近日，天津水泥工業設計研究院有限公司牽頭實施的“水泥窯爐全系統全氧燃燒”中試專案取得成功，實現水泥熟料生產線燒成系統全流程全氧燃燒技術貫通，全面覆蓋分解爐生料預分解、迴轉窯熟料高溫燒成兩大核心工段，為水泥工業低碳、零碳新技術的規模化、工業化應用提供核心支撐，開闢行業綠色轉型新路徑水泥。
作為傳統高耗能行業，水泥工業長期面臨煙氣二氧化碳濃度低、難以實現低能耗低成本高效碳捕集等難題水泥。2024年，天津水泥院在山東省青州市建成首個分解爐全氧燃燒耦合碳捕集示範工程，每年可捕集提純高純度二氧化碳20萬噸。
（圖為山東青州20萬噸/年二氧化碳全氧燃燒耦合碳捕集示範專案現場）
中試專案進一步實現技術迭代升級，在“分解爐+迴轉窯”聯合執行工況下，全程採用工業高濃度氧氣替代空氣作為助燃介質，實現長週期連續穩定執行水泥。經實測，專案煙氣二氧化碳濃度從原有約25%大幅提升至85%以上，相較於行業現有技術，預期單位產品碳捕集綜合能耗降低約45%以上，碳捕集執行成本降低約25%以上，節能降耗、低碳增效優勢十分顯著。
為破解高氧環境下回轉窯內2000℃以上超高溫火焰精準調控、窯爐極致密封結構設計、高效熱回收系統搭建及燒成系統長週期安全穩定執行等技術難點，天津水泥院整合技術研發、工藝裝備、生產除錯等多領域骨幹力量，組建專項攻堅團隊，構建高效協同、緊密聯動的工作機制，全程保障專案有序推進水泥。
專案團隊聯合華中科技大學、大連理工大學等國內重點高校協同攻關，將自主研發的多介質分割槽供風篦冷機、高效全氧燃燒器、新型密封裝置、煙氣迴圈控溫系統等核心技術裝備在中試專案中成功應用水泥。經多輪工藝除錯與裝置核驗，全套自主研發工藝與核心裝備適配性優異、執行安全可靠，為水泥廠煙氣二氧化碳全捕集、生產流程近零碳排放提供了完全自主可控的核心技術方案。
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（圖為天津水泥院“水泥窯爐全系統全氧燃燒”中試專案現場）
水泥行業是全球碳排放重點領域，低碳化、節能化、智慧化已成為行業發展必然趨勢水泥。“採用水泥窯全系統全氧燃燒技術，整合規模化二氧化碳捕集系統，從生產源頭大幅提高煙氣中的二氧化碳濃度，達到全氧燃燒二氧化碳原位提濃目的，再集中實現低能耗、低成本的回收處理廢氣裡的二氧化碳，將大大提升末端固碳效能。”天津水泥院總工程師、研發團隊負責人彭學平表示。
據測算，以專案每年捕集70萬噸二氧化碳測算，固碳效果相當於栽種600萬棵成年樹木，減碳成效顯著水泥。此外，捕捉提純後的高純度二氧化碳還能變廢為寶，廣泛用於驅油、化工、農業、焊接、冷鏈等領域，延伸綠色迴圈產業鏈，推動傳統重工業綠色升級，實現社會效益和經濟效益相統一。
截至目前，該技術體系已累計授權發明專利23項，其中PCT國際專利4項，包括近期獲得的一項美國發明專利授權；在國際主流學術期刊已發表高質量科技論文10餘篇，其中SCI論文4篇水泥。同時，該技術已成功推廣至德國等歐洲國家，還拓展應用至礦石複分解碳捕集綠色提鋰等跨行業領域，技術輸出前景廣闊。
“此次中試成功是全氧燃燒技術產業化程序中的關鍵一步水泥。”彭學平表示，下一步團隊將持續深耕全氧燃燒技術創新賽道，加快推進產業化和國際化應用，為全球建材行業綠色低碳轉型貢獻可複製、可推廣的“中國方案”。
