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作者：王俊杰;杨华伟;朱治平;蔡军;
单位：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;煤灵活燃烧与热转化山西省重点实验室;山西省煤炭清洁高效燃烧与气化工程研究中心;中国科学院大学;
摘要：水泥行业是CO_2排放大户，约占全球CO_2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CO_2，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CO_2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(O_2/CO_2)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，CO_2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O_2控制，研究表明增加O_2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CaCO_3、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CO_2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
基金资助：国家重点研发计划“战略性科技创新合作”专项资助项目（2022YFE0206600）
