經(jīng)項(xiàng)目改造的中試窯爐使用100%氨氣燃料，通過窯爐冷態(tài)點(diǎn)火升溫，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)采樣檢測(cè)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示，其煙氣污染物等均低于國(guó)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)?，目前主要使用天然氣、煤和重油等化石燃料，因而?huì)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(jìn)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(chǎng)新能源技術(shù)革命中對(duì)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(guó)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(huì)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?jī)?chǔ)運(yùn)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(chǔ)運(yùn)技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)都較為成熟，尤為重要的是氨可以大容量?jī)?chǔ)運(yùn)，成本大幅低于氫的儲(chǔ)運(yùn)，氨燃料經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于氫燃料。但氨氣不容易點(diǎn)火，不容易燃燒，高溫燃燒時(shí)會(huì)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)稱德力泰)聯(lián)合成立了“先進(jìn)零碳燃燒技術(shù)聯(lián)合創(chuàng)新研發(fā)中心”(以下簡(jiǎn)稱聯(lián)合研發(fā)中心)，由佛山仙湖實(shí)驗(yàn)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(guó)陶瓷工業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)探索新途徑，并著眼于將“先進(jìn)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(jì)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(shí)驗(yàn)爐實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定點(diǎn)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(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。團(tuán)隊(duì)在開發(fā)零碳燃燒技術(shù)的同時(shí)，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(tuán)隊(duì)成功完成了對(duì)佛山歐神諾陶瓷有限公司一條30米長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)同時(shí)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(cè)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(xiàng)目正式在佛山歐神諾陶瓷有限公司進(jìn)行示范試產(chǎn)。經(jīng)項(xiàng)目改造的中試窯爐使用100%氨氣燃料，通過窯爐冷態(tài)點(diǎn)火升溫，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)采樣檢測(cè)，檢驗(yàn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值。

該項(xiàng)目采用創(chuàng)新科研成果，解決了純氨燃料工業(yè)級(jí)燃燒器點(diǎn)火困難及燃燒火焰不穩(wěn)定的技術(shù)難題，實(shí)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(xiàng)目創(chuàng)造性地結(jié)合分級(jí)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(bào)國(guó)家專利30余項(xiàng)。

氨是可以運(yùn)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(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了一項(xiàng)技術(shù)方案，也為其他高溫制造業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)指明了一條明確的、切實(shí)可行的技術(shù)路徑，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。