白马山水泥厂“碳捕集”系统

　　碳捕集，一个有益的探索

　　“碳捕集”是海螺自完成余热发电、协同处置城市垃圾等重大科研项目后又一项绿色发展的有益探索，之所以说是探索，是因为之前中国水泥行业还没有谁做过这方面的深入研究，即使在欧洲、日本等发达国家，水泥窑烟气“碳捕集”也仅止于探索阶段，虽然有一些成果，但工业化程度还是很低，不能大规模生产。原因是多方面的，比如市场、政策支持等，但最主要的原因恐怕还是水泥窑烟气成分复杂，提取高纯度的二氧化碳难度较大，因而生产成本相对较高。

　　中国是水泥生产大国，2019年全国共生产水泥熟料15.2亿吨，理论上，每生产1吨熟料，碳酸盐分解及燃煤燃烧产生的C二氧化碳约为0.9吨，也就是说，2019年中国仅在水泥熟料生产一项就向大气排放了约13.5亿吨二氧化碳，这是一个相当惊人的数字。众所周知，二氧化碳是温室气体的主要组成部分，大量的温室气体的存在，使我们的地球动荡不安，冰山融化、海平面上升、洪水、飓风等自然灾害无一不与二氧化碳等温室气体的排放有关。

　　正因如此，总要有人去探索研究如何减少温室气体的排放，海螺作为中国水泥行业的领军企业，他们认为有责任和义务在水泥生产过程中减少二氧化碳排放方面有所作为，正是这种负责任、有担当的态度促使他们一次次引领中国水泥企业向绿色生产的纵深发展，给业内的同行带来一个又一个惊喜。

　　据海螺设计研究院研发室轩主任介绍，海螺“碳捕集”项目被列为安徽省科技重大专项，在项目前期，承担该项目研发的项目组成员一度到欧洲、台湾等地区考察调研，他们发现，不管是欧洲的海德堡水泥还是台泥所属的和平水泥厂，他们的项目规模普遍偏小，因为各方面的原因，海德堡水泥700吨/年二氧化碳捕集项目已拆除。台泥和平水泥厂是将石灰石煅烧生成氧化钙作为吸附剂来捕获二氧化碳，仅处于试验阶段，处理能力很小。虽然这两个厂的研发对海螺建设碳捕集系统有一定的参考作用，但显然能提供的帮助很小。在研发合作单位大连理工大学的支持下，借鉴其他行业碳捕集成功的经验，海螺人决定自主研发碳捕集相关设备和工艺技术。

　　海螺人的努力没有让同行们失望，经过一系列的攻关克难，2018年4月，他们终于建成年产5万吨工业级二氧化碳(可满足生产3万吨/年食品级二氧化碳)的捕集处理装置。

　　白马山水泥厂“碳捕集”系统

　　与石化生产过程中产生的二氧化碳具有高浓度、高纯度特点不同，水泥生产过程中，由于其生产过程的特殊性，其产生的二氧化碳浓度不足20%(一般为18%到20%)，且由原料、燃料带入的有害成分较多，捕集和提纯的难度相对较大。经研究和多方论证，研发人员决定采用化学吸收法捕集二氧化碳。化学吸收法是利用在低温(40℃左右)下二氧化碳与某种溶剂起化学反应,生成中间化合物，而烟气中的其他成分不与该溶剂反应；生成的中间化合物在高温(90℃-100℃左右)下解吸出二氧化碳，同时实现化学溶剂的再生；捕集的气态二氧化碳纯度约为98%，再采用液化精馏方法去除轻组分(H2O、CO)，进一步纯化液态二氧化碳。这样，所生产的CO2纯度可满足工业级(99.9%，GB/T6052-2011)和食品级(99.99%,GB1886.288.2016)的最高等级质量要求。

　　海螺白马山水泥厂建成的这套碳捕集系统，可每年生产5万吨工业级二氧化碳或3万吨食品级二氧化碳。项目的成功建成并投运，填补了利用水泥窑烟气生产高纯度二氧化碳的技术空白，尤其是该示范项目中的核心技术——化学吸收法，更是填补了世界水泥工业碳捕集技术的空白。

　　干冰生产装置

　　2018年10月，由海螺白马山水泥厂生产的工业级和食品级二氧化碳成功投放市场，2019年12月，又在白马山水泥厂建成一条年产3000吨的干冰生产线，拓宽了二氧化碳产品的应用领域。干冰主要用于食品保鲜、冷链运输、精密仪器清洗等，也可用于实验室、人工降雨、土壤改善、舞台效果等。

　　据周院长、汪总工和轩主任介绍，该项技术从生产工艺到技术装备都是成功的，达到了设计指标。目前市场上使用的二氧化碳以地采为主，据介绍，地采二氧化碳成本较低，但会对地质构造产生一定的影响，同时地采二氧化碳将使已封存在地下的二氧化碳释放出来，从而增加了温室气体的排放，对环境造成伤害。

　　表面上看来，海螺“碳捕集”项目还没有明显的经济效益，尤其在水泥生产利润很高的当下，“碳捕集”带来的经济效益微不足道，但这无疑是一个有益的探索。正像海螺设计研究院周金波院长所说，任何新技术都要有人去探索、研究，海螺作为中国水泥行业的标杆企业，不仅要看重经济利益，也要承担一些社会责任，特别是有可能给行业带来潜在利益和重大影响的科学研究。

　　碳捕集项目的研究与探索还有很长的路要走，只有在实践中不断发现问题，不断地改进工艺和设备，才能积累经验，提升技术水平，在这方面海螺走在了整个行业的前面。

　　高温高尘SCR脱硝系统

　　高温高尘SCR，海螺走在行业的前面

　　高温高尘SCR脱硝系统的研发是海螺又一大手笔。经过前期的调研、开发、设计、计算机模拟试验等一系列工作，由海螺设计研究院承担的科技攻关项目SCR脱硝系统于2019年12月在白马山水泥厂开工建设，建设期间，克服了疫情和春节的影响，并于2020年5月底投入试运行。就目前的运行情况来看，由海螺设计研究院自主研发的高温高尘SCR系统各项指标全部达到设计要求，完全可满足排放标准在100mg/m3以下地区水泥窑系统烟尘脱硝要求。

　　经与白马山水泥厂原SNCR脱硝系统对比，在窑产量、能耗、排放标准(100mg/m3)等各种生产技术指标不变的情况下，使用SCR系统后，单位时间氨水喷入量大幅度降低，由1300mg/h降至800mg/h，降幅达38.5%，其氨逃逸量可控。

　　这些年，SNCR被国内许多水泥厂应用，SNCR的优点是简单适用，用于400mg/m3标准时，基本能满足烟气中NOx排放标准要求，但随着不同地区对环境污染控制指标的越来越严厉，SNCR要想达到100mg/m3甚至更低(有的地方规定50mg/m3)的标准要求显然很困难。而海螺自主研发的高温高尘SCR系统不仅可完全满足严格的地方标准要求，还能有效减少氨逃逸。

　　当然，任何一项新技术的诞生都不是一蹴而就的，为了这个项目，海螺集团早在2017年就开始考察调研，走访了很多国外水泥厂，成立了科研攻关小组，根据水泥熟料生产线粉尘浓度大、粉尘黏性高、成分复杂、烟气量大等特点，借助计算机流体仿真技术，开展水泥熟料生产线SCR烟气脱硝技术的研究和关键设备的开发，经过三年的技术论证、中试试验，最终形成了对现有生产线工艺系统和设备影响较小的具有自主知识产权的水泥窑高温高尘脱硝技术，具有易于工艺布置、效率高、投资小、运行成本低等特点，并在海螺集团下属芜湖白马山水泥厂5000t/d生产线由海螺建材设计研究院EPC总包实施了工程化应用实践。

　　在采访中记者了解到，虽然系统试运行时间很短，有些设备和操作手段还需要进一步调整、优化，但十多天的运行数据已超过了他们的预期效果，完全能满足安徽省NOx 100mg/m3排放标准要求。

　　他们还在探索的路上

　　从国内首条国产化5000t/d水泥熟料在铜陵海螺建成始，海螺一直在引领行业的技术进步，特别是在绿色生产方面进行了许多有益的探索。低温余热发电、城市垃圾协同处置、智能制造、碳捕集、SCR脱硝系统的研发，这不仅需要领导集体具有战略眼光，同时更需要决策者的勇气与魄力。试想，若不是当年海螺人高瞻远瞩，果断决定建设全国产化5000t/d新型干法水泥孰料生产线，带动了中国水泥技术进步、人才培养和装备制造业的成长和发展，中国水泥的生产技术水平可能要落后至少五到十年；要不是海螺率先引进纯低温余热发电系统，并以开放的态度与科研单位合作，共同进步，也许我们在后来的很长时间内还沉迷于窑尾加一把火的低效率的高温烟气发电上(因为那时候的电、煤比价很高，哪怕是干法中窑余热发电系统都有其极强的生命力)。作为一个生产企业，海螺本可以不做这些，但他们勇敢地承担了本该由拿着国家科研基金的科研院校承担的工作。

　　海螺之所以为中国水泥工业技术进步做出这么大的贡献，一个很重要的原因是他们所有的科研项目都是为了生产，并百分之百地转为实实在在的生产力，而不是像某些大学教授那样，用几百万的科研经费换来永远锁在抽屉里的一纸论文。

　　下一步，安徽宿州海螺将探索建设一套“无电耗水泥生产系统”，充分利用余热、光伏、风力等资源进行发电，满足水泥生产和生活用电需要；他们还将在枞阳海螺探索用替代燃料生产水泥熟料，充分利用煤矸石、秸秆等工农业废弃物，实现环境友好型生产；此外，高性能混凝土的研发也在他们的日程表上，无疑也是一项绿色发展的有益探索。

　　海螺人永远在探索的路上。（来源：水泥工匠）