神霧：“點石成金”的夢工廠
神霧的新技術在非常規(guī)化石能源、非常規(guī)礦石資源和可再生資源領域均可使用。
曾有能源專家預言，人類一旦找到打開非常規(guī)化石能源大規(guī)模開發(fā)的金鑰匙，或許就能發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)永續(xù)發(fā)展的最佳替代能源，走出“傳統(tǒng)化石能源時代”。
如今，這把金鑰匙已經在北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司（下稱“神霧”）人員的手中初露端倪。
不久前，神霧最新研發(fā)成功的“無熱載體蓄熱式旋轉床煤熱解關鍵技術與裝備”通過國家級鑒定。這項創(chuàng)新的煤熱解技術，不僅能將褐煤、長焰煤等劣質煤轉化為潔凈煤，還能從劣質煤中提取豐富的油氣資源。
1月5日，北京市昌平區(qū)馬池口鎮(zhèn)，《中國科學報》記者走進了這家專注研發(fā)節(jié)能燃燒技術18年，致力于為全球化石能源消耗市場提供節(jié)能減排技術及方案的高新技術企業(yè)。
專注出成效
從1995年獲得的第一個8萬元訂單，到2000年實現(xiàn)銷售額900萬元，再到2012年銷售收入達28億元。這張漂亮的成績單的背后，是神霧18年來始終圍繞一項核心技術不斷創(chuàng)新、研發(fā)、拓展和成果轉化所付出的努力，那就是“蓄熱式高溫空氣燃燒技術”。
冰凍三尺非一日之寒。在采訪中，神霧節(jié)能與低碳技術研究院首席專家丁力向記者描述了這項核心技術的發(fā)展歷程。
眾所周知，第一代燃燒技術主要以不回收余熱的工業(yè)爐或鍋爐方案為代表，直接將高溫的煙氣排入到空氣中，造成大量的工業(yè)熱能浪費。
為彌補這一缺陷，第二代燃燒技術創(chuàng)新性加入了帶有余熱回收的換熱器，增加預熱空氣環(huán)節(jié)，空氣最高可被預熱至400~500攝氏度，產生了一定的節(jié)能效果，但是依然存在換熱器效率低、能源利用率不高等缺點。
然而，以神霧蓄熱式高溫空氣燃燒技術為代表的第三代燃燒技術，則完全顛覆了燃燒爐的設計原理。
“我們設計了兩個對稱放置的蓄熱體，分別安裝在燃燒器兩側（A側、B側），通過定時換向，兩側燒嘴交替變換燃燒和排煙狀態(tài)。”丁力告訴記者，當A側燒嘴燃燒時，進入A燒嘴的空氣被蓄熱體釋放的熱量加熱。與此同時，B側燒嘴排煙，煙氣熱量被B側蓄熱體吸收。換向后，B側燒嘴燃燒，空氣被B側蓄熱體加熱。與此同時，A側燒嘴排煙，煙氣熱量被A側蓄熱體吸收。
如此周而復始，通過蓄熱式燒嘴內蓄熱體的不斷吸熱、放熱，廢氣熱焓絕大部分轉化為空氣的物理熱回收到爐膛內，最終排放的廢氣熱焓少，熱利用率高。
丁力表示，這種巧妙的設計不僅完成了出爐煙氣與入爐助燃空氣的熱交換，還能夠同時實現(xiàn)煙氣的冷態(tài)排放和助燃風的熱態(tài)燃燒，排放的煙氣溫度基本保持小于150攝氏度，也是得益于該技術，可對低至750千卡/Nm3的氣體或者液體燃料作為熱源進行燃燒。
“該技術不僅能夠有效減少二氧化碳及氧化氮的排放，而且能夠阻止燃燒產生的煙氣熱量被白白排放到空氣中，達到高效利用的目的。”丁力說。
26個應用方向
與風電、太陽能等新能源產業(yè)需要長達10年的回收期不同的是，燃燒節(jié)能具有立竿見影的效果。而高耗能的產業(yè)也意味著會擁有巨大的燃燒節(jié)能空間，于是，神霧將第一個目標市場鎖定在鋼鐵行業(yè)。
據(jù)介紹，神霧的蓄熱式燃燒技術已成功應用于寶鋼、鞍鋼在內的90%以上的加熱爐中，每年產生節(jié)能經濟效益100億元以上，節(jié)約的化石燃料折合標準煤1100萬噸，減少二氧化碳排放達2200萬噸以上。
神霧副總經理、研究院執(zhí)行院長汪勤亞表示，神霧的這項核心技術不僅能應用于常規(guī)化石能源領域，而且在非常規(guī)化石能源、非常規(guī)礦石資源和可再生資源三大領域，也都能得以成功應用。
隨著石油和天然氣資源的日益枯竭，如何開發(fā)利用褐煤、長焰煤、油砂、瀝青礦等非常規(guī)化石能源越發(fā)緊迫。然而，由于非常規(guī)化石能源水分和揮發(fā)分含量較高，以及其熱解產物的特殊物理化學性質，至今為止，國內外還沒有找到一個很好的提煉技術。
此次神霧通過國家級鑒定的無熱載體蓄熱式旋轉床煤熱解技術，則使得這一難題迎刃而解。
作為該項目的首席專家，丁力表示，自2007年該項目啟動以來，神霧就進行了大量基礎理論研究、應用研究及小試、大型中試實驗。經多次實驗、中試表明，利用神霧“無熱載體蓄熱式旋轉床煤熱解技術”，平均可從低變質煤中提取20%的油氣資源。
目前，該項科技成果的核心裝置——無熱載體蓄熱式旋轉床中試試驗平臺已經對山西平朔氣煤、內蒙古鄂爾多斯長焰煤、新疆褐煤、印尼褐煤等數(shù)十個煤種分別進行了連續(xù)運轉的大型中試試驗。實驗結果表明：焦油收率高；煤氣熱值高、質量純；能耗低，易于實現(xiàn)百萬噸級大型化。
2011年中國煤炭供應總量為34.2億噸。如果這些煤炭全部采用神霧煤熱解技術進行處理后再使用，當年就可從開采的煤炭中提取6.8億噸以上的石油、天然氣資源。
不僅如此，在非常規(guī)礦石資源領域，神霧研發(fā)的蓄熱式煤基轉底爐直接還原冶煉技術，不但省去傳統(tǒng)選礦、燒結、煉焦、高爐等高污染、高能耗的工序，更重要的是，它可以不使用進口的優(yōu)質礦石，而直接高效使用國內貧礦資源。
目前，該項技術已在國內建成投產了3套工業(yè)化生產裝置，已建成投產的沙鋼30萬噸/年轉底爐處理鋼鐵廠含鋅塵泥工程也通過了國家級鑒定。不久前，神霧又與印尼簽訂了兩條240萬噸的蓄熱式煤基轉底爐冶煉紅土鎳礦的生產線訂單，成功打入國際市場。
在參觀節(jié)能與低碳技術實驗室時，神霧講解員對記者介紹，在可再生資源的無害化、減量化、資源化開發(fā)利用領域，神霧目前還正在建設年處理5萬噸廢舊輪胎的工業(yè)示范項目和日處理80噸城市垃圾的工業(yè)示范項目。
打造全流程技術艦隊
事實上，神霧之所以能在節(jié)能減排及資源高效利用技術上不斷創(chuàng)新，與其在研發(fā)上的巨大投入密不可分。
自2009年起，神霧就先后投資近4億元人民幣，建成了具有國內唯一、國際領先水平的大型節(jié)能與低碳技術聯(lián)合實驗室，建立了15個具有國際領先水平的節(jié)能與低碳技術大型試驗裝置。
中國工程院副院長，中國工程院院士干勇曾如此評價：“這是我所知的、國內第一個比較系統(tǒng)的節(jié)能減排實驗室。”
“我們貫通了從研究、實驗、工程化設計、采購、設備制造到施工、管理，從源頭到產品的總承包全流程服務。”丁力說。
這種商業(yè)模式的創(chuàng)新也是神霧得以取勝的法寶。他們從單純產品銷售發(fā)展到熟練運用合同能源管理，成就了這個產業(yè)的排頭兵。
不過，任何投入都與風險并存，丁力坦言，未來，神霧還將繼續(xù)把目標鎖定在如何使技術更大規(guī)模地應用。而這也更需要國家在源頭上就給予相應的支持。
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