CN111170660A - 一种石灰生产***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种石灰生产***及方法，属于石灰生产技术领域。该***包括竖窑和加热装置，其中，竖窑自上而下依次设置进料口、预热段、反应段、冷却段和出料口；预热段的顶部连接排放管道，预热段的顶部通过冷却管道连接于冷却段的底部，预热段的顶部还通过加热管道连接于反应段的底部；加热管道上设有加热装置。石灰石原料从进料口进入竖窑后，依次通过预热段、反应段和冷却段后变为石灰产品。该***避免了石灰石分解释放的二氧化碳与燃料燃烧烟气的混合，由此得到含高浓度二氧化碳的排放载气，因而无需气体分离便可进行二氧化碳捕集，对石灰生产过程的碳减排具有重要作用。

Description

一种石灰生产***及方法

技术领域

本发明涉及石灰生产技术领域，特别是指一种石灰生产***及方法。

背景技术

石灰是一种重要的工业原料，广泛用于钢铁冶金、烟气脱硫、建筑和造纸等主要行业。石灰一般通过竖窑或回转窑中石灰石的受热分解成为石灰和二氧化碳而获得，因而石灰生产工业的碳排放量巨大。在中国，石灰生产引起的温室气体排放量从1979年的0.35亿吨当量二氧化碳增加到2009年的1.4亿吨当量二氧化碳，其中2009年排放量占世界排放量的60％以上。可见，作为一种碳排放密集型工业，石灰生产过程的二氧化碳减排已十分迫切。

石灰石的热分解反应方程式如下：

CaCO₃+热＝CaO+CO₂↑

通过上述反应式可知，石灰生产过程中的二氧化碳来自两个源头过程，即：(1)石灰石分解过程中释放的二氧化碳，一般石灰石矿料含二氧化碳质量分数约为42％；(2)燃料燃烧过程中释放的二氧化碳，因为石灰石的分解反应为吸热反应，工业中一般均通过化石燃料燃烧来提供石灰石热分解所需的高温热量。上述两个源头过程中，石灰石分解过程的碳排放占主导地位，约占石灰生产总碳排放的70％。对于当前广泛用于石灰生产的常规煅烧工艺，上述两部分二氧化碳混合后作为烟气排放。如此，烟气因含大量氮气而达不到二氧化碳运输和封存所需的纯度，由此二氧化碳的捕集需通过气体分离装置并消耗可观的分离能耗。因此，设法将上述两个源头过程分开进行是石灰生产过程碳减排的发展方向。

最近，CN110451822A提出一种产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺，该工艺主要原理如下：首先将竖窑顶部的载气回收并通入竖窑冷却段，利用高温石灰产品余热对其进行初步加热，然后将其通入加热装置进一步加热升温，最后将其通入竖窑反应段以提供石灰石分解所需的热量。该工艺可实现石灰石分解释放的二氧化碳的捕集，其工艺特点是：竖窑顶部回收的载气全部通入冷却段，利用高温石灰产品余热对其进行初步加热，然后全部从冷却段排出并通入加热装置。然而，该工艺提出的“利用高温石灰产品余热对载气进行初步加热”方案在可实施性方面存在以下不足：若载气以管道的形式通过冷却段，则载气和冷却段石灰颗粒的换热为间壁式换热，存在换热管需要在800℃以上高温下工作并承担石灰石颗粒料层的重力冲击的问题，即换热管材料的选择十分困难；若载气直接通入冷却段，则载气和冷却段石灰颗粒的换热为接触式换热，存在所谓“串气”问题，即载气到达冷却段顶部时会继续自然上升进入反应段，而难以进入竖窑外部的加热装置。

为此，本发明提出一种载气双管路循环方案，与上述方案的根本区别在于：将竖窑顶部回收的载气一分为二，一股作为冷却载气通入冷却段，冷却载气和石灰颗粒进行接触式换热，载气到达冷却段顶部时可任其自然上升进入反应段；另一股作为加热载气直接通入加热装置。本发明提供的方案解决了上述现有工艺在可实施性方面的不足之处，因而具有可实施性强的特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种石灰生产***及方法。

该***包括竖窑和加热装置，其中，竖窑包括进料口、预热段、反应段、冷却段和出料口，竖窑中进料口、预热段、反应段、冷却段和出料口自上而下依次设置；预热段的顶部连接排放管道，预热段的顶部通过冷却管道连接于冷却段的底部，预热段的顶部还通过加热管道连接于反应段的底部；加热管道上设有加热装置；冷却管道和加热管道上分别设有风机一和风机二。

其中，冷却管道和加热管道拥有一段公共管道。

加热装置为热风炉。

竖窑为套筒窑。

预热段底部通过回热管道连接加热装置，回热管道上设置风机三。

应用该石灰生产***的方法，具体为：石灰石原料从进料口进入竖窑后，依次通过预热段、反应段和冷却段后变为石灰产品，石灰产品从出料口排出竖窑；排放载气经排放管道排出该***，冷却载气经冷却管道送入冷却段的底部，加热载气经加热管道送入反应段的底部。

加热载气经由加热装置进行加热升温，所述排放载气、冷却载气和加热载气均来自于预热段的顶部。

排放载气、冷却载气和加热载气均包括二氧化碳和水蒸气中的至少一种。

回热管道内通有回热载气，回热载气经回热管道送入加热装置，回热载气来自于预热段的底部。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，避免了石灰石分解释放的二氧化碳与燃料燃烧烟气的混合，由此得到含高浓度二氧化碳的排放载气，无需气体分离便可进行二氧化碳捕集，对石灰生产过程的碳减排具有重要作用。同时，本发明通过将竖窑顶部回收的载气一分为二，一股作为冷却载气通入冷却段，另一股作为加热载气直接通入加热装置，因而具有可实施性强的优点。

附图说明

图1为本发明的石灰生产***结构示意图一；

图2为本发明的石灰生产***结构示意图二。

其中：1-竖窑；2-加热装置；3-排放管道；4-冷却管道；5-加热管道；6-回热管道；10-进料口；11-预热段；12-反应段；13-冷却段；14-出料口；41-风机一；51-风机二；61-风机三。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种灰生产***及方法。

如图1所示，该***包括竖窑1和加热装置2，其中，竖窑1包括进料口10、预热段11、反应段12、冷却段13和出料口14，竖窑1中进料口10、预热段11、反应段12、冷却段13和出料口14自上而下依次设置；预热段11的顶部连接排放管道3，预热段11的顶部通过冷却管道4连接于冷却段13的底部，预热段11的顶部还通过加热管道5连接于反应段12的底部；加热管道5上设有加热装置2；冷却管道4和加热管道5上分别设有风机一41和风机二51。

如图2所示，该***还包括回热管道6，预热段11底部通过回热管道6连接加热装置2，回热管道6上设置风机三61。

下面结合具体实施例予以说明。

实施例1

如图1所示，该生产***包括竖窑1和加热装置2。竖窑1由上至下依次包括：进料口10、预热段11、反应段12、冷却段13和出料口14。其中，预热段11的顶部连接有排放管道3，预热段11的顶部通过冷却管道4连接于冷却段13的底部，预热段11的顶部还通过加热管道5连接于反应段12的底部；加热管道5上设有加热装置2；冷却管道4和加热管道5上分别设有风机一41和风机二51。

进料口10用于向竖窑1添加石灰石原料，出料口14用于从竖窑1中向外卸出石灰产品；竖窑1用于将石灰石转化为石灰，其预热段11中石灰石料块被预热至起始反应温度，其反应段12中石灰石料块发生分解反应并释放出二氧化碳气体，其冷却段13中石灰料块被冷却。

排放管道3用于在竖窑1顶部向外定量的排放载气，以维持***的物料平衡，所述排放载气的流量应等于反应段石灰石分解释放的二氧化碳流量；所述排放载气的主要成分为二氧化碳和水蒸气，因此所述排放载气无需气体分离过程便可进行二氧化碳捕集，因而有利于二氧化碳的减排。

冷却管道4用于将竖窑1顶部的载气回收并将其作为冷却载气送入冷却段13的底部，冷却管道4上设有风机一41以维持冷却载气的流通。

加热管道5用于将竖窑1顶部的载气回收并将其作为加热载气送入反应段12的底部，加热管道5上设有风机二51以维持加热载气的流通，加热管道5上还设有加热装置2以提高加热载气的温度；一般需将加热载气升温至1200℃以上后再通入反应段12的底部，以提供石灰石分解反应所需的热量。

加热装置2一般为热风炉，例如顶燃式热风炉、卡卢金热风炉等。

竖窑1一般为套筒窑。

实施例2

具体工艺主要包括：

石灰石原料从进料口10进入竖窑1，在竖窑内，缓慢下降的料块依次通过预热段11、反应段12和冷却段13，料块与上升的载气进行接触与传热传质，料块中的石灰石转化为石灰，得到石灰产品从出料口14排出竖窑1。

上升的载气在到达预热段11的顶部之后被分为三个部分排出：排放载气、冷却载气和加热载气。其中：

排放载气经排放管道3排出所述***，以维持***的物料平衡。

冷却载气经冷却管道4送入冷却段13的底部。在冷却段13内，上升流动的冷却载气将料块冷却的同时其自身温度也得到升高，冷却载气到达冷却段13的顶部后自然上升进入反应段12的底部。

加热载气经由加热管道5送入反应段12的底部，加热载气还经由加热装置2加热升温。在反应段12内，来自反应段12底部的加热载气和冷却载气混合为载气，上升流动的载气将热量传递给料块后自身温度逐渐降低，料块吸热后其内部的石灰石不断分解为石灰和二氧化碳，因此载气的质量流量逐渐增大，载气到达反应段12的顶部后自然上升进入预热段11的底部。在预热段11内，上升流动的载气将热量传递给料块自身温度逐渐降低，但料块尚未达到起始分解温度，因而不会反应并释放二氧化碳，因此载气的质量流量基本保持不变，载气到达预热段11顶部时被分为三个部分排出，由此完成了载气的循环。

排放载气、冷却载气和加热载气的主要成分为二氧化碳，还含有一定量的水蒸气。

实施例3

如图2所示，在本发明***中，还可在竖窑1的预热段11的底部通过回热管道6连接于加热装置2，且回热管道6上设有风机三61。

实施例4

如图2所示的石灰生产***的工艺与实施例2相比，还将回热载气经回热管道6送入加热装置2，所述回热载气来自于预热段11的底部。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种石灰生产***，其特征在于：包括竖窑(1)和加热装置(2)，其中，竖窑(1)包括进料口(10)、预热段(11)、反应段(12)、冷却段(13)和出料口(14)，竖窑(1)中进料口(10)、预热段(11)、反应段(12)、冷却段(13)和出料口(14)自上而下依次设置；预热段(11)的顶部连接排放管道(3)，预热段(11)的顶部通过冷却管道(4)连接于冷却段(13)的底部，预热段(11)的顶部还通过加热管道(5)连接于反应段(12)的底部；加热管道(5)上设有加热装置(2)；冷却管道(4)和加热管道(5)上分别设有风机一(41)和风机二(51)。

2.根据权利要求1所述的石灰生产***，其特征在于：所述冷却管道(4)和加热管道(5)拥有一段公共管道。

3.根据权利要求1所述的石灰生产***，其特征在于：所述加热装置(2)为热风炉。

4.根据权利要求1所述的石灰生产***，其特征在于：所述竖窑(1)为套筒窑。

5.根据权利要求1所述的石灰生产***，其特征在于：所述预热段(11)底部通过回热管道(6)连接加热装置(2)，回热管道(6)上设置风机三(61)。

6.应用权利要求1所述的石灰生产***的方法，其特征在于：石灰石原料从进料口(10)进入竖窑(1)后，依次通过预热段(11)、反应段(12)和冷却段(13)后变为石灰产品，石灰产品从出料口(14)排出竖窑(1)；排放载气经排放管道(3)排出该***，冷却载气经冷却管道(4)送入冷却段(13)的底部，加热载气经加热管道(5)送入反应段(12)的底部。

7.根据权利要求6所述的石灰生产***的应用方法，其特征在于：所述加热载气经由加热装置(2)进行加热升温，所述排放载气、冷却载气和加热载气均来自于预热段(11)的顶部。

8.根据权利要求6所述的石灰生产***的应用方法，其特征在于：所述排放载气、冷却载气和加热载气均包括二氧化碳和水蒸气中的至少一种。

9.根据权利要求5所述的石灰生产***，其特征在于：所述回热管道(6)内通有回热载气，回热载气经回热管道(6)送入加热装置(2)，回热载气来自于预热段(11)的底部。

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