双碳目标下，工业窑炉如何实现绿色转型？
工业窑炉作为冶金、建材、陶瓷等高耗能行业的核心热工装备，其能源消耗与碳排放强度已成为制约工业领域低碳发展的关键环节。在碳中和碳达峰的宏观背景下，推动窑炉技术向清洁、高效、低碳方向系统性革新，不仅是应对气候挑战的必然要求，更是提升产业竞争力的内在需求。这一转型需从能源结构、过程优化、能效提升及末端治理等多维度协同推进。
燃料替代是驱动窑炉脱碳的核心路径。传统燃煤窑炉产生大量二氧化碳，逐步被天然气、生物质气、氢能及电力等低碳或零碳能源取代。天然气燃烧的碳排放强度显著低于煤炭，可作为过渡性选择。更具潜力的是绿氢与绿电技术，通过可再生能源电解水制取的氢气，在特定高温窑炉中燃烧仅生成水蒸气，实现零碳供热。电窑炉技术，特别是采用高效电阻、感应或微波加热方式，能直接利用光伏、风电等清洁电力，从源头上消除过程碳排放。燃料多元化耦合供应体系，需要配套的储运设施与燃烧器改造技术支撑。
过程强化与智能控制是提升能源利用效率的关键。窑炉内传热传质过程的精准调控能大幅降低无效能耗。研发应用新型耐火保温材料，如纳米多孔绝热材料与复合陶瓷纤维，有效减少炉体散热损失。引入计算流体力学模拟与数字孪生技术，可对窑内温度场、流场进行仿真优化，指导炉膛结构设计与燃烧组织改进。部署智能传感网络与先进控制算法，实时感知工况变化并动态调整空燃比、压力及温度参数，使窑炉始终运行在最佳能效区间。预热回收技术，例如采用蓄热式燃烧系统，将烟气余热用于助燃空气加热，可提升系统热效率30%以上。
突破性能效技术及碳捕集应用为深度脱碳提供最终保障。对于难以电气化的超高温工业过程，如水泥熟料烧成，富氧燃烧技术通过提高助燃气体中氧气浓度，降低烟气量并提升火焰温度，同时使烟气中二氧化碳浓度大幅增加，为后续捕集封存创造有利条件。化学链燃烧等新型燃烧模式，通过载氧体实现燃料与空气的非接触式燃烧，内在地实现了二氧化碳的分离与富集。在窑炉系统末端，耦合碳捕集利用与封存技术，尤其是针对高浓度二氧化碳烟气的吸附法、膜分离法等低能耗捕集工艺，将成为实现近零排放的重要技术补充。
工业窑炉的绿色转型是一项涵盖能源供给、装备制造、过程控制与碳管理的系统工程。它要求持续投入研发资源，推动关键材料与核心部件突破，并构建与之适应的政策标准体系。通过多技术路径的融合创新与迭代升级，工业窑炉必将突破高碳锁定，为工业部门实现双碳目标提供坚实支撑。