有害成分較多，捕集和提純的難度相對較大。經(jīng)研究和多方論證，研發(fā)人員決定采用化學吸收法捕集二氧化碳。化學吸收法是利用在低溫(40℃左右)下二氧化碳與某種溶劑起化學反應(yīng),生成中間化合物，而煙氣中的其他成分不與該溶劑反應(yīng)；生成的中間化合物在高溫(90℃-100℃左右)下解吸出二氧化碳，同時實現(xiàn)化學溶劑的再生；捕集的氣態(tài)二氧化碳純度約為98%，再采用液化精餾方法去除輕組分(H2O、CO)，進一步純化液態(tài)二氧化碳。這樣，所生產(chǎn)的CO2純度可滿足工業(yè)級(99.9%，GB/T6052-2011)和食品級(99.99%,GB1886.288.2016)的最高等級質(zhì)量要求。
海螺白馬山水泥廠建成的這套碳捕集系統(tǒng)，可每年生產(chǎn)5萬噸工業(yè)級二氧化碳或3萬噸食品級二氧化碳。項目的成功建成并投運，填補了利用水泥窯煙氣生產(chǎn)高純度二氧化碳的技術(shù)空白，尤其是該示范項目中的核心技術(shù)——化學吸收法，更是填補了世界水泥工業(yè)碳捕集技術(shù)的空白。
干冰生產(chǎn)裝置
2018年10月，由海螺白馬山水泥廠生產(chǎn)的工業(yè)級和食品級二氧化碳成功投放市場，2019年12月，又在白馬山水泥廠建成一條年產(chǎn)3000噸的干冰生產(chǎn)線，拓寬了二氧化碳產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。干冰主要用于食品保鮮、冷鏈運輸、精密儀器清洗等，也可用于實驗室、人工降雨、土壤改善、舞臺效果等。
據(jù)周院長、汪總工和軒主任介紹，該項技術(shù)從生產(chǎn)工藝到技術(shù)裝備都是成功的，達到了設(shè)計指標。目前市場上使用的二氧化碳以地采為主，據(jù)介紹，地采二氧化碳成本較低，但會對地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生一定的影響，同時地采二氧化碳將使已封存在地下的二氧化碳釋放出來，從而增加了溫室氣體的排放，對環(huán)境造成傷害。
表面上看來，海螺“碳捕集”項目還沒有明顯的經(jīng)濟效益，尤其在水泥生產(chǎn)利潤很高的當下，“碳捕集”帶來的經(jīng)濟效益微不足道，但這無疑是一個有益的探索。正像海螺設(shè)計研究院周金波院長所說，任何新技術(shù)都要有人去探索、研究，海螺作為中國水泥行業(yè)的標桿企業(yè)，不僅要看重經(jīng)濟利益，也要承擔一些社會責任，特別是有可能給行業(yè)帶來潛在利益和重大影響的科學研究。
碳捕集項目的研究與探索還有很長的路要走，只有在實踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題，不斷地改進工藝和設(shè)備，才能積累經(jīng)驗，提升技術(shù)水平，在這方面海螺走在了整個行業(yè)的前面。
高溫高塵SCR脫硝系統(tǒng)
高溫高塵SCR，海螺走在行業(yè)的前面
高溫高塵SCR脫硝系統(tǒng)的研發(fā)是海螺又一大手筆。經(jīng)過前期的調(diào)研、開發(fā)、設(shè)計、計算機模擬試驗等一系列工作，由海螺設(shè)計研究院承擔的科技攻關(guān)項目SCR脫硝系統(tǒng)于2019年12月在白馬山水泥廠開工建設(shè)，建設(shè)期間，克服了疫情和春節(jié)的影響，并于2020年5月底投入試運行。就目前的運行情況來看，由海螺設(shè)計研究院自主研發(fā)的高溫高塵SCR系統(tǒng)各項指標全部達到設(shè)計要求，完全可滿足排放標準在100mg/m3以下地區(qū)水泥窯系統(tǒng)煙塵脫硝要求。
經(jīng)與白馬山水泥廠原SNCR脫硝系統(tǒng)對比，在窯產(chǎn)量、能耗、排放標準(100mg/m3)等各種生產(chǎn)技術(shù)指標不變的情況下，使用SCR系統(tǒng)后，單位時間氨水噴入量大幅度降低，由1300mg/h降至800mg/h，降幅達38.5%，其氨逃逸量可控。
這些年，SNCR被國內(nèi)許多水泥廠應(yīng)用，SNCR的優(yōu)點是簡單適用，用于400mg/m3標準時，基本能滿足煙氣中NOx排放標準要求，但隨著不同地區(qū)對環(huán)境污染控制指標的越來越嚴厲，SNCR要想達到100mg/m3甚至更低(有的地方規(guī)定50mg/m3)的標準要求顯然很困難。而海螺自主研發(fā)的高溫高塵SCR系統(tǒng)不僅可完全滿足嚴格的地方標準要求，還能有效減少氨逃逸。
當然，任何一項新技術(shù)的誕生都不是一蹴而就的，為了這個項目，海螺集團早在2017年就開始考察調(diào)研，走訪了很多國外水泥廠，成立了科研攻關(guān)小組，根據(jù)水泥熟料生產(chǎn)線粉塵濃度大、粉塵黏性高、成分復雜、煙氣量大等特點，借助計算機流體仿真技術(shù)，開展水泥熟料生產(chǎn)線SCR煙氣脫硝技術(shù)的研究和關(guān)鍵設(shè)備的開發(fā)，經(jīng)過三年的技術(shù)論證、中試試驗，最終形成了對現(xiàn)有生產(chǎn)線工藝系統(tǒng)和設(shè)備影響較小的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水泥窯高溫高塵脫硝技術(shù)，具有易于工藝布置、效率高、投資小、運行成本低等特點，并在海螺集團下屬蕪湖白馬山水泥廠5000t/d生產(chǎn)線由海螺建材設(shè)計研究院EPC總包實施了工程化應(yīng)用實踐。
在采訪中記者了解到，雖然系統(tǒng)試運行時間很短，有些設(shè)備和操作手段還需要進一步調(diào)整、優(yōu)化，但十多天的運行數(shù)據(jù)已超過了他們的預(yù)期效果，完全能滿足安徽省NOx 100mg/m3排放標準要求。
他們還在探索的路上
從國內(nèi)首條國產(chǎn)化5000t/d水泥熟料在銅陵海螺建成始，海螺一直在引領(lǐng)行業(yè)的技術(shù)進步，特別是在綠色生產(chǎn)方面進行了許多有益的探索。低溫余熱發(fā)電、城市垃圾協(xié)同處置、智能制造、碳捕集、SCR脫硝系統(tǒng)的研發(fā)，這不僅需要領(lǐng)導集體具有戰(zhàn)略眼光，同時更需要決策者的勇氣與魄力。試想，若不是當年海螺人高瞻遠矚，果斷決定建設(shè)全國產(chǎn)化5000t/d新型干法水泥孰料生產(chǎn)線，帶動了中國水泥技術(shù)進步、人才培養(yǎng)和裝備制造業(yè)的成長和發(fā)展，中國水泥的生產(chǎn)技術(shù)水平可能要落后至少五到十年；要不是海螺率先引進純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，并以開放的態(tài)度與科研單位合作，共同進步，也許我們在后來的很長時間內(nèi)還沉迷于窯尾加一把火的低效率的高溫煙氣發(fā)電上(因為那時候的電、煤比價很高，哪怕是干法中窯余熱發(fā)電系統(tǒng)都有其極強的生命力)。作為一個生產(chǎn)企業(yè)，海螺本可以不做這些，但他們勇敢地承擔了本該由拿著國家科研基金的科研院校承擔的工作。
海螺之所以為中國水泥工業(yè)技術(shù)進步做出這么大的貢獻，一個很重要的原因是他們所有的科研項目都是為了生產(chǎn)，并百分之百地轉(zhuǎn)為實實在在的生產(chǎn)力，而不是像某些大學教授那樣，用幾百萬的科研經(jīng)費換來永遠鎖在抽屜里的一紙論文。
下一步，安徽宿州海螺將探索建設(shè)一套“無電耗水泥生產(chǎn)系統(tǒng)”，充分利用余熱、光伏、風力等資源進行發(fā)電，滿足水泥生產(chǎn)和生活用電需要；他們還將在樅陽海螺探索用替代燃料生產(chǎn)水泥熟料，充分利用煤矸石、秸稈等工農(nóng)業(yè)廢棄物，實現(xiàn)環(huán)境友好型生產(chǎn)；此外，高性能混凝土的研發(fā)也在他們的日程表上，無疑也是一項綠色發(fā)展的有益探索。
海螺人永遠在探索的路上。