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以氨气作燃料,陶瓷烧制迈向零碳排放

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  经项目改造的中试窑炉使用100%氨气燃料,通过窑炉冷态点火升温,现场调控温度、压力等烧成制度后,成功烧制了首块零碳氨燃料绿色瓷砖。纯氨燃烧窑炉烟气由具有相关资质的第三方现场采样检测,检验结果显示,其烟气污染物等均低于国家标准限值。

  ◎本报记者 龙跃梅 通讯员 王 宇

  建筑陶瓷生产要经过1200摄氏度的高温烧制,目前主要使用天然气、煤和重油等化石燃料,因而会产生大量的二氧化碳排放。在“双碳”目标背景下,陶瓷产业面临巨大的二氧化碳减排压力。采用先进零碳燃料是最根本、最直接、最有效的减碳方式之一,这也是高温制造业在这场新能源技术革命中对科技创新提出的迫切需求。

  记者近日获悉,全球首块零碳氨燃料烧制的绿色瓷砖在广东省佛山市成功出炉,标志着我国建筑陶瓷行业向碳中和目标迈出了重要一步。

  开发出氨气零碳燃烧技术

  目前,适合大规模工业应用的零碳燃料只有氢气和氨气两种,它们都不含碳,因此在高温下燃烧不会产生任何碳排放。但由于工业窑炉燃烧用氢量巨大,而氢气大容量储运十分困难,极大地限制了氢在高温工业中作为燃料的应用。

  氨是氢和氮的化合物,合成氨已有100多年的历史,目前主要用于农业化肥和化工原料。与氨相关的安全储运技术、基础设施、运输标准都较为成熟,尤为重要的是氨可以大容量储运,成本大幅低于氢的储运,氨燃料经济性明显优于氢燃料。但氨气不容易点火,不容易燃烧,高温燃烧时会产生氮氧化物,这些都是开发氨气零碳燃烧技术必须解决的问题。

  2021年12月27日,佛山仙湖实验室、佛山欧神诺陶瓷有限公司和佛山市德力泰科技有限公司(以下简称德力泰)联合成立了“先进零碳燃烧技术联合创新研发中心”(以下简称联合研发中心),由佛山仙湖实验室科学家程一兵院士担任中心主任。该中心瞄准陶瓷窑炉零碳燃烧颠覆性关键技术,旨在为我国陶瓷工业实现“双碳”目标探索新途径,并着眼于将“先进零碳燃烧技术”推广至其他高温制造行业。

  经过近一年的技术攻关,联合研发中心成功设计并开发出新型纯氨和天然气混氨工业燃烧器及配套技术,在德力泰的工业实验炉实现了稳定点火、掺氨和纯氨稳定燃烧,并有效地将氮氧化物排放控制在国家规定的标准以内。团队在开发零碳燃烧技术的同时,还建立了一整套适用于氨燃料陶瓷窑炉的安全使用制度以及应急管理措施。

  在此基础上,团队成功完成了对佛山欧神诺陶瓷有限公司一条30米长的辊道窑炉的改造,将此窑炉以天然气为燃料改造成以纯氨和天然气混氨为燃料。团队同时研发了适用于纯氨燃烧的液氨气化及供给精确控制系统、烟气残余氨在线监测系统,并联合广东安清科技有限公司开发了高效液氨SCR脱硝系统等成套技术及装备。

  首块氨燃料绿色瓷砖烧制成功

  2022年12月18日,“建筑陶瓷工业窑炉氨燃烧(零碳燃料)技术”项目正式在佛山欧神诺陶瓷有限公司进行示范试产。经项目改造的中试窑炉使用100%氨气燃料,通过窑炉冷态点火升温,现场调控温度、压力等烧成制度后,成功烧制了首块零碳氨燃料绿色瓷砖。

  纯氨燃烧窑炉烟气由具有相关资质的第三方现场采样检测,检验结果显示,其烟气污染物(氮氧化物、二氧化硫及颗粒物等)低于国家标准限值。

  该项目采用创新科研成果,解决了纯氨燃料工业级燃烧器点火困难及燃烧火焰不稳定的技术难题,实现了纯氨燃料的高效稳定燃烧(燃烧效率>99.9%,残氨浓度<5ppm);项目创造性地结合分级燃烧、sncr及液氨scr技术,大幅降低燃烧烟气中氮氧化物的排放,共申报国家专利30余项。< p="">

  氨是可以运用风电、光电等清洁能源制备的可持续、可再生的零碳燃料。零碳氨燃料烧制陶瓷创新技术的成功应用,不仅为建筑陶瓷行业实现“双碳”目标提供了一项技术方案,也为其他高温制造业实现“双碳”目标指明了一条明确的、切实可行的技术路径,具有重要现实意义。

【编辑:房家梁】
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