双碳背景下水泥行业氢能的发展现状及趋势

氢能具有清洁无污染、单位质量能量密度高等特点，被视为21世纪最有发展潜力的清洁能源之一，在水泥、火电、汽车等领域的应用已成为各国技术研究的重点方向。氢能在国内外水泥工业中的发展现状主要是氢气作为燃料直接燃烧产生能量和氢气与碳利用技术(CCUS)结合使用两种方式。氢气直接燃烧技术的关键在于，通过氢气的掺入，提高替代燃料对化石燃料的替代率；氢与CCUS结合使用的关键在于，CO₂的捕集及研制催化CO₂加氢制甲醇的高效催化剂。结合氢内燃机、氢燃气轮机等工业领域对氢能燃烧存在的自燃、早燃、回火、NO_X排放量大等理论研究和解决方案研究，分析了我国水泥行业氢能当前发展现状和未来发展趋势。     

氢能在玻璃生产中的利用与可行性分析

减少碳排放已经成为我国工业企业运营与发展的核心要素之一。世界范围内，许多著名玻璃企业都在关注利用氢气/氢能实现玻璃生产过程中的二氧化碳减排，开展了大量的工业性试验。基于氢能源的基本特点、氢气燃烧时的特征及不同氢气含量在浮法玻璃熔窑中燃烧的热通量与热辐射量变化，总结了国内外在使用氢能、掺氢与含氢燃料玻璃制造方面的实践情况，分析了氢气在玻璃熔制中所面临问题与可行性。表明玻璃行业利用氢能替代化石燃料以降低碳排放是未来发展重要方向。     

甲乙酮装置热媒炉低氮燃烧技术改造

甲乙酮装置热媒炉烟气中NO_x的含量大约为130 mg/m³，从NO_x生成机理出发，采用分级燃烧技术、助燃空气-烟气内循环技术、燃料-烟气内循环技术和二次风布置技术相结合的改造方案，可显著降低热媒炉烟气中NO_x排放浓度。NO_x排放浓度从改造前的130mg/m³下降至45 mg/m³以内，满足当地环保部门超低NO_x排放限值的要求。     

介质阻挡放电辅助氨/空气预混旋流燃烧试验

氨是一种高效氢载体，有望成为下一代无碳燃料，但较窄的燃烧极限和较高的NO_x排放阻碍其使用。等离子体是一种高效、低能耗的助燃方法，得到广泛应用。设计搭建自制的耦合介质阻挡放电的氨/空气预混旋流燃烧台架，研究了燃烧极限、火焰形貌、O₂和NO_x含量的变化规律。未放电时，贫燃极限为0.75,富燃极限为1.1～1.2。当量比为0.9时，火焰传播速度最快，火焰最短；在贫/富燃极限附近时，火焰充满整个燃烧室。当量比在1.05～1.10时，NO含量保持在较低水平，未生成NO₂。当量比由1.05减小至0.75时，NO体积分数由97×10^-6(3.5%O₂)增至2 785×10^-6(3.5%O₂)。随当量比降低，少量NO会进一步被氧化为NO₂,当量比为0.75时，NO₂体积分数达171×10^-6(3.5%O₂)。介质阻挡放电明显增强燃烧反应，抑制...     

玻璃熔窑天然气掺氢燃烧探究

当前国内还没有玻璃企业直接将氢气用于玻璃熔窑燃烧,也没有在天然气中掺入一定量的氢气进行混合燃烧,以降低玻璃熔化过程中的碳排放量,来实现生产过程降低碳排放的目的。根据天然气掺氢燃烧特性,探究玻璃熔窑天然气燃烧系统中掺氢的三个不同燃烧方案,为玻璃企业提供参考和借鉴。     

催化烟气脱硫除尘技术应用总结

介绍了中石化宁波工程公司自主研发的新一代烟气脱硫除尘技术在某公司120万吨/年LTAG单元烟气脱硫装置的应用情况。经净化处理后外排烟气中的SO₂质量浓度从1500 mg/Nm³降至15 mg/Nm³，颗粒物质量浓度由150 mg/Nm³降至10 mg/Nm³，外排废水各项指标均达到《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 31570-2015)要求。该技术具有针对性强、工况适应性好、切换自动平稳、设备使用效率高、投资低占地少等诸多优势，可大量减少污染物的排放，具有良好的环境效益、经济效益以及社会效益。对装置运行初期和停工检查中发现的问题，分析原因，提出整改措施，可供其他同类装置参考借鉴。     

尘硝一箱化SCR脱硝技术的探索与实践

中材株洲水泥有限责任公司5 000 t/d水泥生产线采用SNCR+分级燃烧技术进行脱硝，虽能满足现有排放标准，但随着国家环保形势日趋严峻，企业面临巨大的环保压力。为彻底解决NO_x排放问题，中材株洲联合河南中材环保采用尘硝一箱化SCR脱硝技术，并在中材株洲生产线顺利建成投运。项目投运后窑尾烟囱NO_x排放浓度稳定控制在100 mg/Nm³以内，氨逃逸控制在2.5 mg/Nm³以内，达到超低排放要求，同时脱硝氨水用量降低约75%,NO_x排污总量降低约1 100 t/a，可为水泥企业实现NO_x超低排放提供参考借鉴。     

烟气外循环技术在富氢燃气锅炉低氮改造中的应用

基于富氢燃气锅炉烟气中氮氧化物(NO_x)浓度为92 mg/m³的排放现状，采用烟气外循环技术对富氢燃气锅炉进行低氮改造，将NO_x排放降低到50 mg/m³以下，符合排放标准。同时，对烟气外循环技术出现的冷凝水问题，提出针对性的措施。     

玻璃工业窑炉二氧化碳烟气捕集、提纯与应用

随着国民经济的快速增长,我国已成为全球第一大CO₂排放国。而在我国传统高耗能工业中,建材工业已占全国能源活动CO₂排放量的15%。在2030碳达峰和2060碳中和的目标引领下,建材工业节能减排行动已势在必行。中建材集团率先推动玻璃工业碳减排,为建材工业探索低碳绿色发展在技术、建设和运行管理等方面累积经验,填补了玻璃工业碳捕集、提纯与应用技术空白,开创了世界玻璃工业回收利用CO₂气体的先河。本文介绍了5万吨食品级CO₂项目玻璃工业窑炉CO₂烟气捕集、提纯和应用技术,全新设计了玻璃窑炉CO₂烟气捕集、提纯装置,克服了原有技术的不足。研究表明,采用变压吸附加吸附精馏工艺,玻璃窑炉CO₂烟气回收率可达95%,纯度99.9%以上,社会效益和经济效益显著。     

玻璃熔窑烟气再循环联合燃尽风燃烧数值模拟

玻璃熔窑在采用高温低氧燃烧(HTAC)技术的条件下使用烟气再循环联合燃尽风燃烧对降低NO_x排放有极其显著的效果。基于数值计算方法建立了烟气再循环联合燃尽风燃烧数学模型,并通过实际运行数据与仿真结果对比验证了该模型的可靠性。研究表明:(1)随着烟气循环率增长,炉膛火焰温度下降,小炉出口NO_x浓度下降;(2)加入燃尽风有利于提升烟气对玻璃液的热通量;(3)本研究条件下烟气再循环联合燃尽风降氮燃烧优化运行参数为:烟气循环率5%,燃尽风率20%;在优化参数下运行时,其对应的NO_x质量流量为0.009 51 kg·s^-1,热通量为41.54 kW·s^-1,与基础工况(循环率0、燃尽风率0)相比,NO_x排放浓度下降60.73%,烟气与玻璃液间热通量增加13%;而与循环率0、燃尽风率20%的工况相比,NO_x浓度下降49.4%,烟气与玻璃液间热通量下降3.7%。为玻璃熔窑NO_x减排提供了理论支持。     

CH4掺混H2的燃烧数值模拟及掺混比合理性分析

本工作针对天然气掺氢燃烧技术在燃气锅炉的最佳掺混比开展数值模拟研究,以小火焰燃烧器为研究对象,计算了在空气氛围、恒定过氧系数、不同甲烷掺混氢气比条件下,掺氢比对燃料燃烧温度、燃烧速率、主要污染物排放浓度的影响。其中燃烧机理采用GRI-MECH 3.0简化机理,该反应包含24个基元反应,涉及17种组分。计算结果表明,随掺氢比增加,燃烧温度上升、燃烧反应速率加快,炭烟和CO的浓度与排放总量均降低,NOx的浓度上升但排放总量先减小后增大。结合我国城镇燃气的燃料互换性规范及工业污染物排放标准,得出最佳掺氢比为23%。     

SCR脱硝系统工艺方案设计及影响分析

分析了水泥窑烟气特性和SCR脱硝系统运行后对水泥窑及余热发电系统的影响，针对实施SCR脱硝的难点，确定采用“高温高尘”SCR脱硝工艺技术路线,以实现窑尾氮氧化物的超低排放。采用“高温高尘”SCR脱硝系统工艺方案，氮氧化物排放浓度可从300mg/Nm³降低至45mg/Nm³，达到超低排放要求，氨逃逸浓度<5mg/Nm³，吨熟料生产成本预计增加4.25元，余热发电系统总发电量预计减少0.67%。     

光伏玻璃窑炉烟气中NOX控制管理

光伏玻璃制造中窑炉烟气里的NO_X是大气主要污染物之一，根据玻璃窑炉温度较高的特性，其热力型NO_X是主要产生途径，受燃烧区域温度、空气过剩系数等影响。随着国家对大气污染物排放要求的不断提高，控制玻璃熔化过程以及加强余热系统烟气治理变得尤为重要。针对NO_X的控制与管理，从源头出发，分析NO_X形成的影响因素及治理方案，通过控制玻璃窑炉熔化的空气过剩系数、火焰的状态、烟气在高温区域的停留时间以及余热设备的优化等，减少NO_X的生成，提高NO_X的治理效率，从而降低NO_X排放的浓度值，降低环保运维成本。     

生物质掺烧条件下VOCs的排放特性

为了解生物质掺烧下烟气中挥发性有机物(VOCs)的排放特性，在58 MW循环流化床(CFB)机组开展烟气中挥发性有机物排放特征研究。结果表明，掺烧的生物质可显著降低VOCs以及NO_x和SO₂的排放。混合燃料燃烧特性的改变导致VOCs减排，VOCs减排效果最明显出现在生物质掺烧比从20%提升至30%时。生物质含有更少的S和N元素，是降低NO_x和SO₂排放的原因。生物质掺烧比为40%时VOCs等污染物排放最低。综合电厂实际运行情况，30%为最优掺烧比；分析表明，VOCs组分数量与燃料中生物质比例有很强的正相关性。生物质掺烧条件下VOCs的排放具有与燃煤锅炉和生物质锅炉不同的特征。在2种不同掺烧比下，VOCs排放占比最大的均为苯系物，分别达44.38%(20%)和33.75%(40%)。在20%掺烧比下其次是烷烃类(33.62%)、酯类(9.96%)等。在40%掺烧比下依次为酯类(22.75%)、烷烃类(16.16%)等。苯系物的排放以苯、甲苯等为主，烷烃的排放以正己烷为主，酯类则以乙酸乙酯为主；臭氧生成...     

含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH₃火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH₃作为燃料的燃烧特性,对含NH₃燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH₃/CH₄/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH₃/H₂/air、NH₃/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH₃燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现：含NH₃燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O₂分子的消耗而生成,主要通过与NH_i（i=0, 1, 2）自由基反应消耗;含NH₃燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH₃的含NH₃燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。     

玻璃窑炉全氧燃烧节能率理论探讨

玻璃窑炉全氧燃烧是玻璃工业发展方向,全氧燃烧的优势在于减少烟气及烟气中氮氧化物的排放,节约能源,在不考虑制氧消耗能源的基础上,一般认为全氧燃烧与普通空气燃烧相比,节约燃料30%以上,本文重点对全氧玻璃窑炉节能率进行理论探讨。     

水泥行业CO2排放特征及治理技术研究

本文系统梳理分析了水泥不同种类和各工序的CO₂排放特征，其中，工艺、燃料直接CO₂排放占比达90%，与物料中碳酸盐的含量正相关，与燃料发热量和利用率负相关，电力间接CO₂排放占比约10%，特种水泥由于减少了碳酸盐分解造成的碳排放，总体碳排放量较低。新型干法水泥生产过程可分为生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个阶段，工艺和燃料CO₂排放主要发生在熟料煅烧阶段，其尾气中CO₂浓度一般在11%～29%。研究分析了碳替代/碳捕集等控碳技术、CO₂资源化利用技术。水泥厂碳替代主要是原料替代、熟料或水泥替代、燃料替代等，可分别实现减碳10%、25%～50%和30%以上；碳捕集主要有富氧燃烧和烟气CO₂捕集，水泥窑富氧燃烧技术有全氧燃烧和分解炉全氧燃烧技术两种。捕集技术主要采用化学吸收法、固体吸附法；在CO₂综合利用方面，针对水泥厂的特殊应用场景，矿化具有较好的应用效果，如采用混凝土养护技术，制备高附加值的微纳米碳酸钙等。     

多元耦合低氮燃烧技术在蒸汽锅炉中的应用

采用低氮燃烧器、烟气外循环、分级分区燃烧多元耦合低氮燃烧技术,将两台75 t/h蒸汽锅炉进行技术改造措施。改造后烟气中NO_x浓度由改造前的104.2 mg/m³降至40.6 mg/m³,烟尘浓度由改造前的5.6 mg/m³降至4.1 mg/m³,SO₂浓度为9.6 mg/m³,年均减少NO_x排放50.9 t/a,年均减少颗粒物排放0.7 t/a,烟气中SO₂、NO_x及颗粒物含量均满足《锅炉大气污染物排放标准》(DB61/1226—2018)排放浓度限值。     

温度对厌氧耗氢产甲烷的影响研究进展

化石燃料燃烧过程中大量排放的CO₂引起了人们对CO₂生物甲烷化的关注。厌氧有机物生物降解过程中，与CO₂生物甲烷化相关的主要是厌氧耗氢产甲烷菌。近年来，研究者们关注温度对厌氧耗氢产甲烷过程的影响，对推动厌氧耗氢产甲烷工艺的发展有着重要的意义。本文从厌氧耗氢产甲烷技术原理出发，介绍了厌氧生物降解过程中耗氢产甲烷菌的重要作用，归纳了32种仅利用H₂和CO₂产CH₄的专性耗氢产甲烷菌，展示了氢气可以来源于化石燃料、生物质、水的分解和工业气体，综述了不同温度范围下厌氧耗氢产甲烷的效能，总结了不同温度变化方式对厌氧耗氢产甲烷的影响，并从氢气来源和温度变化等方面提出了展望。     

浮法玻璃窑炉用燃料及其烟气污染物排放特性与治理技术分析

浮法玻璃制造业是一个高能耗行业,在生产过程中使用大量气体燃料、液体燃料、固体粉状燃料。目前,玻璃窑炉使用的主要燃料有天然气、发生炉煤气、石油焦粉和重油等。由于各燃料的组成、燃烧特性差异很大,对烟气污染物的形成有重要的影响。对浮法玻璃窑炉用燃料及其烟气污染物排放特性进行有效分析与梳理,对治理烟气污染物技术与方法的列举,可为其烟气污染物治理技术的选择提供参考。