CN114739163A - 一种水泥工业二氧化碳富集***及其工艺原理 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水泥工业二氧化碳富集***及其工艺原理，包括主预热器(2)、主分解炉(3)、烟室(4)、回转窑(5)、三次风管(6)、冷却机(7)和冷却风机(8)，主预热器(2)、主分解炉(3)、烟室(4)、回转窑(5)和冷却机(7)沿料路依次串联，主分解炉(3)通过三次风管(6)与冷却机(7)相互连通，冷却风机(8)、冷却机(7)、回转窑(5)、烟室(4)、主分解炉(3)和主预热器(2)沿气路依次相连；还包括生料喂料装置(1)、辅分解炉(9)、辅预热器(10)、循环风机(11)、制氧装置(12)、供氧风机(13)、换热器(14)和二氧化碳捕集装置(17)，制氧装置(12)、供氧风机(13)、辅分解炉(9)和辅预热器(10)沿气路依次相连；本发明既实现了对部分窑尾烟气二氧化碳的富集以大幅降低了二氧化碳的捕集与利用成本，又有效减小了对窑***负面影响。
Description
技术领域
本发明涉及水泥工业二氧化碳富集与减排技术领域，具体涉及一种水泥工业二氧化碳部分富集***。
背景技术
在水泥工业中，水泥生产过程中燃料燃烧(主要以煤为主要燃料)和生料中主要原料成分碳酸钙分解，会产生大量二氧化碳，通过水泥煅烧过程中的节能降耗能实现一定的二氧化碳减排，但所占比例较小，对烟气中二氧化碳捕集与利用是水泥工业常用的技术方案，也是未来水泥工业降碳的主要措施之一。
目前水泥行业已有利用化学吸收法从窑尾烟气捕集提纯二氧化碳的技术，该技术是在不影响水泥窑正常生产的前提下，对窑尾废气中的二氧化碳进行吸收捕集，但二氧化碳捕集成本较高，还存在化学吸收剂降解等问题。
现有水泥工业中窑尾预热器出口的烟气中二氧化碳浓度一般在27-30％，经过余热发电降温、烘干原料磨***后，由于各***均存在一定漏风，加上原料水份转化为烟气中的水汽，达到烟囱排放前二氧化碳浓度进一步降低，二氧化碳体积含量一般在17-22％，较低的二氧化碳浓度导致后续捕集与利用成本较高，而且会对窑***造成较大的负面影响，亟需等待解决。
发明内容
针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种既实现了对部分窑尾烟气二氧化碳的富集以大幅降低了二氧化碳的捕集与利用成本，又有效减小了对窑***负面影响的水泥工业二氧化碳富集***及其工艺原理。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水泥工业二氧化碳富集***，包括主预热器(2)、主分解炉(3)、烟室(4)、回转窑(5)、三次风管(6)、冷却机(7)和冷却风机(8)，主预热器(2)、主分解炉(3)、烟室(4)、回转窑(5) 和冷却机(7)沿料路依次串联，主分解炉(3)通过三次风管(6)与冷却机(7)相互连通，冷却风机(8)、冷却机(7)、回转窑(5)、烟室(4)、主分解炉(3)和主预热器 (2)沿气路依次相连；主预热器(2)包括多个相互串接的第一旋风筒(2-1)，其特征在于，还包括生料喂料装置(1)、辅分解炉(9)、辅预热器(10)、循环风机(11)、制氧装置(12)、供氧风机(13)、换热器(14)和二氧化碳捕集装置(17)，所述制氧装置(12)、供氧风机(13)、辅分解炉(9)和辅预热器(10)沿气路依次相连，所述辅分解炉(9)的进风口和所述二氧化碳捕集装置(17)的进风口分别通过循环风机 (11)和换热器(14)并联在辅预热器(10)的出风口上；所述辅预热器(10)包括多个相互串接的第二旋风筒(10-1)，所述辅预热器(10)中的最上一级第二旋风筒 (10-1)的进风管以及所述主预热器(2)中的最上一级第一旋风筒(2-1)的进风管均并联在生料喂料装置(1)的出料口上；所述辅预热器(10)中的最下一级第二旋风筒(10-1)的出料管与主分解炉(3)和烟室(4)均相连。
优选地，所述换热器(14)与二氧化碳捕集装置(17)的进风口之间还依次设有收尘器(15)和引风机(16)，所述循环风机(11)的进风口上游侧还设有风阀一(23), 所述换热器(14)的进风口上游侧还设有风阀二(24)。
优选地，所述辅分解炉(9)与供氧风机(13)之间还设有冷风阀(18)，所述供氧风机(13)与冷风阀(18)之间还设有风阀三(25)。
优选地，所述辅预热器(10)中的最下一级第二旋风筒(10-1)的出料管与主分解炉(3)的进料口之间还设有料阀一(19)，所述辅预热器(10)中的最下一级第二旋风筒(10-1)的出料管与烟室(4)的进料口之间还设有料阀二(20)。
优选地，所述生料喂料***(1)与主预热器(2)中的最上一级第一旋风筒 (2-1)的进风管之间还设有料阀三(21)，所述生料喂料***(1)与辅预热器(10) 中的最上一级第二旋风筒(10-1)的进风管之间设置料阀四(22)。
一种水泥工业二氧化碳富集***的工艺原理，其特征在于，包括以下步骤：
S1：水泥生料通过生料喂料装置(1)将物料分为两路，一路喂入主预热器(2)，通过与来自主分解炉(3)的烟气进行换热，然后进入主分解炉(3)进行碳酸盐分解；另一路喂入辅预热器(10)，通过与来自辅分解炉(9)的烟气进行换热，然后进入辅分解炉(9)进行碳酸盐分解。
S2：当碳酸盐分解率较高时，分解后的物料可直接通过烟室(4)进入回转窑 (5)进行熟料煅烧；当分解率偏低时，物料可进入主分解炉(3)进行二次分解后，再通过烟室(4)入回转窑(5)煅烧成熟料。
S3：进入主预热器(2)与辅预热器(10)的生料量通过料阀三(21)、料阀四(22) 的调节控制；通过料阀一(19)与料阀二(20)的开关控制，实现辅分解炉(3)分解后的物料入主分解炉(3)与入烟室(4)的切换。
S4：出辅预热器(10)烟气分为两路，一路通过循环风机(11)将部分烟气循环至辅分解炉(9)，实现辅预热器(10)中烟气中二氧化碳的富集，进而提高烟气中二氧化碳浓度；另一路通往二氧化碳捕集装置(17)，在辅预热器(10)出风管与二氧化碳捕集装置(17)之间设置换热器(14)和收尘器(15)，可实现将辅预热器(10) 出口的高温烟气(一般在300℃以上)降温与除尘，为二氧化碳捕集提供条件；辅预热器(10)通往两路的烟气量通过阀一(23)、风阀二(24)调节。
S5：通过制氧装置(12)、供氧风机(13)将纯氧或富氧通入辅分解炉(9)，以弥补辅分解炉(9)内高浓度二氧化碳环境下的负面影响，有助于辅分解炉(9)内燃料的燃烧；在辅分解炉(9)与供氧风机(13)之间的风管上设置冷风阀(18)，在供氧风机(13)与冷风阀(18)之间的风管上设置风阀三(25)，可通过两个风阀的调节可实现辅分解炉(9)内的正常空气燃烧，也可实现风量与二氧化碳浓度调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、在主预热器、主分解炉旁设置一辅预热器框架，布置辅预热器、辅分解炉，根据二氧化碳浓度与风量要求，将合理生料量喂入辅预热器，辅预热器***与主预热器***分开实现物料加热与碳酸盐分解，相互干涉较少。
2、将辅分解炉分解后的物料设置一路进入主分解炉，可实现物料中碳酸盐的二次分解，以确保入窑热生料较高的分解率，降低了对窑***的负面影响。
3、本发明是在辅预热器、辅分解炉进行二氧化碳富集，捕集难度小、成本低；而且高浓度的烟气不入回转窑，对回转窑内的煅烧影响较小，与现有普通回转窑内煅烧没有区别，降低了技术风险。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明增加了收尘器、第二循环风机、风阀一和风阀二后的工艺流程图。
图3为本发明增加了冷风阀和风阀三后的工艺流程图。
图4为本发明增加了料阀一和料阀二后的工艺流程图。
图5为本发明增加了料阀三和料阀四后的工艺流程图。
其中：1、生料喂料装置，2、主预热器，3、主分解炉，4、烟室，5、回转窑，6、三次风管，7、冷却机，8、冷却风机，9、辅分解炉，10、辅预热器，11、第一循环风机，12、制氧装置，13、供氧风机，14、换热器，15、收尘器，16、第二循环风机，17、风机，18、冷风阀，19、料阀一，20、料阀二，21、料阀三， 22、料阀四，23、风阀一，24、风阀二，25、风阀三。
具体实施方式
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
如图1所示，一种水泥工业二氧化碳富集***，包括主预热器(2)、主分解炉(3)、烟室(4)、回转窑(5)、三次风管(6)、冷却机(7)和冷却风机(8)，主预热器(2)、主分解炉(3)、烟室(4)、回转窑(5)和冷却机(7)沿料路依次串联，主分解炉(3)通过三次风管(6)与冷却机(7)相互连通，冷却风机(8)、冷却机(7)、回转窑(5)、烟室(4)、主分解炉(3)和主预热器(2)沿气路依次相连；主预热器(2) 包括多个相互串接的第一旋风筒(2-1)，还包括生料喂料装置(1)、辅分解炉(9)、辅预热器(10)、循环风机(11)、制氧装置(12)、供氧风机(13)、换热器(14)和二氧化碳捕集装置(17)，制氧装置(12)、供氧风机(13)、辅分解炉(9)和辅预热器(10)沿气路依次相连，辅分解炉(9)的进风口和二氧化碳捕集装置(17)的进风口分别通过循环风机(11)和换热器(14)并联在辅预热器(10)的出风口上；辅预热器 (10)包括多个相互串接的第二旋风筒(10-1)，辅预热器(10)中的最上一级第二旋风筒(10-1)的进风管以及主预热器(2)中的最上一级第一旋风筒(2-1)的进风管均并联在生料喂料装置(1)的出料口上；辅预热器(10)中的最下一级第二旋风筒 (10-1)的出料管与主分解炉(3)和烟室(4)均相连；换热器(14)可降低从辅预热器 (10)的出风口排出的高温烟气的温度(一般在300℃以上)以为后续二氧化碳捕集提供条件。
为了改善本发明的功能，换热器(14)与二氧化碳捕集装置(17)的进风口之间还依次设有收尘器(15)和引风机(16)，收尘器(15)可将从换热器(14)中排出的降温后的烟气进行除尘；为了调节辅预热器(10)烟气至辅分解炉(9)和二氧化碳捕集装置(17)的风量比例，循环风机(11)的进风口上游侧还设有风阀一(23),换热器(14)的进风口上游侧还设有风阀二(24)，通过调节风阀一(23)和风阀二(24) 的开度可实现捕集烟气量的调节与循环风量的控制，进而有助于调节与控制辅分解炉(9)内产生烟气的二氧化碳浓度，见图2。
为进一步改善本发明的功能，辅分解炉(9)与供氧风机(13)之间还设有冷风阀(18)，供氧风机(13)与冷风阀(18)之间还设有风阀三(25)，通过调节冷风阀(18) 和风阀三(25)的开度，既可实现辅分解炉(9)内的正常空气燃烧，也可实现风量与二氧化碳浓度调节；当制氧装置(13)停止供氧时，关闭风阀三(25)并打开冷风阀(18)，就可实现正常空气供氧燃烧；当制氧装置(13)开始供氧时，关闭冷风阀 (18)并打开风阀三(25)，就可实现富氧或纯氧补给辅分解炉(9)以供燃料燃烧，进而产生高浓度二氧化碳烟气；也可以将冷风阀(18)和风阀三(25)同时打开并通过调节开度来实现辅分解炉(9)烟气量的控制与二氧化碳浓度的控制，见图3。
为了进一步优化本发明的功能，辅预热器(10)中的最下一级第二旋风筒 (10-1)的出料管与主分解炉(3)的进料口之间还设有料阀一(19)，辅预热器(10) 中的最下一级第二旋风筒(10-1)的出料管与烟室(4)的进料口之间还设有料阀二 (20)，通过料阀一(19)和料阀二(20)的切换，可实现辅分解炉(9)分解后的物料进入主分解炉(3)先进行碳酸盐的二次分解，然后再通过烟室(4)进入回转窑(5)，或直接通过烟室(4)进入回转窑(5)；当辅分解炉(9)内二氧化碳浓度较高时，炉内碳酸盐分解率可能出现降低状况，这时，可打开料阀一(19)并关闭料阀二(20) 以将辅分解炉(9)中的物料通过辅预热器(10)中的最下一级旋风筒(10-1)喂入主分解炉(3)，实现物料中碳酸盐的二次分解，再与主分解炉(3)内的物料一起在主分解炉(3)汇合，然后进入回转窑(5)煅烧为熟料；若辅分解炉(9)内碳酸盐分解率一直很高(在93％以上)，可关闭料阀一(19)并打开料阀二(20)以将分解后的物料直接通过烟室(4)送入回转窑(5)，与主分解炉(3)内碳酸盐分解后的物料一起在回转窑(5)内进行熟料煅烧，见图4。
为了进一步实现本发明的精确操作，生料喂料***(1)与主预热器(2)中的最上一级第一旋风筒(2-1)的进风管之间还设有料阀三(21)，生料喂料***(1)与辅预热器(10)中的最上一级第二旋风筒(10-1)的进风管之间设置料阀四(22)，通过控制料阀三(21)和料阀四(22)的启闭来调节喂入主预热器(2)和辅预热器(10) 的物料量；料阀三(21)和料阀四(22)可实现分料与截止功能，能根据二氧化碳浓度要求与辅分解炉(3)、辅预热器(2)的气体量多少来实现物料与气体量的匹配，见图5。
一种水泥工业二氧化碳富集***的工艺原理，包括以下步骤：
S1：水泥生料通过生料喂料装置(1)将物料分为两路，一路喂入主预热器(2)，通过与来自主分解炉(3)的烟气进行换热，然后进入主分解炉(3)进行碳酸盐分解；另一路喂入辅预热器(10)，通过与来自辅分解炉(9)的烟气进行换热，然后进入辅分解炉(9)进行碳酸盐分解。
S2：当碳酸盐分解率较高时，分解后的物料可直接通过烟室(4)进入回转窑 (5)进行熟料煅烧；当分解率偏低时，物料可进入主分解炉(3)进行二次分解后，再通过烟室(4)入回转窑(5)煅烧成熟料。
S3：进入主预热器(2)与辅预热器(10)的生料量通过料阀三(21)、料阀四(22) 的调节控制；通过料阀一(19)与料阀二(20)的开关控制，实现辅分解炉(3)分解后的物料入主分解炉(3)与入烟室(4)的切换。
S4：出辅预热器(10)烟气分为两路，一路通过循环风机(11)将部分烟气循环至辅分解炉(9)，实现辅预热器(10)中烟气中二氧化碳的富集，进而提高烟气中二氧化碳浓度；另一路通往二氧化碳捕集装置(17)，在辅预热器(10)出风管与二氧化碳捕集装置(17)之间设置换热器(14)和收尘器(15)，可实现将辅预热器(10) 出口的高温烟气(一般在300℃以上)降温与除尘，为二氧化碳捕集提供条件；辅预热器(10)通往两路的烟气量通过阀一(23)、风阀二(24)调节。
S5：通过制氧装置(12)、供氧风机(13)将纯氧或富氧通入辅分解炉(9)，以弥补辅分解炉(9)内高浓度二氧化碳环境下的负面影响，有助于辅分解炉(9)内燃料的燃烧；在辅分解炉(9)与供氧风机(13)之间的风管上设置冷风阀(18)，在供氧风机(13)与冷风阀(18)之间的风管上设置风阀三(25)，可通过两个风阀的调节可实现辅分解炉(9)内的正常空气燃烧，也可实现风量与二氧化碳浓度调节。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。
Claims (6)
1.一种水泥工业二氧化碳富集***，包括主预热器(2)、主分解炉(3)、烟室(4)、回转窑(5)、三次风管(6)、冷却机(7)和冷却风机(8)，主预热器(2)、主分解炉(3)、烟室(4)、回转窑(5)和冷却机(7)沿料路依次串联，主分解炉(3)通过三次风管(6)与冷却机(7)相互连通，冷却风机(8)、冷却机(7)、回转窑(5)、烟室(4)、主分解炉(3)和主预热器(2)沿气路依次相连；主预热器(2)包括多个相互串接的第一旋风筒(2-1)，其特征在于，还包括生料喂料装置(1)、辅分解炉(9)、辅预热器(10)、循环风机(11)、制氧装置(12)、供氧风机(13)、换热器(14)和二氧化碳捕集装置(17)，所述制氧装置(12)、供氧风机(13)、辅分解炉(9)和辅预热器(10)沿气路依次相连，所述辅分解炉(9)的进风口和所述二氧化碳捕集装置(17)的进风口分别通过循环风机(11)和换热器(14)并联在辅预热器(10)的出风口上；所述辅预热器(10)包括多个相互串接的第二旋风筒(10-1)，所述辅预热器(10)中的最上一级第二旋风筒(10-1)的进风管以及所述主预热器(2)中的最上一级第一旋风筒(2-1)的进风管均并联在生料喂料装置(1)的出料口上；所述辅预热器(10)中的最下一级第二旋风筒(10-1)的出料管与主分解炉(3)和烟室(4)均相连。
2.根据权利要求1所述的一种水泥工业二氧化碳富集***，其特征在于，所述换热器(14)与二氧化碳捕集装置(17)的进风口之间还依次设有收尘器(15)和引风机(16)，所述循环风机(11)的进风口上游侧还设有风阀一(23),所述换热器(14)的进风口上游侧还设有风阀二(24)。
3.根据权利要求2所述的一种水泥工业二氧化碳富集***，其特征在于，所述辅分解炉(9)与供氧风机(13)之间还设有冷风阀(18)，所述供氧风机(13)与冷风阀(18)之间还设有风阀三(25)。
4.根据权利要求3所述的一种水泥工业二氧化碳富集***，其特征在于,所述辅预热器(10)中的最下一级第二旋风筒(10-1)的出料管与主分解炉(3)的进料口之间还设有料阀一(19)，所述辅预热器(10)中的最下一级第二旋风筒(10-1)的出料管与烟室(4)的进料口之间还设有料阀二(20)。
5.根据权利要求4所述的一种水泥工业二氧化碳富集***，其特征在于，所述生料喂料***(1)与主预热器(2)中的最上一级第一旋风筒(2-1)的进风管之间还设有料阀三(21)，所述生料喂料***(1)与辅预热器(10)中的最上一级第二旋风筒(10-1)的进风管之间设置料阀四(22)。
6.一种水泥工业二氧化碳富集***的工艺原理，其特征在于，包括以下步骤：
S1：水泥生料通过生料喂料装置(1)将物料分为两路，一路喂入主预热器(2)，通过与来自主分解炉(3)的烟气进行换热，然后进入主分解炉(3)进行碳酸盐分解；另一路喂入辅预热器(10)，通过与来自辅分解炉(9)的烟气进行换热，然后进入辅分解炉(9)进行碳酸盐分解。
S2：当碳酸盐分解率较高时，分解后的物料可直接通过烟室(4)进入回转窑(5)进行熟料煅烧；当分解率偏低时，物料可进入主分解炉(3)进行二次分解后，再通过烟室(4)入回转窑(5)煅烧成熟料。
S3：进入主预热器(2)与辅预热器(10)的生料量通过料阀三(21)、料阀四(22)的调节控制；通过料阀一(19)与料阀二(20)的开关控制，实现辅分解炉(3)分解后的物料入主分解炉(3)与入烟室(4)的切换。
S4：出辅预热器(10)烟气分为两路，一路通过循环风机(11)将部分烟气循环至辅分解炉(9)，实现辅预热器(10)中烟气中二氧化碳的富集，进而提高烟气中二氧化碳浓度；另一路通往二氧化碳捕集装置(17)，在辅预热器(10)出风管与二氧化碳捕集装置(17)之间设置换热器(14)和收尘器(15)，可实现将辅预热器(10)出口的高温烟气(一般在300℃以上)降温与除尘，为二氧化碳捕集提供条件；辅预热器(10)通往两路的烟气量通过阀一(23)、风阀二(24)调节。
S5：通过制氧装置(12)、供氧风机(13)将纯氧或富氧通入辅分解炉(9)，以弥补辅分解炉(9)内高浓度二氧化碳环境下的负面影响，有助于辅分解炉(9)内燃料的燃烧；在辅分解炉(9)与供氧风机(13)之间的风管上设置冷风阀(18)，在供氧风机(13)与冷风阀(18)之间的风管上设置风阀三(25)，可通过两个风阀的调节可实现辅分解炉(9)内的正常空气燃烧，也可实现风量与二氧化碳浓度调节。
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