石灰窑回收二氧化碳发电电烧石灰的可行性研究
——燃料无成本生产石灰技术快步向我们走来
一、概述
目前，社会的发展面临着能源和环境两大难题，面对制约发展的瓶颈，亟需开发新型清洁能源、提高能源利用效率。新能源的开发已经成为全球的关注焦点，对于我们这样一个目前仍以传统能源为主要能源的大国来说，大力开发新能源就显得意义更加重大，开发新能源不但可以相对减少对进口能源的依赖，而且还可以达到节能减排的目的。走新型工业化道路，用高新技术和循环经济技术改造传统的高耗能产业。改变资源利用方法，建立循环生产模式，发展科技含量高，经济效益好，资源消耗低，环境污染少的新能源工业体系是今后我国乃至全球能源发展的一个必然趋势。
近年来,全球气候变暖日益引起国际社会的普遍关注,成为世界各国共同面临的危机和挑战。世界上的发电站每年都在燃烧煤炭、石油、天然气，它们一年排放120亿吨二氧化碳。家用或商用供暖设备则会产生110亿吨二氧化碳。目前,中国二氧化碳的排放量已经超过美国，位居世界*，二氧化碳减排的压力越来越大。因此研究适合于中国国情的二氧化碳减排道路，不仅有利于我国的可持续发展，而且对缓和全球气候变暖具有重要意义。
CO2作为*受关注的气体之一，不仅被认为是导致地球温室效应的罪魁祸首；同时，它也在特定条件下具有特殊的性能，可作为良好的工质应用于工业生产过程。目前，我国石灰产业生石灰产年产量为2.8亿吨，每年可产生2.2亿吨二氧化碳气体，而且80%的石灰生产采用煤炭生产，每年用于石灰生产的煤炭约4000万吨。如果把石灰生产中的二氧化碳收集起来用于发电生产石灰，对我国石灰行业的节能减排及环境友好带来积极的贡献。
二、二氧化碳发电的技术背景与发展趋势
超临界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide, S-CO）是指温度和压力均在临界值以上的二氧化碳流体，将其用来做动力循环的工质，它能在很小的体积内传递很大的能量。S-CO循环发电具有环境友好、热效率高、经济性好等特点，是未来清洁高效发电技术和能源综合利用技术的热点研究方向，是一项将带来发电变革的新技术。
内容摘要：1、国外超临界二氧化碳循环发电的研究现状: 目前，超临界二氧化碳（SCO2）布雷顿循环发电技术被普遍认为是具有革命性、颠覆性的国际前沿技术。目前，通用电气全球研究中心和美国西南研究院正在研发10MW级SCO2工程样机并在建设示范工程；英国、法国、捷克、日本、韩国等均开展了S-CO循环发电的相关研究，美日等国的研究机构和企业已经开发出了试验原型机和工程化样机。2、我国的研究进展: 我国在2012年左右开始基础技术的分析和设计的研究。S-CO循环发电作为重要的能源装备发展已列入《中国制造2025——能源装备实施方案》。2018年5月，中国电机工程学会发布《能源动力领域十项重大工程技术难题》，S-CO太阳能热发电技术被列为其中之一。2018年9月和11月，中科院完成了国内首座大型S-CO压缩机实验平台和双回路全温全压S-CO换热器综合试验测试平台的建设工作，填补了国内相关试验测试平台的空白。
三、二氧化碳发电及电烧石灰技术的研发进程与展望
截止2019年底，采用石灰窑窑气回收二氧化碳发电并直接用于电烧石灰生产技术无论在国外还是国内还没有发现相近或可参考的技术。
内容摘要：目前，采用石灰窑窑气回收二氧化碳发电并直接用于电烧石灰生产技术只有唐山金泉冶化科技产业集团旗下的“唐山金泉成套设备有限公司”和“唐山市丰南区金泉冶金能源新技术开发有限公司”（以下简称唐山金泉公司）拥有的多项自主知识产权的专利和专有技术，该项系列技术已经在2012年11月被“中国石灰产业学会”立项并重点支持的研发课题，命名为“1211工程”。这个项目是唐山金泉公司于2012提出设想并立项研究，2015年研制出原理性装置，2017年推出实验室样机，到2018年时就研制出符合中试及应用规范的高性能电烧石灰及发电中试装备。这是国内首次实现的真正意义的“二氧化碳发电”装置及采用电能生产石灰的装置。
从唐山金泉公司的产业发展规划来看，“电烧石灰技术”已经开始应用到该公司2019年*新推出的“第四代新型节能环保内置循环负压工业石灰竖炉”即“煤电一体化石灰竖炉项目”。示范项目已经在青海省的格尔木市、江西省的抚州市、湖南省的永州市等地开工建设。这些项目是唐山金泉公司电烧石灰技术“三步走计划”的开始，即“分步实施，阶段性应用”方案。*步首先在燃煤生产石灰的工艺上进行提升，确保用户前期能够生产出优质石灰。第二步在此基础上实施电烧石灰技术的初级工艺配置进行阶段性和功能性应用。第三步待二氧化碳发电技术在工业应用成熟后逐步改造实施电烧工艺，*终实现煤电一体化煅烧石灰及独立电烧石灰的目标。
从上述调研结果和了解的信息来看，虽然采用二氧化碳发电生产石灰工业化应用及普及还有一段距离，尤其是大型化发电装置的制造技术及设备的耐用度和可靠性需要进一步测试和提升。或许，作为一个没有工业基础的新技术开发应用，二氧化碳发电系统在基础热工特性、应用构建理论、系统运行控制策略、关键设备设计、材料选择等方面可能还面临很多技术挑战。但是，我们有理由相信唐山金泉公司有能力也有信心把这项事业搞好并延续，这是我们大家所期盼的。
四、综述
中国石灰产业学会与北方炉窑协会专家组通过对该项技术的跟踪调研后指出：二氧化碳发电具有环境友好、热效率高、经济性好等特点，是未来清洁高效发电技术和能源综合利用技术的热点研究方向，是一项将带来发电变革的新技术。同时，该项技术也是一项复杂的系统工程，需要有计划地整合各方资源、有意识地组织广泛的合作才能取得实质性的突破。建议学会统筹好行业内各项资源，鼓励高校科研机构与企业积极行动，有规划有分工地加入此项目技术攻关，支持产学研协同合作。
文章为摘要部分，文章全部内容详见《石灰产业》2020新年特刊。本期《石灰产业》2020年新年特刊在2020年01月中旬已经内部发行，发行后受到好评和关注，应广大读者要求及工作需要以及回馈读者对微信“石灰窑生态圈”的关注与关爱，决定再版重印发行。文章精选中国石灰产业学会2019年年会会刊资料中优秀论文、2019年度期刊优秀文章、2020年新推荐文章等组成。内容结合了我国石灰发展前景和石灰企业自身的特点，既有前沿理论与分析，更有科学性与实践性相结合的特点，对行业具有指导性意义。值得投资者和企业家和管理人员阅读。2020新年特刊《石灰产业》主要栏目有：投资风向标、学术研究、生产实践、瞭望台、市场动态、名企专访等特色栏目。
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本期《石灰产业》2020年新年特刊由中国石灰学会河北分会发起、发行。是除在中国石灰产业学会及北方炉窑协会会员单位内部发行外首次对外公开发行。本次发行为免费赠送。
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