CN101792276B

CN101792276B - 适合分离捕集co2的部分全氧型水泥生产方法

Info

Publication number: CN101792276B
Application number: CN2010101138345A
Authority: CN
Inventors: 金保昇; 杜龙
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: CN101792276A

Abstract

适合分离捕集CO₂的部分全氧型水泥生产方法是一种采用全氧燃烧进行水泥生料预分解和常规热空气燃烧进行熟料烧成相结合的水泥生产工艺，可以有效解决水泥生产过程中CO₂分离捕集的问题。在分解炉内完成碳酸盐分解的生料经第五级旋风筒分离，进入回转窑，回转窑的燃烧方式与传统方式相同，采用篦冷机排出的另一部分热空气作为二次风组织燃烧，窑内烧成带的温度高达1800℃。燃料燃烧产生的热量传递给物料，物料煅烧成熟料。出回转窑的水泥熟料进篦冷机，冷却后进入后置接料设备。出回转窑的烟气进入右路五级预热器，在第五级预热器出口与篦冷机出来的热空气混合，混合后进入第四级预热器，然后逐级上升，最后从第一级预热器的顶部排至废气处理***。

Description

适合分离捕集CO<sub>2</sub>的部分全氧型水泥生产方法

技术领域

本发明涉及一种部分全氧型的水泥生产方法，即采用全氧燃烧进行水泥生料预分解和常规热空气燃烧进行熟料烧成相结合的水泥生产工艺，属于水泥生产技术领域。

背景技术

按照每生产一吨水泥熟料就要排放一吨CO₂来计算，2007年我国水泥的总产量约为13.6亿吨(熟料大约为7亿吨)，则排放到大气中的CO₂约有7亿吨，占全国总排放量的10％左右。我国是《京都议定书》的缔约国之一，2012以后就要面临减排CO₂的任务，因此如何减少或者捕获水泥生产中排放的巨量CO₂成为水泥工业所面临的严峻考验之一。

燃烧排气中分离回收CO₂的技术主要有吸收分离法、吸附分离法、膜分离法、和低温分离法等。从排烟中分离CO₂非常困难，其主要原因是排烟中CO₂浓度较低，电站锅炉一般仅为～15％，水泥排烟中相对高一些，约为～25％；在较低的压力下从以氮气为主要成分的混合气体中分离较低浓度的CO₂气体的难度很大，从而导致分离设备复杂，成本高。

如果能在燃烧过程中获得95％以上的CO₂浓度，将会使回收成本大幅降低，电站锅炉中的O₂/CO₂燃烧技术就是在这种背景下提出来的。水泥生产中的煤燃烧过程与电站锅炉煤燃烧过程略有不同：①前期生料预分解不仅耗煤＞50％，而且碳酸盐分解产生大量CO₂，并且工艺过程能够实现完全密封；后期熟料烧成耗煤＜50％，工艺过程不可避免存在漏风。因此，要获得95％以上的CO₂浓度，只能在预分解燃烧过程中实现。②预分解过程是一个强烈的吸热过程，直接采用纯氧燃烧，不需要CO₂循环，就可以保持预分解温度在所需的900～1050℃。本发明便是基于这种思路提出的一种适合分离捕集CO₂的部分全氧型水泥生产方法。

发明内容

技术问题：本发明针对目前水泥工艺中存在的排烟CO₂浓度较低、难以实现CO₂分离捕集的问题，提出了一套适合分离捕集CO₂的部分全氧型水泥生产方法，可以在水泥生产过程中获得大部分95％以上浓度的CO₂，便于收集CO₂进行压缩、输送和储存。

技术方案：本发明公开了适合分离捕集CO₂的部分全氧型水泥生产方法，即采用全氧燃烧进行水泥生料预分解和常规热空气燃烧进行熟料烧成相结合的水泥生产工艺，可以有效解决水泥生产过程中CO₂分离捕集的问题。本发明的思路是：在吸热量大、耗煤量多、大量CO₂产生且可以实现完全密封的前期生料预分解过程中，通过采用纯氧代替传统的空气与煤组织燃烧的方法，实现生料在分解炉内高效分解，同时获得高浓度CO₂。在温度难以控制且无法实现密封的后期熟料煅烧阶段，依旧延用传统热空气与煤燃烧的方法，完成熟料的煅烧过程。

实现上述发明的技术方案：采用全氧燃烧进行水泥生料预分解和常规热空气燃烧进行熟料烧成相结合的方式进行水泥生产，设备包括制氧设备、回转窑、分解炉、多级预热器、熟料冷却器，其生产方法具体如下：

a、首先，水泥生料分两路从多级预热器的上部加入，与上升的热气流逐级热交换，物料在总体向下的运动过程中被加热升温，在750℃以上进入分解炉；其中，左路多级预热器加热气体为分解炉排烟，右路多级预热器加热气体为回转窑排出烟气和篦冷机排出的部分热空气，

b、分解炉内燃烧50％以上的总燃料量，满足生料碳酸钙分解的热量需要；分解炉采用纯氧代替传统的空气组织燃烧，温度为900～1050℃，出分解炉的烟气进入左路多级预热器，逐级加热生料后，从左路多级预热器的初级顶部排出，经过剩余热利用以及净化处理，即为可以用于运输和储存的CO₂，

c、在分解炉内完成碳酸盐分解的生料经预热器的末级旋风筒分离后，进入回转窑，回转窑的燃烧方式与传统方式相同，采用篦冷机排出的另一部分热空气作为二次风组织燃烧，窑内烧成带的温度高达1700℃以上；燃料燃烧产生的热量传递给物料，物料煅烧成熟料，出回转窑的水泥熟料进篦冷机，冷却后进入后置接料设备，

d、出回转窑的烟气进入右路多级预热器，在多级预热器的末级出口与篦冷机出来的热空气混合，混合后进入上一级预热器，然后逐级上升，最后从多级预热器的初级顶部排至废气处理***。

所述的分解炉采用纯氧组织燃烧，包括烟气再循环，即分解炉采用纯氧或纯氧与循环烟气组成的混合气体代替空气与煤组织燃烧。

多级预热器为四级、五级或者六级预热器。

所述的水泥生料分两路从多级预热器的上部加入时，与上升的热气流逐级热交换，一路预热器加热气体为分解炉排烟，另一路预热器加热气体为回转窑排烟和篦冷机排出的部分热空气。

有益效果：本发明具有如下的特色及优点：

1、本发明采用全氧燃烧方式完成水泥生料的预分解过程，可以在水泥生产过程中获得大部分95％以上浓度的CO₂，实现了水泥生产CO₂分离和捕集。

2、本发明是在原有新型干法水泥生产工艺的基础上做适当改造完成的，改动小，容易实现，且原有大部分新型干法水泥生产工艺的技术和经验都可以应用到本发明当中，不需要从头去研究和摸索。

3、现有的新型干法水泥生产线只要进行部分的简单管路改造，添加制氧设备，便可以实现本发明，因此非常适于旧生产线改造。

4、在分解炉侧，由于采用氧气组织燃烧，燃用气体量大幅减少，因此可以大幅缩小分解炉及分解炉侧预热器体积，减少设备投资。

附图说明

图1是本发明的生产工艺示意图(以五级预热器为例)。

具体实施方式

下面结合附图及举例对本发明做进一步阐述。

本发明包括制氧设备、回转窑、预分解炉、预热器、熟料冷却机等，以五级预热器为例，工艺按下述步骤进行：首先，水泥生料分两路从五级预热器的上部加入，与上升的热气流逐级热交换(左路预热器加热气体为分解炉排烟，右路预热器加热气体为回转窑排出烟气和篦冷机排出的部分热空气)，物料在总体向下的运动过程中被加热升温，约在800℃进入分解炉。分解炉内燃烧50％以上的总燃料量，满足生料碳酸钙分解的热量需要，分解炉采用纯氧代替传统的空气组织燃烧，温度约为900～1050℃。出分解炉的烟气进入左路五级预热器，逐级加热生料后，从左路第一级预热器的顶部排出，经过剩余热利用以及净化处理，即为可以用于运输和储存的CO₂。在分解炉内完成碳酸盐分解的生料经第五级旋风筒分离，进入回转窑，回转窑的燃烧方式与传统方式相同，采用篦冷机排出的另一部分热空气作为二次风组织燃烧，窑内烧成带的温度高达1800℃。燃料燃烧产生的热量传递给物料，物料煅烧成熟料。出回转窑的水泥熟料进篦冷机，冷却后进入后置接料设备。出回转窑的烟气进入右路五级预热器，在第五级预热器出口与篦冷机出来的热空气混合，混合后进入第四级预热器，然后逐级上升，最后从第一级预热器的顶部排至废气处理***。

本发明的物料流向，以五级预热器为例：第一路由左路第一级预热器1加入的生料，经左路第二级预热器2，左路第三级预热器3，左路第四级预热器4，左路第五级预热器5后，进入分解炉8。第二路由右路第一级预热器13进入的生料，经右路第二级预热器12，右路第三级预热器11，右路第四级预热器10后，进入分解炉8。生料在分解炉内完成碳酸盐的分解，然后送入第五级预热器9，在第五级旋风预热器9的旋风筒分内，物料被分离出来，然后直接被送入回转窑7完成水泥熟料的最终烧成，回转窑7出来的即为熟料，然后送入熟料冷却机6进行冷却，冷却后的熟料掺入石膏，粉磨后即为水泥。

本发明的氧气、空气以及烟气流向，以五级预热器为例。在分解炉8内用氧气代替空气组织燃烧，氧气首先以分风的方式进入预分解炉8内，然后烟气进入第五级预热器9，经第四级预热器10，第三级预热器11，第二级预热器12，由右路第一预热器13排出，排出后的烟气用于氧气预热器加热氧气。本发明中，回转窑采用空气与煤组织燃烧，空气首先由熟料冷却机6进入(一般为篦冷机)对熟料进行冷却，换热后的热空气一部分送入回转窑7内，用于回转窑燃烧，另一部分则送入左路第五级预热器5出口与左路第五级预热器5的排烟混合，用于加热生料。回转窑燃烧后的烟气首先进入左路第五级级预热器5，然后从左路第五级级预热器5旋风筒上部排出后与篦冷机方向来的热空气混合后进入左路第四预热器4，经左路第三级预热器3，左路第二级预热器2，然后从左路第一级预热器1排出。

生产的工艺流程。以五级预热器为例，从均化库出来的生料按比例分别由右路第一级预热器13和左路第一级预热器1加入。由右路第一级预热器13加入的生料，经右路第二级预热器12、右路第三级预热器11、右路第四级预热器10后，进入分解炉8，这一路预热器的加热介质为预分解炉排烟。由左路第一级预热器1加入的生料，经左路第二级预热器2、左路第三级预热器3、左路第四级预热器4、左路第五级预热器5后，进入分解炉8，这一路预热器的加热

介质为回转窑排出的热烟气和篦冷机出来的热空气。生料经预热器加热后大约有40％～50％碳酸钙完成了分解，在分解炉8内，生料进一步分解，分解率将达到95％以上。物料由分解炉出来后便进入第五级预热器9，在预热器9的旋风筒内被收集，然后送入回转窑7。在回转窑7内，物料被煅烧成高温熟料。

高温熟料出回转窑7后，进入熟料冷却机6，在这里熟料被空气冷却到200℃左右，然后送入熟料库。与熟料换热后的热空气，一部分进入回转窑7组织回转窑燃烧，另一部分则送入第五级预热器5的出口与第一级预热器5的排烟混合，用于加热左路第三级预热器3方向来的生料。

回转窑排烟温度大约1200℃，在上升烟道内加热来自左路第四级预热器4的生料后，温度降为900℃，然后进入第一预热器5的旋风筒内，在旋风筒内物料被收集，烟气则由旋风筒上部排出，排出的烟气大约为850℃左右，在烟道内与篦冷机来的热空气混合，然后逐级上升，依次通过左路第四级预热器4、左路第三级预热器3、左路第二级预热器2，由左路第一级预热器1排出。在这个过程中，由左路第一级预热器1加入的生料，则总体上向下运动，与上升烟气逐级进行热交换。

在引入水泥生产***时氧气温度大约为0～20℃，首先进入氧气预热器，被右路第一级预热器13的排放烟气加热到250℃左右，然后送入预分解炉8内与煤组织燃烧，燃烧完成后，烟气携带着完成分解的物料由分解炉8上部烟道排出，进入第五级预热器9，在旋风筒内物料被收集送入回转窑7，烟气则由旋风筒上部排出，然后逐级上升，依次通过右路第四级预热器10、右路第三级预热器11、右路第二级预热器12，由右路第一级预热器13排出。在这个过程中，由右路第一级预热器13加入的生料则逐级下降，依次与热烟气进行换热。

右路第一级预热器13排出的烟气，温度大约为300℃左右，送入氧气预热器加热氧气，从氧气预热器出来后，经过净化、压缩，即为浓度为95％以上的CO₂。

Claims

1.一种适合分离捕集CO₂的部分全氧型水泥生产方法，其特征在于采用全氧燃烧进行水泥生料预分解和常规热空气燃烧进行熟料烧成相结合的方式进行水泥生产，设备包括制氧设备、回转窑、分解炉、多级预热器、熟料冷却器，其生产方法具体如下：

2.根据权利要求1所述的适合分离捕集CO₂的部分全氧型水泥生产方法，其特征在于所述的分解炉采用纯氧组织燃烧，包括烟气再循环，即分解炉采用纯氧或纯氧与循环烟气组成的混合气体代替空气与煤组织燃烧。

3.根据权利要求1所述的适合分离捕集CO₂的部分全氧型水泥生产方法，其特征在于多级预热器为四级、五级或者六级预热器。