神雾的新技术在非常规化石能源、非常规矿石资源和可再生资源领域均可使用。
■本报见习记者 李惠钰
曾有能源专家预言，人类一旦找到打开非常规化石能源大规模开发的金钥匙，或许就能发现实现永续发展的最佳替代能源，走出“传统化石能源时代”。
如今，这把金钥匙已经在北京神雾环境能源科技集团股份有限公司（下称“神雾”）人员的手中初露端倪。
不久前，神雾最新研发成功的“无热载体蓄热式旋转床煤热解关键技术与装备”通过国家级鉴定。这项创新的煤热解技术，不仅能将褐煤、长焰煤等劣质煤转化为洁净煤，还能从劣质煤中提取丰富的油气资源。
1月5日，北京市昌平区马池口镇，《中国科学报》记者走进了这家专注研发节能燃烧技术18年，致力于为全球化石能源消耗市场提供节能减排技术及方案的高新技术企业。
专注出成效
从1995年获得的第一个8万元订单，到2000年实现销售额900万元，再到2012年销售收入达28亿元。这张漂亮的成绩单的背后，是神雾18年来始终围绕一项核心技术不断创新、研发、拓展和成果转化所付出的努力，那就是“蓄热式高温空气燃烧技术”。
冰冻三尺非一日之寒。在采访中，神雾节能与低碳技术研究院首席专家丁力向记者描述了这项核心技术的发展历程。
众所周知，第一代燃烧技术主要以不回收余热的工业炉或锅炉方案为代表，直接将高温的烟气排入到空气中，造成大量的工业热能浪费。
为弥补这一缺陷，第二代燃烧技术创新性加入了带有余热回收的换热器，增加预热空气环节，空气最高可被预热至400~500摄氏度，产生了一定的节能效果，但是依然存在换热器效率低、能源利用率不高等缺点。
然而，以神雾蓄热式高温空气燃烧技术为代表的第三代燃烧技术，则完全颠覆了燃烧炉的设计原理。
“我们设计了两个对称放置的蓄热体，分别安装在燃烧器两侧（A侧、B侧），通过定时换向，两侧烧嘴交替变换燃烧和排烟状态。”丁力告诉记者，当A侧烧嘴燃烧时，进入A烧嘴的空气被蓄热体释放的热量加热。与此同时，B侧烧嘴排烟，烟气热量被B侧蓄热体吸收。换向后，B侧烧嘴燃烧，空气被B侧蓄热体加热。与此同时，A侧烧嘴排烟，烟气热量被A侧蓄热体吸收。
如此周而复始，通过蓄热式烧嘴内蓄热体的不断吸热、放热，废气热焓绝大部分转化为空气的物理热回收到炉膛内，最终排放的废气热焓少，热利用率高。
丁力表示，这种巧妙的设计不仅完成了出炉烟气与入炉助燃空气的热交换，还能够同时实现烟气的冷态排放和助燃风的热态燃烧，排放的烟气温度基本保持小于150摄氏度，也是得益于该技术，可对低至750千卡/Nm3的气体或者液体燃料作为热源进行燃烧。
“该技术不仅能够有效减少二氧化碳及氧化氮的排放，而且能够阻止燃烧产生的烟气热量被白白排放到空气中，达到高效利用的目的。”丁力说。
26个应用方向
与风电、太阳能等新能源产业需要长达10年的回收期不同的是，燃烧节能具有立竿见影的效果。而高耗能的产业也意味着会拥有巨大的燃烧节能空间，于是，神雾将第一个目标市场锁定在钢铁行业。
据介绍，神雾的蓄热式燃烧技术已成功应用于宝钢、鞍钢在内的90%以上的加热炉中，每年产生节能经济效益100亿元以上，节约的化石燃料折合标准煤1100万吨，减少二氧化碳排放达2200万吨以上。
神雾副总经理、研究院执行院长汪勤亚表示，神雾的这项核心技术不仅能应用于常规化石能源领域，而且在非常规化石能源、非常规矿石资源和可再生资源三大领域，也都能得以成功应用。
随着石油和天然气资源的日益枯竭，如何开发利用褐煤、长焰煤、油砂、沥青矿等非常规化石能源越发紧迫。然而，由于非常规化石能源水分和挥发分含量较高，以及其热解产物的特殊物理化学性质，至今为止，国内外还没有找到一个很好的提炼技术。
此次神雾通过国家级鉴定的无热载体蓄热式旋转床煤热解技术，则使得这一难题迎刃而解。
作为该项目的首席专家，丁力表示，自2007年该项目启动以来，神雾就进行了大量基础理论研究、应用研究及小试、大型中试实验。经多次实验、中试表明，利用神雾“无热载体蓄热式旋转床煤热解技术”，平均可从低变质煤中提取20%的油气资源。
目前，该项科技成果的核心装置——无热载体蓄热式旋转床中试试验平台已经对山西平朔气煤、内蒙古鄂尔多斯长焰煤、新疆褐煤、印尼褐煤等数十个煤种分别进行了连续运转的大型中试试验。实验结果表明：焦油收率高；煤气热值高、质量纯；能耗低，易于实现百万吨级大型化。
2011年中国煤炭供应总量为34.2亿吨。如果这些煤炭全部采用神雾煤热解技术进行处理后再使用，当年就可从开采的煤炭中提取6.8亿吨以上的石油、天然气资源。
不仅如此，在非常规矿石资源领域，神雾研发的蓄热式煤基转底炉直接还原冶炼技术，不但省去传统选矿、烧结、炼焦、高炉等高污染、高能耗的工序，更重要的是，它可以不使用进口的优质矿石，而直接高效使用国内贫矿资源。
目前，该项技术已在国内建成投产了3套工业化生产装置，已建成投产的沙钢30万吨/年转底炉处理钢铁厂含锌尘泥工程也通过了国家级鉴定。不久前，神雾又与印尼签订了两条240万吨的蓄热式煤基转底炉冶炼红土镍矿的生产线订单，成功打入国际市场。
在参观节能与低碳技术实验室时，神雾讲解员对记者介绍，在可再生资源的无害化、减量化、资源化开发利用领域，神雾目前还正在建设年处理5万吨废旧轮胎的工业示范项目和日处理80吨城市垃圾的工业示范项目。
打造全流程技术舰队
事实上，神雾之所以能在节能减排及资源高效利用技术上不断创新，与其在研发上的巨大投入密不可分。
自2009年起，神雾就先后投资近4亿元人民币，建成了具有国内唯一、国际领先水平的大型节能与低碳技术联合实验室，建立了15个具有国际领先水平的节能与低碳技术大型试验装置。
中国工程院副院长，中国工程院院士干勇曾如此评价：“这是我所知的、国内第一个比较系统的节能减排实验室。”
“我们贯通了从研究、实验、工程化设计、采购、设备制造到施工、管理，从源头到产品的总承包全流程服务。”丁力说。
这种商业模式的创新也是神雾得以取胜的法宝。他们从单纯产品销售发展到熟练运用合同能源管理，成就了这个产业的排头兵。
不过，任何投入都与风险并存，丁力坦言，未来，神雾还将继续把目标锁定在如何使技术更大规模地应用。而这也更需要国家在源头上就给予相应的支持。
《中国科学报》 (2013-01-09 第8版 能源)
