CN107235647A - 应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，第一路空气冷却熟料，冷却熟料后的第一路高温烟气作为二次风进入回转窑，第二路高温烟气经过换热装置预热通入分解炉的O2/CO2气体，然后进入余热锅炉进行余热发电；第二路空气通过燃烧器进入回转窑；回转窑窑尾排出的烟气进入预热器一中预热生料，预热器一排出的烟气进入余热锅炉；分解炉排出的烟气进入预热器二预热生料；预热器二产生回流烟气CO2浓度大于95％，一部分与第三路空气分离出的氧气混合后经过预热进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛，另一部分净化除尘和压缩后得到浓度大于99％的CO2。本发明的水泥熟料生产工艺中与传统的水泥熟料生产工艺相比，CO2的排放量减少了60％‑75％。

Description

应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术
技术领域
本发明涉及一种氧气/二氧化碳燃烧技术，特别是涉及一种应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术。
背景技术
CO2引起的温室效应不断加剧，水泥行业是CO2的高排放源，其排放的CO2约占工业生产总排放量的5％，水泥窑炉CO2排放主要来源于生料中碳酸盐分解和煤粉燃烧，其中生料中碳酸盐分解约占60％。每生产1kg水泥排放的CO2约为0.6kg-0.7kg，水泥行业CO2排放量仅次于电力行业位居第二位，CO2减排刻不容缓。
水泥行业CO2减排技术主要有燃料替代，提高热量传输效率和减少熟料用量等，其中CO2捕集和储存技术(Carbon Capture and Storage，简称CCS)是当前研究应用的热点。CO2捕集技术主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和O2/CO2燃烧技术。燃烧前捕集技术仅能捕集燃料中部分CO2，此部分比例较低；燃烧后捕集技术主要捕集烟气中CO2，如化学吸附、物理吸附和膜分离技术等，由于烟气中CO2浓度不高(约30％)且含有大量N2等，因此捕集困难，消耗大量能源，成本较高。相比之下，O2/CO2燃烧技术捕集效率更高而且成本降低。
O2/CO2燃烧技术是先将空气中的O2分离出来，再将其与含大量高浓度CO2的再循环烟气混合参与燃烧，从而在回转窑和分解炉中形成O2/CO2燃烧氛围，使回收烟气中的CO2替代N2，同时由于双原子气体N2没有辐射能力，CO2具有辐射能力使得回转窑内辐射传热能力加强，熟料产量提高，同时CO2替代N2，大大减少NOx排放，一举两得。现有技术提出的“采用O2/CO2燃烧技术富集CO2的水泥熟料生产工艺”，该工艺在当前条件下完全实现非常困难，该工艺要求对水泥窑炉完全密封，在当前生产条件下无法满足；其次该工艺中O2/CO2燃烧状况与传统空气燃烧状况不同，需要完全更新水泥窑炉设计，包括回转窑、冷却机、燃烧器、预热器、分解炉甚至耐火材料等。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种新型应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，所要解决的技术问题是使其有效降低水泥窑炉CO2排放，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其包括如下的工艺流程:按物料流向而言，干燥均化后的生料进入双系列预热器预热，经过预热的生料进入分解炉在O2/CO2气氛下分解，分解后的热生料进入回转窑进行煅烧，然后进入冷却机冷却，冷却后得到水泥熟料；
在水泥熟料生产过程中O2/CO2混合气通过如下过程循环利用：空气分为三路进入窑炉***；
第一路空气流向为：第一路空气鼓入冷却机冷却熟料，冷却熟料后的高温烟气包括第一路高温烟气和第二路高温烟气；所述第一路高温烟气作为二次风直接入回转窑供窑内燃料燃烧；所述第二路高温烟气经过换热装置预热通入分解炉的O2/CO2气体，该烟气经过换热装置后进入余热锅炉进行余热发电，然后通入生料磨粉机烘干生料；
第二路空气流向为：第二路空气经过燃烧器进入回转窑；
第三路空气流向为：第三路空气经过空气分离装置分离出氧气，然后与预热器二出来的一部分回流烟气混合后并经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛；
回转窑窑尾排出的烟气进入预热器一中预热生料，预热器一排出的烟气进入余热锅炉进行余热发电，然后该烟气通入生料磨粉机烘干生料；
分解炉排出的烟气进入预热器二对生料进行预热，预热器二产生的回流烟气分为两部分，一部分回流烟气与氧气混合后经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛，另一部分回流烟气经过净化除尘和压缩后得到浓度大于99％的CO2。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其中所述的预热器二产生的回流烟气中CO2浓度大于95％。
优选的，前述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其中所述的空气分离装置分离出的氧气的浓度为21％-100％。
优选的，前述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其中所述的预热器二产生的部分回流烟气与氧气混合的O2/CO2混合气体中O2占总气体的体积分数为21％-80％。
优选的，前述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其中所述的第二路空气经过燃烧器进入回转窑，分为煤风和净风，煤风输送燃料至回转窑，净风调节火焰形状和大小。
优选的，前述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其中所述的分解炉内生料受热分解时分解炉的烟气温度为850-890℃。
优选的，前述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其中所述的二次风的温度为1100-1200℃。
优选的，前述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其中所述的冷却熟料后的高温烟气还包括第三路高温烟气；所述第三路高温烟气进入煤磨***。
借由上述技术方案，本发明应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术至少具有下列优点：
(1)本发明中CO2减排明显，本发明的水泥熟料生产过程中CO2排放大部分来自于分解炉中生料分解，本发明的水泥熟料生产工艺中与传统的水泥熟料生产工艺相比，CO2的排放量减少了60％-75％。
(2)本发明对水泥窑炉设备装置改动小，本发明的O2/CO2燃烧技术仅用于分解炉，在分解炉内实现O2/CO2燃烧气氛，其它生产过程设备装置，如回转窑、冷却机、生料磨等无需重新设计和更改，维持原有现状不变，极大的降低投资和运行成本。
(3)本发明中生料分解率和热生料质量提高。本发明的O2/CO2燃烧技术应用于分解炉之后，分解炉内为O2/CO2气氛，相比传统工艺中分解炉内为高浓度N2，CO2辐射能力强，强化了炉内换热，一定条件下能够提高生料分解率，分解炉运行稳定，而且热生料质量提高，利于熟料烧成。
(4)针对入分解炉O2/CO2烟气温度相对较低的现象，本发明设置换热装置，通过熟料冷却产生的大量高温烟气经过换热装置再进入分解炉，解决了分解炉烟气温度较低的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征或特点可由任何合适形式组合。
如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其包括如下的工艺流程:按物料流向而言，生料经过生料磨粉机干燥，对干燥后的熟料均化，然后进入预热器一和预热器二进行预热，经过预热的生料进入分解炉在O2/CO2气氛下分解，分解后的热生料进入回转窑进行煅烧，回转窑内燃料在空气气氛中燃烧，用于生料煅烧，煅烧后的物料进入冷却机冷却，冷却后得到水泥熟料；
在水泥熟料生产过程中O2/CO2混合气通过如下过程循环利用：空气分为三路进入窑炉***；
第一路空气流向为：第一路空气鼓入冷却机冷却熟料，冷却熟料后的高温烟气包括第一路高温烟气和第二路高温烟气；所述第一路高温烟气作为二次风直接入回转窑供窑内燃料燃烧；所述第二路高温烟气经过换热装置换预热通入分解炉的O2/CO2气体，该烟气经过换热装置后进入余热锅炉进行余热发电，然后通入生料磨粉机烘干生料；
第二路空气流向为：第二路空气经过燃烧器进入回转窑；
第三路空气流向为：第三路空气经过空气分离装置分离出氧气，然后与预热器二出来的一部分回流烟气在混合装置中混合，混合后并经过换热装置换热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛；
回转窑窑尾排出的烟气进入预热器一中预热生料，预热器一排出的烟气进入余热锅炉进行余热发电，然后该烟气通入生料磨粉机烘干生料；
分解炉排出的烟气进入预热器二对生料进行预热，预热器二产生的回流烟气分为两部分，一部分回流烟气作为循环烟气与氧气混合后经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛，另一部分回流烟气经过净化除尘和压缩后得到浓度大于99％的CO2。
燃料分别进入回转窑和分解炉进行燃烧。回转窑内燃料在空气气氛中燃烧，用于熟料煅烧；分解炉中燃料在O2/CO2气氛中燃烧，用于分解生料。
较佳的，本实施例应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术中的预热器二产生的回流烟气中CO2浓度大于95％，用于循环利用。
较佳的，本实施例应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术中的空气分离装置分离出的氧气的浓度为21％-100％。
较佳的，本实施例应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术中预热器二产生的部分回流烟气与氧气混合的O2/CO2混合气体中O2占总气体的体积分数为21％-80％。
较佳的，本实施例应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术中的第二路空气经过燃烧器进入回转窑，分为煤风和净风，煤风输送燃料至回转窑，净风调节火焰形状和大小。
较佳的，本实施例应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术中分解炉内生料受热分解时分解炉的烟气温度为850-890℃。
较佳的，本实施例应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术中所述二次风的温度为1100-1200℃。
如图1所示，较佳的，本实施例应用于水泥熟料生成工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术中的冷却熟料后的高温烟气还包括第三路高温烟气，所述第三路高温烟气进入煤磨***。
实施例1
进入生料磨粉机的生料的湿度为10％，余热锅炉排出的烟气进入生料磨粉机对生料进行干燥，干燥后的生料湿度为0.5％，对生料进行均化，均化后的生料分别进入预热器一和预热器二中预热，预热后的生料进入分解炉中在O2/CO2气氛分解，分解炉的温度为880-890℃，分解后的生料进入回转窑进行煅烧，回转窑内燃料在空气气氛中燃烧，用于生料煅烧，煅烧后的物料进入冷却机冷却，冷却后得到水泥熟料。在该过程中，空气分为三路进入窑炉***。第一路空气鼓入冷却机冷却熟料，冷却熟料后从冷却机排出的高温烟气包括第一路高温烟气和第二路高温烟气，第一路高温烟气作为二次风直接入回转窑供窑内燃料燃烧，二次风的温度为1150-1180℃；第二路高温烟气经过换热装置预热通入分解炉的O2/CO2气体，该烟气经过换热装置后进入余热锅炉进行余热发电，然后通入生料磨粉机烘干生料。第二路空气经过燃烧器进入回转窑。第三路空气经过空气分离装置分离出浓度为90％氧气，然后与预热器二出来的一部分回流烟气混合，混合气体中O2占总气体的体积分数为50％，混合气体经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛。回转窑窑尾排出的烟气进入预热器一中预热生料，预热器一排出的烟气进入余热锅炉进行余热发电，然后该烟气通入生料磨粉机烘干生料。分解炉排出的烟气进入预热器二对生料进行预热，预热器二产生的回流烟气中CO2的浓度为98％，其分为两部分，一部分回流烟气与氧气混合后经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛，另一部分回流烟气经过净化除尘和压缩后得到浓度大于99％的CO2。
本实施例中生料分解率为95％。
同等条件下，本实施例相比传统的水泥熟料生产工艺，其CO2排放量降低了75％。
实施例2
进入生料磨粉机的生料的湿度为12％，余热锅炉排出的烟气进入生料磨粉机对生料进行干燥，干燥后的生料湿度为0.8％，对生料进行均化，均化后的生料分别进入预热器一和预热器二中预热，预热后的生料进入分解炉中在O2/CO2气氛分解，分解炉的温度为870-880℃，分解后的生料进入回转窑进行煅烧，回转窑内燃料在空气气氛中燃烧，用于生料煅烧，煅烧后的物料进入冷却机冷却，冷却后得到水泥熟料。在该过程中，空气分为三路进入窑炉***。第一路空气鼓入冷却机冷却熟料，冷却熟料后从冷却机排出的高温烟气包括第一路高温烟气和第二路高温烟气，第一路高温烟气作为二次风直接入回转窑供窑内燃料燃烧，二次风的温度为1120-1150℃；第二路高温烟气经过换热装置预热通入分解炉的O2/CO2气体，该烟气经过换热装置后进入余热锅炉进行余热发电，然后通入生料磨粉机烘干生料。第二路空气经过燃烧器进入回转窑。第三路空气经过空气分离装置分离出浓度为80％氧气，然后与预热器二出来的一部分回流烟气混合，混合气体中O2占总气体的体积分数为40％，混合气体经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛。回转窑窑尾排出的烟气进入预热器一中预热生料，预热器一排出的烟气进入余热锅炉进行余热发电，然后该烟气通入生料磨粉机烘干生料。分解炉排出的烟气进入预热器二对生料进行预热，预热器二产生的回流烟气中CO2的浓度为96％，其分为两部分，一部分回流烟气与氧气混合后经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛，另一部分回流烟气经过净化除尘和压缩后得到浓度大于99％的CO2。
本实施例中生料分解率为96％。
同等条件下，本实施例相比传统的水泥熟料生产工艺，其CO2排放量降低了70％。
实施例3
进入生料磨粉机的生料的湿度为8％，余热锅炉排出的烟气进入生料磨粉机对生料进行干燥，干燥后的生料湿度为1％，对生料进行均化，均化后的生料分别进入预热器一和预热器二中预热，预热后的生料进入分解炉中在O2/CO2气氛分解，分解炉的温度为850-860℃，分解后的生料进入回转窑进行煅烧，回转窑内燃料在空气气氛中燃烧，用于生料煅烧，煅烧后的物料进入冷却机冷却，冷却后得到水泥熟料。在该过程中，空气分为三路进入窑炉***。第一路空气鼓入冷却机冷却熟料，冷却熟料后从冷却机排出的高温烟气包括第一路高温烟气和第二路高温烟气，第一路高温烟气作为二次风直接入回转窑供窑内燃料燃烧，二次风的温度为1110-1130℃；第二路高温烟气经过换热装置预热通入分解炉的O2/CO2气体，该烟气经过换热装置后进入余热锅炉进行余热发电，然后通入生料磨粉机烘干生料。第二路空气经过燃烧器进入回转窑。第三路空气经过空气分离装置分离出浓度为70％氧气，然后与预热器二出来的一部分回流烟气混合，混合气体中O2占总气体的体积分数为30％，混合气体经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛。回转窑窑尾排出的烟气进入预热器一中预热生料，预热器一排出的烟气进入余热锅炉进行余热发电，然后该烟气通入生料磨粉机烘干生料。分解炉排出的烟气进入预热器二对生料进行预热，预热器二产生的回流烟气中CO2的浓度为95％，其分为两部分，一部分回流烟气与氧气混合后经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛，另一部分回流烟气经过净化除尘和压缩后得到浓度大于99％的CO2。
本实施例中生料分解率为95％。
同等条件下，本实施例相比传统的水泥熟料生产工艺，其CO2排放量降低了60％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其特征在于：其包括如下的工艺流程:按物料流向而言，干燥均化后的生料进入双系列预热器预热，经过预热的生料进入分解炉在O2/CO2气氛下分解，分解后的热生料进入回转窑进行煅烧，然后进入冷却机冷却，冷却后得到水泥熟料；
在水泥熟料生产过程中O2/CO2混合气通过如下过程循环利用：空气分为三路进入窑炉***；
第一路空气流向为：第一路空气鼓入冷却机冷却熟料，冷却熟料后的高温烟气包括第一路高温烟气和第二路高温烟气；所述第一路高温烟气作为二次风直接入回转窑供窑内燃料燃烧；所述第二路高温烟气经过换热装置预热通入分解炉的O2/CO2气体，该烟气经过换热装置后进入余热锅炉进行余热发电，然后通入生料磨粉机烘干生料；
第二路空气流向为：第二路空气经过燃烧器进入回转窑；
第三路空气流向为：第三路空气经过空气分离装置分离出氧气，然后与预热器二出来的一部分回流烟气混合后并经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛；
回转窑窑尾排出的烟气进入预热器一中预热生料，预热器一排出的烟气进入余热锅炉进行余热发电，然后该烟气通入生料磨粉机烘干生料；
分解炉排出的烟气进入预热器二对生料进行预热，预热器二产生的回流烟气分为两部分，一部分回流烟气与氧气混合后经过换热装置预热后进入分解炉作为生料分解的O2/CO2气氛，另一部分回流烟气经过净化除尘和压缩后得到浓度大于99％的CO2。
2.根据权利要求1所述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其特征在于，所述的预热器二产生的回流烟气中CO2浓度大于95％。
3.根据权利要求1所述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其特征在于，所述的空气分离装置分离出的氧气的浓度为21％-100％。
4.根据权利要求1所述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其特征在于，预热器二产生的部分回流烟气与氧气混合的O2/CO2混合气体中O2占总气体的体积分数为21％-80％。
5.根据权利要求1所述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其特征在于，所述的第二路空气经过燃烧器进入回转窑，分为煤风和净风，煤风输送燃料至回转窑，净风调节火焰形状和大小。
6.根据权利要求1所述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其特征在于，分解炉内生料受热分解时分解炉的烟气温度为850-890℃。
7.根据权利要求1所述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其特征在于，所述二次风的温度为1100-1200℃。
8.根据权利要求1所述的应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术，其特征在于，所述的冷却熟料后的高温烟气还包括第三路高温烟气，所述第三路高温烟气进入煤磨***。
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