石灰窯回收二氧化碳發(fā)電電燒石灰的可行性研究
——燃料無成本生產(chǎn)石灰技術(shù)快步向我們走來
一、概述
目前，社會的發(fā)展面臨著能源和環(huán)境兩大難題，面對制約發(fā)展的瓶頸，亟需開發(fā)新型清潔能源、提高能源利用效率。新能源的開發(fā)已經(jīng)成為全球的關(guān)注焦點，對于我們這樣一個目前仍以傳統(tǒng)能源為主要能源的大國來說，大力開發(fā)新能源就顯得意義更加重大，開發(fā)新能源不但可以相對減少對進(jìn)口能源的依賴，而且還可以達(dá)到節(jié)能減排的目的。走新型工業(yè)化道路，用高新技術(shù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)改造傳統(tǒng)的高耗能產(chǎn)業(yè)。改變資源利用方法，建立循環(huán)生產(chǎn)模式，發(fā)展科技含量高，經(jīng)濟(jì)效益好，資源消耗低，環(huán)境污染少的新能源工業(yè)體系是今后我國乃至全球能源發(fā)展的一個必然趨勢。
近年來,全球氣候變暖日益引起國際社會的普遍關(guān)注,成為世界各國共同面臨的危機(jī)和挑戰(zhàn)。世界上的發(fā)電站每年都在燃燒煤炭、石油、天然氣，它們一年排放120億噸二氧化碳。家用或商用供暖設(shè)備則會產(chǎn)生110億噸二氧化碳。目前,中國二氧化碳的排放量已經(jīng)超過美國，位居世界*，二氧化碳減排的壓力越來越大。因此研究適合于中國國情的二氧化碳減排道路，不僅有利于我國的可持續(xù)發(fā)展，而且對緩和全球氣候變暖具有重要意義。
CO2作為*受關(guān)注的氣體之一，不僅被認(rèn)為是導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)祝煌瑫r，它也在特定條件下具有特殊的性能，可作為良好的工質(zhì)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程。目前，我國石灰產(chǎn)業(yè)生石灰產(chǎn)年產(chǎn)量為2.8億噸，每年可產(chǎn)生2.2億噸二氧化碳?xì)怏w，而且80%的石灰生產(chǎn)采用煤炭生產(chǎn)，每年用于石灰生產(chǎn)的煤炭約4000萬噸。如果把石灰生產(chǎn)中的二氧化碳收集起來用于發(fā)電生產(chǎn)石灰，對我國石灰行業(yè)的節(jié)能減排及環(huán)境友好帶來積極的貢獻(xiàn)。
二、二氧化碳發(fā)電的技術(shù)背景與發(fā)展趨勢
超臨界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide, S-CO）是指溫度和壓力均在臨界值以上的二氧化碳流體，將其用來做動力循環(huán)的工質(zhì)，它能在很小的體積內(nèi)傳遞很大的能量。S-CO循環(huán)發(fā)電具有環(huán)境友好、熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好等特點，是未來清潔高效發(fā)電技術(shù)和能源綜合利用技術(shù)的熱點研究方向，是一項將帶來發(fā)電變革的新技術(shù)。
內(nèi)容摘要：1、國外超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電的研究現(xiàn)狀: 目前，超臨界二氧化碳（SCO2）布雷頓循環(huán)發(fā)電技術(shù)被普遍認(rèn)為是具有革命性、顛覆性的國際前沿技術(shù)。目前，通用電氣全球研究中心和美國西南研究院正在研發(fā)10MW級SCO2工程樣機(jī)并在建設(shè)示范工程；英國、法國、捷克、日本、韓國等均開展了S-CO循環(huán)發(fā)電的相關(guān)研究，美日等國的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了試驗原型機(jī)和工程化樣機(jī)。2、我國的研究進(jìn)展: 我國在2012年左右開始基礎(chǔ)技術(shù)的分析和設(shè)計的研究。S-CO循環(huán)發(fā)電作為重要的能源裝備發(fā)展已列入《中國制造2025——能源裝備實施方案》。2018年5月，中國電機(jī)工程學(xué)會發(fā)布《能源動力領(lǐng)域十項重大工程技術(shù)難題》，S-CO太陽能熱發(fā)電技術(shù)被列為其中之一。2018年9月和11月，中科院完成了國內(nèi)首座大型S-CO壓縮機(jī)實驗平臺和雙回路全溫全壓S-CO換熱器綜合試驗測試平臺的建設(shè)工作，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)試驗測試平臺的空白。
三、二氧化碳發(fā)電及電燒石灰技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程與展望
截止2019年底，采用石灰窯窯氣回收二氧化碳發(fā)電并直接用于電燒石灰生產(chǎn)技術(shù)無論在國外還是國內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)相近或可參考的技術(shù)。
內(nèi)容摘要：目前，采用石灰窯窯氣回收二氧化碳發(fā)電并直接用于電燒石灰生產(chǎn)技術(shù)只有唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)旗下的“唐山金泉成套設(shè)備有限公司”和“唐山市豐南區(qū)金泉冶金能源新技術(shù)開發(fā)有限公司”（以下簡稱唐山金泉公司）擁有的多項自主知識產(chǎn)權(quán)的專利和專有技術(shù)，該項系列技術(shù)已經(jīng)在2012年11月被“中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會”立項并重點支持的研發(fā)課題，命名為“1211工程”。這個項目是唐山金泉公司于2012提出設(shè)想并立項研究，2015年研制出原理性裝置，2017年推出實驗室樣機(jī)，到2018年時就研制出符合中試及應(yīng)用規(guī)范的高性能電燒石灰及發(fā)電中試裝備。這是國內(nèi)首次實現(xiàn)的真正意義的“二氧化碳發(fā)電”裝置及采用電能生產(chǎn)石灰的裝置。
從唐山金泉公司的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃來看，“電燒石灰技術(shù)”已經(jīng)開始應(yīng)用到該公司2019年*新推出的“第四代新型節(jié)能環(huán)保內(nèi)置循環(huán)負(fù)壓工業(yè)石灰豎爐”即“煤電一體化石灰豎爐項目”。示范項目已經(jīng)在青海省的格爾木市、江西省的撫州市、湖南省的永州市等地開工建設(shè)。這些項目是唐山金泉公司電燒石灰技術(shù)“三步走計劃”的開始，即“分步實施，階段性應(yīng)用”方案。*步首先在燃煤生產(chǎn)石灰的工藝上進(jìn)行提升，確保用戶前期能夠生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)石灰。第二步在此基礎(chǔ)上實施電燒石灰技術(shù)的初級工藝配置進(jìn)行階段性和功能性應(yīng)用。第三步待二氧化碳發(fā)電技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用成熟后逐步改造實施電燒工藝，*終實現(xiàn)煤電一體化煅燒石灰及獨立電燒石灰的目標(biāo)。
從上述調(diào)研結(jié)果和了解的信息來看，雖然采用二氧化碳發(fā)電生產(chǎn)石灰工業(yè)化應(yīng)用及普及還有一段距離，尤其是大型化發(fā)電裝置的制造技術(shù)及設(shè)備的耐用度和可靠性需要進(jìn)一步測試和提升。或許，作為一個沒有工業(yè)基礎(chǔ)的新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)在基礎(chǔ)熱工特性、應(yīng)用構(gòu)建理論、系統(tǒng)運(yùn)行控制策略、關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計、材料選擇等方面可能還面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)。但是，我們有理由相信唐山金泉公司有能力也有信心把這項事業(yè)搞好并延續(xù)，這是我們大家所期盼的。
四、綜述
中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會與北方爐窯協(xié)會專家組通過對該項技術(shù)的跟蹤調(diào)研后指出：二氧化碳發(fā)電具有環(huán)境友好、熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好等特點，是未來清潔高效發(fā)電技術(shù)和能源綜合利用技術(shù)的熱點研究方向，是一項將帶來發(fā)電變革的新技術(shù)。同時，該項技術(shù)也是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要有計劃地整合各方資源、有意識地組織廣泛的合作才能取得實質(zhì)性的突破。建議學(xué)會統(tǒng)籌好行業(yè)內(nèi)各項資源，鼓勵高�？蒲袡C(jī)構(gòu)與企業(yè)積極行動，有規(guī)劃有分工地加入此項目技術(shù)攻關(guān)，支持產(chǎn)學(xué)研協(xié)同合作。
文章為摘要部分，文章全部內(nèi)容詳見《石灰產(chǎn)業(yè)》2020新年特刊。本期《石灰產(chǎn)業(yè)》2020年新年特刊在2020年01月中旬已經(jīng)內(nèi)部發(fā)行，發(fā)行后受到好評和關(guān)注，應(yīng)廣大讀者要求及工作需要以及回饋讀者對微信“石灰窯生態(tài)圈”的關(guān)注與關(guān)愛，決定再版重印發(fā)行。文章精選中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會2019年年會會刊資料中優(yōu)秀論文、2019年度期刊優(yōu)秀文章、2020年新推薦文章等組成。內(nèi)容結(jié)合了我國石灰發(fā)展前景和石灰企業(yè)自身的特點，既有前沿理論與分析，更有科學(xué)性與實踐性相結(jié)合的特點，對行業(yè)具有指導(dǎo)性意義。值得投資者和企業(yè)家和管理人員閱讀。2020新年特刊《石灰產(chǎn)業(yè)》主要欄目有：投資風(fēng)向標(biāo)、學(xué)術(shù)研究、生產(chǎn)實踐、瞭望臺、市場動態(tài)、名企專訪等特色欄目。
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本期《石灰產(chǎn)業(yè)》2020年新年特刊由中國石灰學(xué)會河北分會發(fā)起、發(fā)行。是除在中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會及北方爐窯協(xié)會會員單位內(nèi)部發(fā)行外首次對外公開發(fā)行。本次發(fā)行為免費贈送。
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