深度了解|国家重点推广的石灰生产低碳技术
一、编者导语
一个行业的高质量发展，创新很重要。面对新一轮科技革命和产业变革趋势，新技术将成为相关行业竞争取胜的关键因素。企业创新发展，应加快新技术推广应用，增强核心竞争力，以自主创新叫响中国“智”造。尤其是在我国“双碳”背景下，石灰行业如何了解国家发展政策、如何掌握行业最新动向、企业如何进行产业发展规划成为当下热点。
自唐山金泉冶化科技产业集团旗下“唐山金泉冶化科技产业有限公司”及“唐山金泉成套设备有限公司”等企业在国内率先开展探索可再生能源生产石灰+氢能生产石灰技术研发和示范项目以来，适时开展了以生物质燃料为主的“以气代煤”和“以氢代煤”石灰煅烧技术示范项目，推动石灰行业低碳转型。尤其是推出的“生物质燃气中心烧嘴式石灰竖窑”和“生物质燃料ZGS型外支撑式混喷双燃双膛石灰窑”等系列技术，为生物质燃料生产石灰的应用打下良好的基础。
生物质资源具有清洁性和可再生性，不但能够弥补我国化石燃料的短缺，并且可以降低SO2、NO2及烟尘的排放，减轻温室效应。因此，在石灰产业领域发展生物质燃气生产石灰应用技术是很有必要的。
生物质燃气生产石灰技术所用燃料能源是利用当地废弃回收的可再生能源，用当地的石料资源制成高档工业石灰，符合国家的产业政策，可有效降低当地煤炭资源的利用，大气环境和生态环境受到得影响很小，而且具有很明显的经济效益。
对上述唐山金泉公司的生物质燃料生产石灰技术，“中国石灰产业学会”和“石灰窑生态圈”微信公众平台及时进行了跟踪报道，发布了多篇实时文章和采访。近期，很多读者希望能够进一步深度了解生物质燃料在制气方面的技术发展和应用情况，编者整理了近期发布的《国家重点推广的低碳技术目录》里面相关产业政策和部分技术发展进程，供大家参考。
二、产业政策及技术现状
《国家重点推广的低碳技术目录》 （第二批）里非化厂能源类技术，生物质气化燃气技术列为零碳技术支持加大发展。
生物质气化燃气替代窑炉燃料技术
一、技术名称：生物质气化燃气替代窑炉燃料技术
二、技术类别：零碳技术
三、所属领域及适用范围：可再生能源生物质能源化利用
四、该技术应用现状及产业化情况
我国生物质资源丰富，其利用方式主要有成型燃料、直燃发电、 厌氧制沼气等，但各类技术发展均存在一定的瓶颈。该技术以工业领 域热需求为目标市场，通常单一热需求用户需要消耗生物质原料在6 万吨左右，燃料选择广泛，受周边燃料市场的制约相对较小。目前， 该技术已在广东汕头、深圳、佛山、肇庆等地建立了示范工程，涉及 行业包括钢铁、有色金属熔炼等。生物质气化燃气替代传统的煤、重 油和天然气等化石能源，清洁低碳，具有良好的经济和社会效益。
五、技术内容
1、技术原理
该技术的核心设备是混流式固定床气化炉。原料从设备顶部进入 气化炉后，在高温和气化剂作用下转化为含有一氧化碳、氢气和甲烷 等成分的可燃气。气化剂可从气化炉的上部和下部同时进入，产生可 燃气体经炉体中部排出，而炉渣由炉底炉排输送到灰渣池。由炉体中 部排出的可燃气经过净化除尘后送往工业燃烧设备。该气化气可用于 不锈钢退火炉、熔铜炉、熔铝炉等工业窑炉，可实现对燃煤、重油、 天然气等传统化石燃料的替代。
2、关键技术
（1）生物质混流式固定床气化技术 通过将上吸式固定床与下吸式固定床优化组合，解决生物质固定 床气化过程中燃气温度低和生产规模小的常见问题；
（2）高温生物质燃气除灰及输送技术 通过燃气高温除尘器和燃气高温输送风机，实现高温除尘高温输 送的一体化设计，既满足工业窑炉对生物质燃气洁净度的要求，又可 避免生物质燃气的显热损失、过度除焦油的能量损失以及焦油冷凝带 来的管道堵塞问题；
（3）低热值燃气高效燃烧及污染控制技术 通过低热值燃气连续式蓄热燃烧器，在高效燃烧的同时降低NOx 和SO2等污染物的含量，实现中低热值燃气燃烧工况的有效调节，满足 工业窑炉对火焰长度、燃烧温度、环境气氛和污染物控制等方面的要 求；
（4）生物质气化系统与工业窑炉耦合调控技术 根据窑炉生产需求可快速调节产气负荷，避免浪费和燃气不足的 情况发生。
3、工艺流程
该技术是一项由生物质原料气化到用气设备端的完整工艺。以熔 铝炉为例，工艺系统由原料储存、上料设备、固定床气化炉、灰渣处 理装置、燃气输送、熔铝炉蓄热燃烧系统、熔铝炉烟风系统及主辅设 备控制系统构成，详见图1所示。
图 1 生物质燃气替代化石燃料工艺流程图（熔铝炉为例）该技术已获得 5 项国家发明专利，5 项实用新型专利。典型用户：佛山金兰铝厂有限公司、肇庆市弘达实业有限公司、 深圳市华美钢铁有限公司等。典型案例 1 案例名称：佛山金兰铝厂有限公司生物质燃气熔铝炉供热技改项目 。建设规模：年耗生物质原料 5.4 万吨，替代燃油折合标准煤 2.1 万吨/年，若折合替代天然气相当于 2835万立方米。建设条件：项目 周边资源丰富，热用户用热需求稳定。主要建设内容：4 套生物质气 化设备，以生物质燃气替代燃油，供热于数台铝熔炼炉及保温炉。项目建成后，年减排量约5万tCO2，碳减排成本约 150 元 /tCO2。典型案例2案例名称：肇庆弘达公司生物质燃气有色金属熔炼炉供热技改项目建设规模：年耗生物质原料5000吨，替代燃油折合标准煤 1900吨/年，若折合替代天然气相当于 262 万立方米。项目建成后，年减排量约4600tCO2，碳减排成本约 150元/tCO2。九、推广前景和减排潜力 预计未来 5 年，按照耗用生物质量25万吨/年计算，可替代标准煤 9.5 万吨/年，可形成年减排能力约 25 万 tCO2。一、技术名称：基于二次燃烧的高效生物质气化燃烧技术三、所属领域及适用范围：可再生能源生物质能源化利用。四、该技术应用现状及产业化情况在我国，生物质能能源化利用比例逐年加大。截至目前，已开展 生物质供热项目超过200个，项目规模最大达到了80t/h，应用领域覆盖 钢铁、医疗、化工等十几个行业。其中，生物质气化燃烧技术也有少 量应用，但存在规模小、气化效率低、合成气热值低、焦油含量高和 经济效率低等问题。基于二次燃烧的高效生物质气化燃烧技术可实现 单台生物质锅炉容量达到1200万千卡，同时高温燃烧使焦油裂解焚烧 彻底，保证设备的工作稳定性；另一方面，因该技术利用生物质热能 产生高温火焰和气体用于锅炉和工业炉窑加热，目前已在我国广东省 和浙江省得到应用，具有广泛的适用性和较大的推广潜力。该技术可视作生物质燃烧器，将生物质成型燃料在第一燃烧室内 进行悬浮式半气化半燃烧，产生800～1000℃的高温火焰及少量的颗粒 烟尘。经一次燃烧后的气体喷射到蓄热燃烧室（二次升温燃烧室）二次补氧升温，进一步充分燃烧，产生1200～1300℃的高温清洁火焰， 为锅炉或熔炼炉、烘干炉、导热油炉等工业窑炉供热。（1）悬浮气化技术 采用双层结构燃烧器，炉膛上层对生物质成型燃料进行鼓风悬浮 半气化半燃烧，热效率达到 90%以上；（2）自动化分级控温技术 通过温度、风量分级控制，避免焦油等物质对设备的堵塞和腐蚀， 提高锅炉燃烧效率，同时减少氮氧化物的排放；（3）烟气余热回收技术 采用热交换装置回收尾气热能，可降低单位产出能耗达10%以上；（4）耐高温蓄热装置 在二次燃烧室外包裹蓄热耐火材料，使二次燃烧室内恒定高温，避 免局部冷却产生结焦问题。其耐火材料抗酸性能好，使用寿命长，性 能稳定。3. 工艺流程 生物质气化燃烧技术原理图见图1。图 1 基于二次燃烧的高效生物质气化燃烧技术原理图1.燃烧器点火启动时间：≤8min；2.燃烧器热效率：>90%；3.燃料燃烧排放浓度：烟尘≤20mg/m³，SO2≤20mg/m³， NOx≤200mg/m³。 七、技术鉴定情况 该技术已获得国家实用新型专利 12 项，并通过中国特种设备检测 研究院试验，浙江省特种设备检测研究院和浙江省特种设备节能检测中心的锅炉运行工况能效测试。典型用户：浙江正华纸业有限公司、湖州长盛化工有限公司、杭州千岛湖渔具制造有限公司、湖州吉昌化工有限公司、湖州市道场电 镀厂等。典型案例 1 案例名称：浙江正华纸业有限公司生物质气化供热项目建设规模：锅炉容量为 10t/h，年利用生物质成型燃料 1 万吨。 建设条件：能提供锅炉安装的场地，具备连续运行的生产用能需求。主要建设内容：对 10t/h 燃煤锅炉进行改造，增加一台生物质成型燃料气化燃烧设备。主要设备为生物质气化燃烧器、蓄热器、热交换器和自动装置。项目建成后，年减排量约1.3万 tCO2，碳减排成本约 40 元/tCO2。典型案例案例名称：湖州长盛化工有限公司生物质气化供热项目 建设规模：锅炉容量为 6t/h，年利用生物质成型燃料 6000吨。建设条件：能提供锅炉安装的场地，具备连续运行的生产用能需求。主要建设内容：增加一台生物质成型燃料气化燃烧设备和 1 台 6t/h锅炉。主要设备为生物质气化燃烧器 1 台、蓄热器、自动装置 1 套、6 吨蒸汽锅炉。项目建成后，年减排量约 0.79万 tCO2，碳减排成本约 94 元/tCO2。九、推广前景和减排潜力该技术的推广有助于提高我国生物质燃料能源化利用比例，对于工业及民用供热、加热系统具有较强的适用性。预计未来 5 年，全国生物质锅炉将达到 1万座，该技术的预期市场占有率可达 15%，可形成年碳减排能力980万 tCO2。
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