經(jīng)項目改造的中試窯爐使用100%氨氣燃料，通過窯爐冷態(tài)點火升溫，現(xiàn)場調(diào)控溫度、壓力等燒成制度后，成功燒制了首塊零碳氨燃料綠色瓷磚。純氨燃燒窯爐煙氣由具有相關(guān)資質(zhì)的第三方現(xiàn)場采樣檢測，檢驗結(jié)果顯示，其煙氣污染物等均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限值。

建筑陶瓷生產(chǎn)要經(jīng)過1200攝氏度的高溫?zé)疲壳爸饕褂锰烊粴?、煤和重油等化石燃料，因而會產(chǎn)生大量的二氧化碳排放。在“雙碳”目標(biāo)背景下，陶瓷產(chǎn)業(yè)面臨巨大的二氧化碳減排壓力。采用先進零碳燃料是最根本、最直接、最有效的減碳方式之一，這也是高溫制造業(yè)在這場新能源技術(shù)革命中對科技創(chuàng)新提出的迫切需求。

記者近日獲悉，全球首塊零碳氨燃料燒制的綠色瓷磚在廣東省佛山市成功出爐，標(biāo)志著我國建筑陶瓷行業(yè)向碳中和目標(biāo)邁出了重要一步。

開發(fā)出氨氣零碳燃燒技術(shù)

目前，適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的零碳燃料只有氫氣和氨氣兩種，它們都不含碳，因此在高溫下燃燒不會產(chǎn)生任何碳排放。但由于工業(yè)窯爐燃燒用氫量巨大，而氫氣大容量儲運十分困難，極大地限制了氫在高溫工業(yè)中作為燃料的應(yīng)用。

氨是氫和氮的化合物，合成氨已有100多年的歷史，目前主要用于農(nóng)業(yè)化肥和化工原料。與氨相關(guān)的安全儲運技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、運輸標(biāo)準(zhǔn)都較為成熟，尤為重要的是氨可以大容量儲運，成本大幅低于氫的儲運，氨燃料經(jīng)濟性明顯優(yōu)于氫燃料。但氨氣不容易點火，不容易燃燒，高溫燃燒時會產(chǎn)生氮氧化物，這些都是開發(fā)氨氣零碳燃燒技術(shù)必須解決的問題。

2021年12月27日，佛山仙湖實驗室、佛山歐神諾陶瓷有限公司和佛山市德力泰科技有限公司(以下簡稱德力泰)聯(lián)合成立了“先進零碳燃燒技術(shù)聯(lián)合創(chuàng)新研發(fā)中心”(以下簡稱聯(lián)合研發(fā)中心)，由佛山仙湖實驗室科學(xué)家程一兵院士擔(dān)任中心主任。該中心瞄準(zhǔn)陶瓷窯爐零碳燃燒顛覆性關(guān)鍵技術(shù)，旨在為我國陶瓷工業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)探索新途徑，并著眼于將“先進零碳燃燒技術(shù)”推廣至其他高溫制造行業(yè)。

經(jīng)過近一年的技術(shù)攻關(guān)，聯(lián)合研發(fā)中心成功設(shè)計并開發(fā)出新型純氨和天然氣混氨工業(yè)燃燒器及配套技術(shù)，在德力泰的工業(yè)實驗爐實現(xiàn)了穩(wěn)定點火、摻氨和純氨穩(wěn)定燃燒，并有效地將氮氧化物排放控制在國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。團隊在開發(fā)零碳燃燒技術(shù)的同時，還建立了一整套適用于氨燃料陶瓷窯爐的安全使用制度以及應(yīng)急管理措施。

在此基礎(chǔ)上，團隊成功完成了對佛山歐神諾陶瓷有限公司一條30米長的輥道窯爐的改造，將此窯爐以天然氣為燃料改造成以純氨和天然氣混氨為燃料。團隊同時研發(fā)了適用于純氨燃燒的液氨氣化及供給精確控制系統(tǒng)、煙氣殘余氨在線監(jiān)測系統(tǒng)，并聯(lián)合廣東安清科技有限公司開發(fā)了高效液氨SCR脫硝系統(tǒng)等成套技術(shù)及裝備。

首塊氨燃料綠色瓷磚燒制成功

2022年12月18日，“建筑陶瓷工業(yè)窯爐氨燃燒(零碳燃料)技術(shù)”項目正式在佛山歐神諾陶瓷有限公司進行示范試產(chǎn)。經(jīng)項目改造的中試窯爐使用100%氨氣燃料，通過窯爐冷態(tài)點火升溫，現(xiàn)場調(diào)控溫度、壓力等燒成制度后，成功燒制了首塊零碳氨燃料綠色瓷磚。

純氨燃燒窯爐煙氣由具有相關(guān)資質(zhì)的第三方現(xiàn)場采樣檢測，檢驗結(jié)果顯示，其煙氣污染物(氮氧化物、二氧化硫及顆粒物等)低于國家標(biāo)準(zhǔn)限值。

該項目采用創(chuàng)新科研成果，解決了純氨燃料工業(yè)級燃燒器點火困難及燃燒火焰不穩(wěn)定的技術(shù)難題，實現(xiàn)了純氨燃料的高效穩(wěn)定燃燒(燃燒效率>99.9%，殘氨濃度<5ppm);項目創(chuàng)造性地結(jié)合分級燃燒、SNCR及液氨SCR技術(shù)，大幅降低燃燒煙氣中氮氧化物的排放，共申報國家專利30余項。

氨是可以運用風(fēng)電、光電等清潔能源制備的可持續(xù)、可再生的零碳燃料。零碳氨燃料燒制陶瓷創(chuàng)新技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅為建筑陶瓷行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了一項技術(shù)方案，也為其他高溫制造業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)指明了一條明確的、切實可行的技術(shù)路徑，具有重要現(xiàn)實意義。