水泥行业燃烧中碳捕集技术研究及应用进展
王俊杰1
杨华伟2
朱治平3
蔡军3
1.中国科学院工程热物理研究所 煤炭高效低碳利用全国重点实验室,北京 1001902.中国科学院工程热物理研究所 煤炭高效低碳利用全国重点实验室,北京 100190;煤灵活燃烧与热转化山西省重点实验室,山西 大同 0370003.中国科学院工程热物理研究所 煤炭高效低碳利用全国重点实验室,北京 100190;山西省煤炭清洁高效燃烧与气化工程研究中心,山西 大同 037000;中国科学院大学,北京 100049
摘要：水泥行业是CO2排放大户,约占全球CO2排放量7％.碳捕集被视为碳中和"兜底"技术,燃烧中碳捕集具有捕集能力强、过程能耗低、捕集成本小等优势.系统梳理了国内外水泥行业布局的燃烧中碳捕集项目,包括直接分离技术4项,富氧燃烧技术12项,钙循环技术4项.直接分离技术通过间接换热捕集生料分解产生的CO2,围绕该技术国外布局了 LEILAC项目,核心为直接分离反应器,两期项目设计碳捕集规模分别为2.5万t/a和10万t/a,一期试验表明分离CO2纯度＞95％;国内某公司开发了外燃式旋窑技术,正在建设5万t/a碳捕集示范项目.富氧燃烧技术分为部分富氧燃烧、第1代全系统富氧燃烧和第2代全系统富氧燃烧.部分富氧燃烧技术仅在分解炉内实现富氧燃烧,可捕集60％～75％的碳排放.富氧气氛(O2/CO2)下生料中碳酸钙分解受到抑制,分解炉温度需增加60～70 ℃以获得较高分解率.围绕该技术国内已建设2个项目.全系统富氧燃烧技术在回转窑、分解炉内构建富氧气氛,CO2捕集能力90％～95％.第1代全系统富氧燃烧技术通过烟气循环控制燃烧温度,研究表明富氧气氛对于熟料质量无明显影响,通过参数调整可实现回转窑温度分布与空气气氛一致.与第1代相比,第2代全系统富氧燃烧技术取消了烟气循环系统,回转窑温度通过过剩O2控制,研究表明增加O2当量比具有理想的温度控制效果,围绕该技术国外已布局多个项目.由于CaCO3、CaO分别是水泥原料和熟料的主要成分,且预分解工艺包含分解炉,钙循环技术在水泥行业具有天然优势.重点论述了集成钙循环工艺布置及CLEANKER项目工业试验结果,表明碳捕集率20％～80％,在碳酸化炉温度450～750 ℃,随着温度升高CO2捕集效率明显增强,从0增加至最高100％.围绕碳捕集能力、项目规模、能耗及减排成本、技术风险,对燃烧中碳捕集技术进行了对比分析.我国水泥产量占全球约45％,建议加强新技术研发、加快推进技术工程验证、完善相关配套设施.
关键词：水泥碳捕集富氧燃烧直接分离钙循环
分类号：TQ172.6(硅酸盐工业)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFE0206600)
论文发表日期：2025-04-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 37-51 )
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