8月以来，福建南安、晋江由于上游气源短供，相继发布“限气”通知，当地多家陶企面临生产线停产。8月19日，液化天然气(LNG)标杆价已突破5770元/吨，天然气价格呈现出“淡季不淡，旺季更旺”态势。连月来，天然气价格上涨已波及广东、江西、山东等地陶企。
在“双碳”战略目标的推动下，全国“煤改气”范围及进程将持续扩大，天然气使用企业数量也将进一步上升，目前广西、山西等地给出了陶瓷行业“煤改气”期限。对此，有陶瓷人对天然气供气不足，价格不稳定，断气限气等系列问题存在担忧。“不能用煤，又烧不起天然气，陶瓷行业还能烧什么?”另外，除了调整窑炉的能源结构，陶瓷行业要在4年内实现“碳达峰”，出路在哪?
“双碳”推动窑炉能源替代
“煤改气”是过渡措施
目前，业内普遍认为，“碳达峰、碳中和”和“煤改气”一样，是关乎陶瓷行业生存的又一重大共同命题。“煤改气”相当于期中考试，“碳达峰、碳中和”则相当于期末考试，企业如果没办法交出好的答卷，就只能面临淘汰。
实现“碳达峰”和“碳中和”战略目标，窑炉的清洁能源替代首当其冲。“天然气的单位热值含碳量是15.3(吨碳/太焦)，碳氧化率为99%;煤转气的含碳量为27.8(吨碳/太焦)，碳氧化率为94%。使用天然气燃烧时产生的二氧化碳排放可以大大减少。”中国硅酸盐学会陶瓷分会窑炉热工专业委员会主任、华南理工大学材料学院教授曾令可如是说道。
另据蒙娜丽莎集团副总裁刘一军测算，采用天然气替代水煤气燃烧，可减少60%以上二氧化碳排放。他表示，为应对“碳达峰”，蒙娜丽莎在西樵、清远、广西三大生产基地已全面采用天然气，江西生产基地也正在全面着手天然气改造。
中国建筑卫生陶瓷协会数据显示，截至2020年，建陶企业天然气使用率由不足15%提高到约55%。据了解，目前，广东、福建、山东、四川、辽宁等产区，大部分企业已经完成清洁能源改造。在“碳达峰”和“碳中和”战略目标的推动下，各大产区窑炉综合整治持续推进。5月26日，广东省生态环境厅提出，在用建筑陶瓷生产线今年7月1日前将全部使用天然气。6月2日，广西明确指出，广西产区内陶瓷生产线要在2025年底完成“煤改气”改造，否则淘汰。8月，山西朔州15家陶企因未完成“煤改气”工作被点名，朔州指出，若果完不成改造企业就得停产整治。近期，河南也出台相关方案，强化清洁燃料替代，推进以煤为燃料锅炉和工业炉窑清洁能源替代。
而对于陶瓷行业的天然气使用，中国建筑卫生陶瓷协会有关人士认为，建筑卫生陶瓷行业占全国GDP的1%，却要消耗全国30%的天然气资源，这显然不符合国情，也说明天然气是碳中和的过渡能源，煤改气是过渡措施。未来，承接可再生能源的电力将替代煤炭和天然气，成为碳中和目标的“能源主力军”，而电烧窑炉将是行业能源技术的发展新方向。
建陶窑炉离烧电、烧氢还有多远?
对于减少窑炉二氧化碳排放，在未来能源选择方面，广东中鹏热能科技有限公司董事长万鹏也认为：“目前来看，比较可行的一个是电能，一个是氢能。其中，电是指非化石能源产生的电，比方说光伏发电、风电、水电、核电这些。”
对于电能，万鹏分析表示，1m³天然气产生的热能大概相当于10度电产生的热能。若按照目前8毛钱1度电，3元1m³天然气进行计算，使用电能的价格比使用天然气的价格多了将近3倍。“目前绝大部分地区的电价还是比较贵，如果电价到了3毛钱(1度电)，价格上和天然气就持平了，加上光伏发电等可再生能源的大量的建设，(烧电)还是很有机会的，在经济上是未来可期的。”
对于氢气，万鹏认为氢气如果作为一种辅助材料，具有很大的应用价值。但如果作为主要能源应用于陶瓷窑炉里面还存在很多的问题。
首先，氢气保存和运输非常困难，需要借助高压运输，价格相对昂贵。其次，“氢气燃烧过程会产生水，把水蒸气直接作为燃料放在窑炉里面还是会比较担心的，烟气可能会泄漏。”此外，氢气的爆炸极限很宽，大概是4%-75.6%，风险大。氢气燃烧速度快，是天然气燃烧速度的10倍，这样高的速度也容易产生回火。“氢气最大的问题是燃烧温度不高，在空气中的燃烧温度是1430度，实际上对我们做瓷砖来讲是有点勉强。”万鹏说道。
记者了解到，目前几大窑炉公司也开始将电能、氢能等非化石燃料作为窑炉能源替代的研究方向。
据佛山市科达机电有限公司总经理陈水福透露，目前科达已经在做关于氢气和其他燃料混合的实验和推广。他表示，相比煤炭，“天然气虽然可以减少百分之六七十的二氧化碳排放，但总量还是在那里，(降低碳排放的)主要突破口是电还有氢气。”
有人提出“热电联产”，即将电与气相结合应用于窑炉中，是实现碳达峰目标的一个很好的方向。曾令可表示：“采用气、电混合，利用燃气的对流传热提高气、电混合窑炉烧成温度的均匀性提高产质量。”广东陶瓷协会专家委员会副主任、高级工程师黄惠宁认为，热电联产对陶瓷厂减少碳排放是立竿见影的，“期待行业里面能够出现气和电相结合烧成窑炉。”
对于能源的替代，业内认为，陶瓷行业在短期内还是会以天然气燃烧为主，电能、氢能等其他非化石能源的替代是一个相对漫长的过程。
除了改变窑炉燃烧的能源结构，优化窑炉的结构设计、采用创新燃烧技术、对窑炉进行节能减碳监控、回收余热、尾气等方法，同样能有效减少二氧化碳的排放。
01窑炉结构优化
窑炉如何改造才能有效起到减少二氧化碳排放的作用?多名业内人士认为可以从窑炉的结构出发。曾令可举例表示，某企业把2条140米长、2.4米内宽的辊道窑，改建为1条250米长、3.1米内宽的辊道窑，改造后单位产品能耗从169.23千克标准煤/吨降低至132.36千克标准煤/吨，折算每年共减少二氧化碳排放量15057.99吨。
另外，以新明珠为例引进的双层窑炉为例，该窑炉在设计上，上下层可同时生产12mm厚岩板产品，日产量2万㎡/天，估算每天可减少二氧化碳14.64吨，每年可减少二氧化碳约5000多吨，综合节能可达15%。
企业智能管控云系统就是以能源和物料为主线，贯穿整个陶瓷生产线，通过无线远程通讯技术，与生产中所有重点能耗设备信息互通。”曾令可介绍道。
新明珠陶瓷集团智能制造与能源总监李萍表示，对于节能减碳，“窑炉是节能减排环节当中最重要的一环，我们首先要全面掌握窑炉的大数据。”据介绍，新明珠为烧成窑、干燥窑等设备建立了用电、用气、废气排放实时监测系统，并实时反映生产能耗数据，为深度挖掘数据潜力、促进节能减排创造了可能。
03富氧燃烧技术(二氧化碳回收)
据陈水福透露，去年，科达联合相关公司对窑炉排放的二氧化碳进行回收再利用进行了实验。“在窑炉烧成这一环节里面，我们通过对燃烧器等结构的改造，采用富氧燃烧的技术，能够实现排烟的二氧化碳浓度在90%~92%。如果二氧化碳排放浓度在90%以上，可以回收做成干冰化。此方式已经具备技术可行性与经济性。”
数据显示，氧浓度每增加1%，烟气量下降3~5%。按行业应用经验，23%氧可节能10~25%，用25%氧可节能20~40%，用27%氧可节能30~50%，一般氧浓度30%以下为宜。此外，曾令可表示，陶瓷企业还可以通过加强余热回收利用;采用高速烧嘴、高效节能环保型蓄热式烧嘴节约燃料;以辊道窑炉取代隧道窑、隧道窑取代梳式窑;利用微波能和气体燃烧混合加热技术等系列方法，减少能源损耗，从而减低二氧化碳的排放。
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