解疑答惑|电烧石灰路在何方？
近期，随着国家《关于推动能耗双控逐步转向碳排放双控的意见》的实施，石灰生产企业对二氧化碳排放控制技术及新能源生产石灰技术等领域的关注与日俱增，尤其是对电烧石灰技术的进展和应用现状再次成为热点，而且近期出现了很多“炒作电烧石灰概念”现象，对一些不知内情的从业者造成了误导，很多从业者也提出了质疑。根据广大会员及读者要求，中国石灰产业学会近期组织了相关专.业技术人员，对目前国内电烧石灰应用的真实现状进行了调研，通过走访和问询以期解开相关问题，还原“电烧石灰的真实现状”。本期编者采访了此次调研行负责人、中国石灰产业学会专委会副秘书长孙武生，以大家关注的热点为切入点，采用问答形式，从学术和专.业角度以第三方视角总结了相关热点问题并进行了解答。以下编者简称“问”、孙秘书长简称“答”。
1、问：目前电烧石灰方式主要有哪几种？都有哪些特点？
答：从目前技术应用角度来看，主要有竖炉电极法、竖炉电阻法、竖炉高温空气法（无焰燃烧）、竖炉真空法、双膛窑感应加热法等工艺技术，都能够实现电能生产石灰。
电极法是借鉴电石生产工艺通过在或密闭的电炉中，依靠电弧高温熔化反应而生成石灰。该项技术是石料在电炉内经过电极电弧垫和炉料的电阻热反应进行加热，需要部分含碳原料，如：焦炭、无烟煤或石油焦等含碳燃料引弧助燃，不是单一的纯电能生产石灰技术。该项技术特点是升温快、温度高，缺点是能耗太高、石灰生过烧率极高。
电阻法是以实验室中的马佛炉技术原理上的技术延伸，由于电阻导热的特性，仅适用于在静止的窑炉炉璧上安装电阻加热，应用案例仅限于实验室、高纯度的小型产量的氧化钙生产中，炉型结构主要是隧道窑结构，采用连续步进式加热方式。也有采用螺旋输送加热、回转窑内安装加热盘等方法生产的。但是，由于限于电阻自身的加热的缺陷，该类技术存在无法产能大型化、能耗过高的缺点，而且，电阻材料应用时间短、损耗过高。
高温空气燃烧技术亦称为无焰燃烧技术，是一项燃烧领域的高新技术，具有不同于传统燃烧技术的新特点，是90年代以来发达国家开始普遍推广应用的一种全新燃烧技术。空气燃烧技术在我国的发展刚起步，尤其是高温空气法生产石灰技术目前国内仅有“唐山金泉冶化科技产业集团”旗下的“唐山金泉冶化科技产业有限公司”和“唐山金泉成套设备有限公司”两项专利技术。该项技术实现了“无焰”燃烧，所采用的技术方案是一种电加热产生1000-1500℃范围的热风高温空气来煅烧石灰，包括电烧炉炉体，热能转换系统、热能蓄热体、高温无焰燃烧系统等。事实上，该项技术原理来源于传统钢铁行业炼铁高炉的热风炉原理，即蓄热式热风炉。只是该项技术创新的把电加热装置、热能蓄热体、燃烧装置等三个不同功能的工艺装置设置在一个组合体内，形成一个完整的加热、蓄热、煅烧一体化的新型多功能炉体。不同于高炉热风炉需要单独建设多组热风炉的问题，解决了其投资高、占地多的缺陷。该项发明也解决了采用电能生产石灰时电能所转换的热能无法直接加热被加热体，而且无法把热能储存及无法精确控制热负荷和热风温度的问题。
真空法是采用在负压真空空间进行电加热煅烧石灰，解决了传统石灰窑采用煤炭或气体煅烧时石灰活性度与石灰石分解速度之间的矛盾及石灰受燃料或炉气污染的问题，因石灰石在负压真空中分解速度快，煅烧温度低和煅烧时间短，所以热损小，能耗低；获得的石灰具有活性度高、反应性强的优点。该项技术是“唐山金泉冶化科技产业集团”旗下的“唐山金泉冶化科技产业有限公司”和“唐山金泉成套设备有限公司”独家拥有的一项发明专利技术和一项实用新型专利技术。其关键技术旨在收集石灰生产中产生的全部二氧化碳气体，由于是无焰、无氧燃烧，可以直接收集95%以上浓度的二氧化碳气体，大幅度降低了二氧化碳回收中的净化、加压、分离等设备的投资，非常利于石灰生产中实现二氧化碳气体的工业化应用，包括轻质碳酸钙、纳米钙等石灰深加工领域。与传统的燃煤或燃气石灰窑二氧化碳气体含量只能达到25-35%含量相比极具应用前景。
感应加热法是基于电磁感应加热原理，通过电磁控制器将工频交流电整流成直流电，再通过逆变器将直流电转换成高频交流电。高频交流电通过缠绕在加热炉体外的感应线圈产生磁场，炉体通过电磁感应产生涡流。目前，众多的涡流电路加热炉体，主要用于烘干物料用途，都能够达到快速加热炉体内水的目的，用以直接生产石灰目前还没有太成熟的应用技术。
2、问：目前电烧石灰技术应用情况如何？主要问题在哪里？
答：虽然上述这几项电烧石灰技术从原理及实施情况看，都能够生产出石灰，可是从我们调研的情况看，目前还没有大规模应用于生产石灰的实施案例，仅有部分应用于实验场所或应用于高端石灰产品深加工用途的小型产量的石灰生产应用。我们综合分析了原因只有一个：“成本问题”，这个是目前制约电能生产石灰的主要问题。
3、问：电能如何转换？电烧石灰的能耗成本如何计算？
答：在电烧石灰工艺中，电能转换方式很关键，我们可以先从电能转换原理和电能转换率说起。
我们知道，生产石灰需要的是热能，但是电能是无法直接应用的，
电能和热能是两种不同形式的能量，它们之间是需要互相转化的。将电能转换成热能的是各种各样的电加热元件、电热设备和电热电器；
目前，电能转换成热能的形式：按其原理可以分为：电弧加热、电阻加热、介质加热和感应加热四大类：
第.一类是电弧加热，是利用电极与电极之间，或电极与工件之间产生的放电而使空气电离形成电弧发出高温来加热物体。
第二类是电阻加热，是电热转换的主要形式，它分为直接加热和间接加热：直接加热就是使电流通过被加热体本身，利用其本身的电阻发热而达到加热的目的；间接加热就是利用专门材料制成的产生热量，通将热量传递到被加热体。
第三类是介质加热，介质加热是将被加热体放置在高频交变电场中，利用被加热体介质损失而加热。
第四类是感应加热，分铁心感应加热和无铁心感应加热。
上述电能转化方式根据热能的效率，采用不同的方式，转化率也不同。目前比较适用于石灰生产的电能转化热能方式主要是电阻和感应两种方式。
根据理论数据及生产实践数据显示：一度电产生的热能理论值为3600千焦（860大卡）；电阻转化率在80%左右，即1度电=3600×0.8=2880千焦（688大卡）；感应转化率在90%以上，即1度电=3600×0.9=3240千焦（774大卡）。
我们生产一公斤石灰需要的理论热能是890大卡（890/860），即需要1.035度电。或者理解为生产一吨石灰需要890000大卡热量，换算成电能就是1035度电（1000×1.035）。
这只是在一度电产生的热能理论值为3600千焦（860大卡）的数据基础上的计算，如果考虑电能转化率在90%以上，1度电*高可以产生774大卡。
即生产一公斤石灰需要的理论上需要1.155度电（890大卡÷774大卡/度电）。生产一吨石灰需要1150度电（890000大卡/吨灰÷774大卡/度电）。
目前，我国主要地区的工业用电价格在0.55-0.6元范围，采用电能生产一吨石灰就理论上就需要570-629元 [1035×（0.55-0.6）]范围，如果按照电能转化率90%计算就需要632-690元[1150×（0.55-0.6）]范围。这个成本已经大大高出我国大部分地区的石灰售价，而且这只是燃料能耗成本，还不包括运行电费、石料成本、人工成本、检修和大修费用等直接生产成本。如果按照传统石灰生产方式中的燃料成本占石灰生产成本60%的方式计算，这种电能生产的石灰总成本至少在800-900元范围，目前国内石灰价格大都在350-500元范围，显然，这个成本价格很不现实。
4、问：电烧石灰的成本如此之高，有没有降低成本的途径？
答：上述成本中是按照理论能耗计算的，即煅烧一公斤石灰需要890大卡热量，在实际生产中，由于煅烧工艺不同，这个数值还要被打破，比如：普通竖窑的能耗为＞950大卡（折合标煤135.7 kg/吨灰）（折合1227度电/吨灰）、回转窑的能耗为＞1350大卡（折合标煤192.8kg/吨灰）（折合1744度电/吨灰）。而双膛竖窑由于先进的蓄热原理有着较低的热耗，目前指标是小于850大卡（折合标煤121.4kg/吨灰），先进的指标已经低于830大卡（118.5 kg/吨灰）。
如果按照双膛竖窑*低能耗830大卡（118.5 kg标煤/吨灰）折合成电能也要1072度电/吨灰（830000大卡/吨灰÷ 774大卡/度电）。
通过以上数据可以得知，采用电能煅烧石灰所用能耗至少在1000度以上。而且从目前传统石灰生产工艺来看，还没有其它更好地节能途径。
5、问：目前有一种悬浮窑是否可以达到节能目的？
答：悬浮窑技术来源于水泥行业。我国第.一条煅烧石灰的悬浮预热分解窑是上世纪九十年代Polysius为宝钢建设的悬浮预热分解窑煅烧粉状石灰生产线。建设了一条悬浮预热分解窑，但由于该窑设计时间是在上世纪八十年代，当时水泥的预热分解技术也不是十分成熟，因而设计缺陷比较多，在现在看来技术比较陈旧、落后，因而该生产线的效果也就可想而知了，Polysius在宝钢的悬浮预热分解窑没有达到设计要求，后来经过宝钢的努力改进，该生产线基本可以正常运行，但由于设计的缺陷，始终不能达到满意效果。但仍取得了每公斤石灰热耗800大卡的效果。之后Polysius在为Atstralia建设煅烧粉状原料的石灰生产线时，没有使用与宝钢相近的悬浮预热分解窑，而是选用了带四级悬浮预热器的回转窑。该系统与煅烧水泥熟料的悬浮预热器窑除冷却部分不同以外，其他部分完全相同，该生产线由于系统热损失较大，虽然在产品质量上比宝钢的悬浮预热分解窑粉状石灰生产线得到提高，但热耗却比煅烧块状石灰的回转窑生产线还要高， 只取得了提高原料利用率的效果。
随着水泥行业悬浮预热分解技术不断的进 步，目前，我国研究开发的悬浮预热分解窑煅烧粉状石灰生产线目前在国际上已经处于领先水平，分解炉使用了离线型分解炉，其分解效率可以达到95%以上；而且还增加了反应釜工艺，这个技术是保证产品质量的极重要的措施， 它解决了石灰悬浮预热分解煅烧石灰影响产品质量的瓶颈；
用无机热传导换热器进行余热交换，大大降低了煅烧石灰所需的热量，使系统的热耗得到了大幅度的降低，生产每公斤石灰的热耗降至800大卡以下。
虽然，能耗已经低于800大卡以下，换算成电能也需要1000度电，从节能角度也没有显现出特殊优势。但是，与传统的回转窑能耗（*低1250大卡／kg）相比已经至少每公斤降低热耗450大卡，折合节约标煤65kg以上，这个能耗指标是很不错的。
不过，悬浮窑只是能够煅烧1mm以下粉状石料，理想的节能石料粒度是在0.01mm以下，其节能原理是小粒径石料提高了分解速率。在我们传统石灰竖窑普遍采用30-150mm粒径石料的前提下，没有对比意义。而且，石灰行业下游用户所需要的石灰粒度绝大部分都是20-80mm粒度范围，产品后续应用选择渠道较窄。
再者，从投资角度也很难普及，目前，日产1200吨的悬浮煅烧生产线都在6000万元以上，而且其工艺设备总高度都超过了100m,显然，很难大范围推广应用。
6、问：近期，市场上有一种所谓“电磁加热煅烧石灰技术”宣传的很火热，对电烧石灰是否有积极意义？
答：我们已经关注到这个现象，而且我们此次调研行重点就是对该项技术进行实地考察、调研，以期解开其中的“奥秘”。我们在调研中发现：截止目前，还没有一家真正采用该项技术生产石灰的，仅有一些实验性煅烧案例。所以，该项技术目前还仅存在于理论和宣传阶段，而且其理论和宣传也严重误导了消费者，比如：其宣传视频中的“煅烧一吨石灰只需350-400度电”、“节能30%”等用语更是离谱，我们在调研中与部分厂家沟通时甚至都不知道煅烧一公斤或一吨石灰到底需要多少热能，也不知道石料中还有二氧化碳，可以说是所有数据都是“想当然”。其“节能30%”是指电磁的电能转化率与电阻的转化率相比的，不是煅烧石灰节能节能30%，这个属于“偷梁换柱”的宣传，很不“靠谱”。
但是，从另一个角度讲，这个电磁加热技术就是我们上述中“感应加热”的一种，确实在目前所有电能转化工艺中，转化率应该可以达到95%左右，所以这方面是应该肯定的。从电能转化角度来讲也是对我们石灰行业的一个启发和贡献，值得肯定。
事实上，我们发现，该项“电磁加热技术”在物料烘干方面应该是可行的，其“只需350-400度电”只是应用在回转加热污泥时的用电量。但是，烘干污泥中的水分与分解石灰石中的二氧化碳有着“天壤之别”，一个是常压挥发水分，一个是分压分解二氧化碳气体（具有阻燃作用，在898℃时，碳酸钙上面的CO2气体的压力达到１个大气压（101.3KPa）时才可以有效分解）。或者，可以理解为前者100℃就可以开始蒸发水分，后者在898℃时才能够开始分解，这两个温度相差极.大，能耗没有可比性。
另外，从加热方式上是否可取也有待商榷，该类电磁加热生产石灰是采用回转窑结构方式，筒体采用不锈钢等耐热材料，筒体长度根据产量不同长度不等，筒体长度一般都在60-100m或更长。其加热方式采用在筒体上设置几十个（约每2m一个或其他间距）电磁加热装置，电磁加热装置包括加热模块，加热模块设置电磁线圈，电磁线圈与筒体进行感应加热，把整个筒体或局部加热至1000℃以上，加热后的筒体与筒体内的石灰石进行直接接触式换热，在电磁煅烧石灰石燃烧过程中不需要氧气（不需要供风）。
从这个加热工艺看，与传统的石灰煅烧有着本质的区别。我们石灰产业从业人员都知道，煅烧石灰传热方式主要通过窑内流动的炙热的气体与石灰石表面进行对流和辐射的方式传给石灰石表面，石灰石由表及里主要由热传导的方式换热。在窑炉内，高温炙热的气体以对流与辐射的方式把热量传给石灰石表面，对流传导辐射在不同温度范围所占比例不同，在800℃以下时，高温炙热气体与石灰石之间的传热主要靠对流，在800℃～1000℃之间时，高温炙热气体传热主要靠对流和辐射换热。当温度高于1000℃时，炙热气体与石灰石之间的传热主要靠辐射换热，这时石灰石所吸收的热量约90%通过辐射传热方式实现。
但是，这种电磁加热方式只是靠单一辐射传热方式实现，也就是说只有当温度高于1000℃时才开始对石料进行分解，1000℃以下时的温度无法与石灰石进行分解，只是达到了预热功能而已。所以，该项加热方式能耗会比传统石灰煅烧方式更高。
如果，换一个方式简单解答就容易理解了，我们可以把煅烧石灰比喻成做饭，传统石灰加热方式就是“蒸饭”，电磁加热就是“炒饭”。石灰石需要与转动的筒体进行不停地翻转才能达到传热效果，而且料层很薄才能有效导热，白白浪费了筒体的大部分空间。
另外，从生产工艺结构来看也达不到节能效果，我们从上述讲的石灰生产工艺可以知道，回转窑的能耗是所有窑型中*高的，这主要是结构特点造成的，由于回转窑只有煅烧带和预热带，没有冷却带，致使煅烧后的1000℃的石灰余热热能无法与石料进行热交换，而且为了减少筒体自重，筒体保温砖不能太厚，致使筒体散热量也很高，所以，能量损失是造成回转窑能搞过高的主要原因。同理，这种电磁回转窑也走进了这个怪圈，其结构与传统回转窑相仿，而且筒体内部没有耐火砖，仅仅是单一的不锈钢材料筒体。试想，这种结构筒体外部无论如何保温也不会达到节能效果的，比传统的回转窑能耗还要高。
7、问：那么，是否意味着“电磁煅烧石灰”是伪科学或者说是虚假宣传？
答：“伪科学”的说法不太客观，从单一的电磁煅烧石灰技术角度来讲确实存在一定的误区和偏颇的理念，其实这也是涉及到生产成本问题，或者说好的技术放错了地方，生产成本不适用而已。假如在其它领域比如：烘干、加热、换热等地方可能就是一个很好的技术。至于“虚假宣传”确实存在不负责任的一些误导性宣传，比如成本等问题。这个可能是涉及到专.业和领域问题，一个搞电气的专家未必懂得烧石灰，一个石灰行业的专家也未必把电磁加热原理说得清楚，仅此而已。
8、问:我看到网上的这些“电磁生产石灰”视频留言呈现一边倒的“负面评价”，如何理解？
答：我们在调研中也看到了这个现象，但是，对一项新技术的出现我们要保持理解和支持的态度，不能以“讥讽”、或“攻击”为目的，大家互相交流，互相学习和探讨，要以事实和数据来说话。比如，行业内的一名曾经被称为“专家”的副会长，不分场合、不分地点，只要有新技术出现，不顾身份，就马上攻击、讥讽。但是，确拿不出任何数据，只是以什么“永动机”、“人有多大胆地有多大产”等讥讽言语。其实，这就涉及到人品和职业道德问题了，毕竟自己也是搞回转窑的，因为新技术的出现会动了其奶酪，仅此而已。可喜的是，行业需要净化、学术也要净化，这个人目前已经被免去“副会长”职务，这个是我们早已经预测到的结果。
同样是交流，大家也可能看到，中国石灰产业学会也有微信交流群，电磁煅烧石灰的视频也曾有人发到这个群里面，没有一个进行留言和评价的，为什呢？这是一个学术交流群，对一项技术还没有认证、了解的情况下是不会轻易下结论的。对一项技术的否定，*好的方法是拿出更先进技术进行比对，让结果说话。毛主席曾经说：没有调查研究就没有发言权！这句话放在这里很合适。这也是我们做技术、做研究的人遵守的基本职业道德。事实上，我们这次调研行也是遵循这一原则的。
当然，我们的调研工作由于时间短促，也未必全面，仅是“抛砖引玉”，让更多的、有助于石灰产业发展的好技术、好理念呈现给大家。我们也希望“电磁煅烧石灰技术”能够有进一步的提升，如果我们的调研有不完善的地方欢迎大家提供依据，以正视听，或者还有更加值得推广的新技术可以留言我们工作邮箱：（ shihuichanye@163.com） 我们共同交流、共同进步。
9、问：是不是说“电磁加热生产石灰”无法在石灰产业应用？
答：不是的，恰恰相反，从电烧石灰工艺原理来看，除去成本问题其它技术问题都得到了解决，比如，我们上述所讲的由唐山金泉冶化科技产业有限公司研发设计的多项电烧石灰专利技术，如：竖炉高温空气法（无焰燃烧）、竖炉真空法、双膛窑感应加热法等工艺技术都可以应用“电磁加热技术”，尤其是双膛窑感应加热法更容易实现。
10、问：既然电烧石灰成本高，目前怎样合理应用该项技术：
答：目前电烧石灰的成本确实不适宜国内的大部分地区的电价成本，但是有些地方电价就很低，比如新疆部分地区电价阶梯可以达到0.2元以下，这个价格就很适合电烧石灰，基本和煤炭煅烧石灰成本相同了。再有，部分私人小型水利发电以及风力发电、太阳能发电等都是电价比较低的可选项目。
另外，我们上述所说的成本，仅仅是指石灰（氧化钙）的生产成本，如果是石灰深加工中的一些附加值很高的产品，比如：纳米钙、高纯钙化物、金属钙及医药、化工类产品等都可以考虑应用电烧技术，毕竟电烧增加的成本在这些*终产品中所占比例不高。
11、问：从产业发展角度来看，如何定位电烧石灰发展方向？
答：任何一项新的技术，从研发成功到真正发挥作用都需要时间，电烧石灰也不能排除在外。电烧石灰技术的价值并不是在当下，而是在未来。从上述所介绍的电烧石灰技术中，我们可以看到电烧技术石灰未来的可行性。而且这种科技创新，无疑给人们展现了石灰生产技术能够改变的潜力。
所以，虽然目前电烧石灰技术还需要提升，尤其是“电磁加热煅烧石灰技术”还存在很多的争议和问题，但这并不意味着我们要完全否定它。我们要理智看待，既不要被过度的商业宣传蒙蔽眼睛，也不要对新技术持有偏激的消极态度。毕竟，科技的进步总是需要时间的沉淀和社会的摸索，让我们拭目以待吧！
12、问：从现实角度讲，应用电烧石灰技术有没有可行性？出路在哪里？
答：刚才讲到电烧石灰技术的价值并不是在当下，而是在未来。但是，从目前国家《关于推动能耗双控逐步转向碳排放双控的意见》开始实施的背景下，应用清洁能源技术生产迫在眉睫，应该很快就会实施，这个“未来”很可能就是“当下”。
目前，使用清洁能源生产石灰的可以实施的途径有三条：第.一是采用天然气，这个由于成本问题目前也难以实施。第二是生物质燃料，原料易得，成本也是*低的，比煤炭成本还低，而且是“燃料零碳排放”，非常符合目前的《碳排双控》产业政策，该项技术唐山金泉冶化科技产业有限公司已经开始实施推广，很值得大家期待。第三 就是目前所述的电烧石灰技术，推广电烧是国家*支持的应用清洁能源政策，符合国家产业政策背景，而且电能是国家自产自销的，永远不会缺乏，这个是其显著特点。
所以，从目前产业政策来讲，我们应该未雨绸缪，提前做好清洁能源应用的准备才能更好的应对当前的产业发展形势。
13、问：具体的来讲，目前有没有相关技术可以稳妥的实现上述理念？
答：有的，就在7月18日，由中国石灰产业学会组织的“2023年中国石灰产业新技术（新装备）科技成果鉴定会（第二季）”中，成功的鉴定了一项新的石灰生产技术成果（ZGS外支撑式混喷双燃双膛竖窑），该项技术由唐山金泉冶化科技产业有限公司选送，涉及两项该公司的专利技术成果。该项技术成果可以实现传统的混料式竖窑生产工艺与双膛窑喷吹功能的完美组合，既可以实现单窑进行混料式生产，也实现了双膛窑体的喷吹煤粉、气体等燃料。该项技术改变了传统双膛竖窑炉内牛腿式支撑及悬挂缸吊挂结构，采用炉外通道式支撑结构实现两个炉体余热烟气循环，达到蓄热功能。尤其是其采用的炉外烟气循环通道气力清灰和气力输送粉尘技术是典型的创新的技术，该项技术特别适合传统混料式竖窑改造为喷吹燃料+电烧的生产工艺。
特别值得肯定的是，该项技术在喷吹装置及烟气循环通道和外支撑通道内均设置和预留了电磁加热等电烧功能，实现了真正意义的煤炭一体化、汽电一体化。尤其是该项技术中的悬浮式煅烧粉料
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