实现二氧化碳零排放的水泥窑系统及水泥熟料制备方法技术方案

本发明专利技术提供实现二氧化碳零排放的水泥窑系统及水泥熟料制备方法，系统包括生料预热预分解系统、烟室、回转窑和冷却机；烟室、回转窑和冷却机依次连通；生料预热预分解系统包括分解炉和旋风预热器，底端旋风预热器的进风口连接分解炉的出风管，顶端旋风预热器的出风口排出低温烟气；底端旋风预热器的出料口连通烟室，顶端旋风预热器的进料口用于生料进料；冷却机包括第一冷却区和第二冷却区，第一冷却区的进气口通入纯氧和高浓度二氧化碳烟气的混合气，第二冷却区的进气口通入空气。本发明专利技术解决现有燃烧后捕集CO2技术存在的CO2捕集提纯系统的CO2气体捕集效率低、进捕集提纯系统烟气中CO2浓度偏低、系统投资以及运行成本高的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
实现二氧化碳零排放的水泥窑系统及水泥熟料制备方法


[0001]本专利技术属于水泥生产设备
，具体涉及实现二氧化碳零排放的水泥窑系统及水泥熟料制备方法。

技术介绍

[0002]CO2作为一种主要的温室气体，其大量排放加剧了全球温室效应，世界各国均普遍面临着实现碳减排、缓解全球气候变化的艰巨任务。为更好发展全球经济和保护自然环境，世界各国都相继制定了碳减排战略目标。在我国，水泥行业已成为仅次于电力行业的第二大CO2排放源。据统计，2018年全国水泥熟料产量约为14.2亿吨，在国内现有每生产1吨水泥熟料的CO2排放量约为0.84吨的技术水平条件下，CO2排放量在2018年已接近12亿吨。因此，减缓水泥工业高CO2排放问题刻不容缓。
[0003]对碳减排技术的研究，国内外已有不少报道，但这些研究主要面向电力、煤炭和钢铁等行业，水泥行业相关的碳减排技术报道相对较少。当前水泥生产工艺普遍采用的是新型干法生产工艺，它主要采用水泥窑系统，水泥窑系统具体由冷却机、燃烧器、回转窑、旋风预热器和连接风管等组成。其中，生料在旋风预热器中预热升温，在分解炉内分解，部分燃料在分解炉内燃烧为生料分解提供所需的热量，分解后的生料在回转窑内由另一部分燃料煅烧成水泥熟料，随后水泥熟料经冷却机冷却至合适温度。
[0004]当前水泥窑系统的冷却机通入的冷却气体为空气，从水泥窑系统排出的CO2浓度为30％左右。
[0005]目前水泥行业可采用的碳减排技术方案为燃烧前捕集CO2、燃烧后捕集CO2以及水泥窑纯氧燃烧技术。
[0006]其中燃烧前捕集CO2是指对燃料在燃烧前进行预处理，分离出燃料中的碳。由于水泥熟料生产工艺特点，燃烧前捕集CO2的一个显著缺点是仅能分离出燃料燃烧产生的CO2，而生料煅烧产生的约60％的CO2随烟气排放了，即生料煅烧过程中产生的CO2没有得到处理。此外，燃烧前捕集CO2技术相比其他CO2捕集技术熟料煅烧过程对氢燃烧的条件非常苛刻，需要对回转窑内燃烧器进行特殊设计，因此该技术在水泥行业碳减排中可行性较低。
[0007]燃烧后捕集CO2技术主要是指从燃烧后的烟气进行CO2捕集或者分离出CO2，现有主要的技术包括吸收法、吸附法、膜吸收法和矿物碳化法等。上述方法均存在CO2气体捕集效率低、CO2气体捕集流量小、系统投资以及运行成本高的问题。
[0008]水泥窑纯氧燃烧技术是指利用纯氧气(实际氧气浓度可能为95％以上)代替空气助燃，可以大幅度提升窑尾烟气CO2浓度，进而大大节省后续烟气CO2捕集提纯系统的投资成本和运行成本。有研究机构对纯氧燃烧技术在玻璃和火电等行业的应用进行了研讨，由于水泥窑纯氧燃烧在生产布置、反应条件上与玻璃和火电炉窑等有较大差异，同时还需要对冷却机以及系统用风等进行特殊设计，目前水泥行业尚未有纯氧燃烧技术投运的实际案例。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种实现二氧化碳零排放的水泥窑系统及制备水泥熟料制备方法，解决现有燃烧后捕集CO2技术存在的CO2捕集提纯系统的CO2气体捕集效率低、进捕集提纯系统烟气中CO2浓度偏低、系统投资以及运行成本高的问题。
[0010]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0011]本专利技术的实现二氧化碳零排放的水泥窑系统，包括生料预热预分解系统、烟室、回转窑和冷却机；所述回转窑上设置第一燃烧器；
[0012]所述烟室、回转窑和冷却机依次连通；
[0013]所述生料预热预分解系统包括分解炉和旋风预热器，所述分解炉上设置第二燃烧器和生料入口；
[0014]所述旋风预热器的底端旋风分离器的进风口连接所述分解炉的出风管，所述旋风预热器的顶端旋风分离器的出风口排出低温烟气；所述旋风预热器的顶端旋风分离器的进料口用于生料进料，所述旋风预热器的底端旋风分离器的出料口连通所述烟室；
[0015]所述冷却机包括第一冷却区和第二冷却区，所述第一冷却区的进气口通入纯氧和高浓度二氧化碳烟气的混合气，所述第二冷却区的进气口通入空气。
[0016]进一步的，所述冷却机的辊破布置方式采用中置，中置辊破将所述冷却机分为第一冷却区和第二冷却区。
[0017]进一步的，所述第一冷却区还包括出气口，根据冷却机中置辊破不同的耐受温度，所述第一冷却区的出气口的气体走向不同，具体如下：
[0018]若所述中置辊破的耐受温度为450-850℃左右，则所述第一冷却区的出气口的气体分为三路：
[0019]第一路气体作为二次风直接进入回转窑内供燃料燃烧；
[0020]第二路气体作为三次风通过三次风管进入分解炉内供燃料燃烧；
[0021]第三路气体通过管道与第一余热利用系统的进气口连接；
[0022]若所述中置辊破的耐受温度≥900℃，则所述第一冷却区的出气口的气体分为两路：
[0023]第一路气体作为二次风直接进入回转窑内供燃料燃烧；
[0024]第二路气体作为三次风通过三次风管进入分解炉内供燃料燃烧。
[0025]进一步的，还包括第一管路组件，所述第一管路组件包括第一支路管道和第二支路管道；
[0026]所述第一支路管道一端与第一余热利用系统的出气口连通，所述第一支路管道的另一端与所述第一冷却区的进气口连通；
[0027]所述第二支路管道的一端与所述第一余热利用系统的出气口连通，所述第二支路管道的另一端与所述第一燃烧器的进风口连通。
[0028]进一步的，所述旋风预热器的顶端旋风分离器的出风口与第二余热利用系统的进气口连通，第二余热利用系统的出气口与除尘器的进气口连通。
[0029]进一步的，还包括第二管路组件，所述第二管路组件包括第三支路管道、第四支路管道和第五支路管道；
[0030]所述第三支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第三支路管道的另一
端与二氧化碳捕集提纯系统连通；
[0031]所述第四支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第四支路管道的另一端与所述分解炉的出风管连通；
[0032]所述第五支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第五支路管道的另一端与纯氧混合得到所述的纯氧和高浓度二氧化碳烟气的混合气，混合气通入所述第一冷却区的进气口。
[0033]进一步的，还包括第二管路组件，所述第二管路组件包括第三支路管道、第四支路管道和第五支路管道；
[0034]所述第三支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第三支路管道的另一端与二氧化碳捕集提纯系统连通；
[0035]所述第四支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第四支路管道的另一端与所述分解炉的出风管连通；
[0036]所述第五支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第五支路管道的另一端与纯氧混合得到高浓度二氧化碳循环烟气和纯氧的混合气，所述混合气分为两路，第一路混合气进入第一冷却区的进气口，第二路混合气通入所述第一燃烧器。
[0037]采用上述的水泥窑系统制备水泥熟料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.实现二氧化碳零排放的水泥窑系统，其特征在于，包括生料预热预分解系统、烟室、回转窑和冷却机；所述回转窑上设置第一燃烧器；所述烟室、回转窑和冷却机依次连通；所述生料预热预分解系统包括分解炉和旋风预热器，所述分解炉上设置第二燃烧器和生料入口；所述旋风预热器的底端旋风分离器的进风口连接所述分解炉的出风管，所述旋风预热器的顶端旋风分离器的出风口排出低温烟气；所述旋风预热器的顶端旋风分离器的进料口用于生料进料，所述旋风预热器的底端旋风分离器的出料口连通所述烟室；所述冷却机包括第一冷却区和第二冷却区，所述第一冷却区的进气口通入纯氧和高浓度二氧化碳烟气的混合气，所述第二冷却区的进气口通入空气。2.根据权利要求1所述的实现二氧化碳零排放的水泥窑系统，其特征在于，所述冷却机的辊破布置方式采用中置，中置辊破将所述冷却机分为第一冷却区和第二冷却区。3.根据权利要求2所述的实现二氧化碳零排放的水泥窑系统，其特征在于，所述第一冷却区还包括出气口，根据冷却机中置辊破不同的耐受温度，所述第一冷却区的出气口的气体走向不同，具体如下：若所述中置辊破的耐受温度为450-850℃左右，则所述第一冷却区的出气口的气体分为三路：第一路气体作为二次风直接进入回转窑内供燃料燃烧；第二路气体作为三次风通过三次风管进入分解炉内供燃料燃烧；第三路气体通过管道与第一余热利用系统的进气口连接；若所述中置辊破的耐受温度≥900℃，则所述第一冷却区的出气口的气体分为两路：第一路气体作为二次风直接进入回转窑内供燃料燃烧；第二路气体作为三次风通过三次风管进入分解炉内供燃料燃烧。4.根据权利要求3所述的实现二氧化碳零排放的水泥窑系统，其特征在于，还包括第一管路组件，所述第一管路组件包括第一支路管道和第二支路管道；所述第一支路管道一端与第一余热利用系统的出气口连通，所述第一支路管道的另一端与所述第一冷却区的进气口连通；所述第二支路管道的一端与所述第一余热利用系统的出气口连通，所述第二支路管道的另一端与所述第一燃烧器的进风口连通。5.根据权利要求1所述的实现二氧化碳零排放的水泥窑系统，其特征在于，所述旋风预热器的顶端旋风分离器的出风口与第二余热利用系统的进气口连通，第二余热利用系统的出气口与除尘器的进气口连通。6.根据权利要求5所述的实现二氧化碳零排放的水泥窑系统，其特征在于，还包括第二管路组件，所述第二管路组件包括第三支路管道、第四支路管道和第五支路管道；所述第三支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第三支路管道的另一端与二氧化碳捕集提纯系统连通；所述第四支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第四支路管道的另一端与所述分解炉的出风管连通；所述第五支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第五支路管道的另一端与
纯氧混合，得到所述纯氧和高浓度二氧化碳烟气的混合气，混合气通入所述第一冷却区的进气口。7.根据权利要求5所述的实现二氧化碳零排放的水泥窑系统，其特征在于，还包括第二管路组件，所述第二管路组件包括第三支路管道、第四支路管道和第五支路管道；所述第三支路管道的一端与所述除尘器的出气口连通，所述第三支路管道的另一端与二氧化碳捕集提纯系统连通；所述第四支路...

【专利技术属性】
技术研发人员：代中元，胡芝娟，彭学平，陈昌华，赵亮，
申请(专利权)人：天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：