一种稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺及系统，具体工艺为生料经过预热器单元预热至300

【技术实现步骤摘要】
一种稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺及系统


[0001]本专利技术涉及环保水泥
，特别是涉及一种稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺及系统。

技术介绍

[0002]水泥工业是能源消耗大户，建材联合会公布的数据显示：2020年中国水泥产量达到23.77亿吨、水泥工业二氧化碳排放12.3亿吨，其中电力消耗间接折算约合8955万吨二氧化碳当量，碳减排的压力非常大。按照国标能耗限额估算，水泥行业煤炭消耗超过2亿吨煤，电力消耗超过2千亿度电。从生产过程上分析，水泥生产的能源消耗主要来自熟料生产工序，约占94％，从能源种类上分析主要来自于煤和电，其中煤提供了约94％的能量，可见水泥工业对于化石能源特别是煤炭的依赖非常大。在碳中和的压力下，水泥行业必须要减少对化石能源的消耗，采用新能源技术是水泥熟料制备实现碳中和的重要选择。
[0003]太阳能、氢能是已知的清洁能源的重要选项，如氢气的能量密度为140MJ/kg，是汽油能量密度(43MJ/kg)的3.25倍，固体燃料能量密度(50MJ/kg)的2.80倍，绿氢的制备成本在逐步下降，且采用绿氢替代化石燃料还能够减少水泥生产燃料储存、输送的负荷。随着光热技术、绿氢技术的不断成熟，为水泥熟料煅烧采用新能源创造了条件，但同时仍旧存在很多问题，尤其是能量供给不稳定、容易受自然环境等外围条件变化产生剧烈的波动，不能使水泥煅烧系统连续生产，限制了水泥工业新能源技术的应用步伐。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺及系统，解决了目前水泥生产对化石能源的依赖，利用太阳能和氢能大幅度减少水泥生产过程中的燃料碳排放，提升了废气中CO2的浓度，为水泥熟料生产零碳排放创造了基础条件。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺，生料经过预热器单元预热至300
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700℃后，喂入太阳能分解反应器，太阳能分解反应器吸收太阳能镜场的能量温度达到900
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1300℃，将生料进行分解，分解率达到80
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92％，分解后的热生料进入回转窑进行煅烧，回转窑的燃料采用绿氢和/或生物燃料提供热量，窑内温度达到900
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1500℃，烧制完成出窑后落入窑头冷却机冷却，得到熟料成品。
[0006]优选地，在太阳能充足时，经太阳能分解反应器分解的部分热生料可经冷却后进入储存库；在太阳能不足时，再将储存库内存储的已分解生料喂入回转窑窑尾烟室，保证窑系统稳定生产。
[0007]进一步优选地，入储存库之前冷却热生料的热空气引入分解炉进行回收利用。
[0008]优选地，所述预热器单元的废气进入太阳能分解反应器和/或窑头冷却机，或者单独进行碳捕捉利用，从而实现零碳排放和碳利用。
[0009]进一步优选地，进入太阳能分解反应器的废气、和/或太阳能分解反应器内分解热
生料产生的CO2输送至碳捕捉利用系统，在催化剂的作用下，将水和CO2制备出合成气或液体燃料；或，进入太阳能分解反应器的废气、和/或太阳能分解反应器内分解热生料产生的CO2输送至预热器单元的末级预热器；或，进入太阳能分解反应器的废气、和/或太阳能分解反应器内分解热生料产生的CO2一部分输送至碳捕捉利用系统，一部分输送至预热器单元的末级预热器。
[0010]优选地，所述窑头冷却机利用预热器单元的废气或环境空气进行熟料冷却，与熟料进行热交换之后的气体再进入回转窑，用于稀释氢气燃烧之后瞬时放出来的热量，稳定回转窑的通风。
[0011]优选地，在光照条件不足或太阳能分解反应器设备检修时，分解炉通过生物燃料补充热量，生物燃料燃烧所需要的氧气通过分解炉下部的补风口通入进行补风。
[0012]一种稳定使用新能源煅烧水泥熟料的系统，包括预热器单元、分解炉、回转窑、窑头冷却机，还包括太阳能分解反应器和太阳能镜场，所述预热器单元的倒数第二级预热器底部出料管上设置有分料阀，所述分料阀的一个出路与太阳能分解反应器入料口连接，所述太阳能分解反应器用于吸收所述太阳能镜场的能量将生料进行分解，所述太阳能分解反应器的出料口管路与预热器入窑料管连接，所述回转窑的窑头处设置有生物燃料入口。
[0013]优选地，还包括储存库，所述太阳能分解反应器的出料口管路还与储存库连接，使所述太阳能分解反应器的出料口管路分为两路，两支路上分别设置有闸板阀；与储存库连接的支路上设置有用于将已分解的热生料进行冷却的冷却器；所述储存库的底部出料口与回转窑窑尾烟室连接。
[0014]进一步优选地，所述冷却器的热空气出口与分解炉连接。
[0015]优选地，所述预热器单元的废气出口与太阳能分解反应器和/或窑头冷却机进风口连接。
[0016]优选地，所述太阳能分解反应器的气体输出口与预热器单元的末级预热器入口连接。
[0017]优选地，所述分解炉下部设置生物燃料补充入口和补风口，一方面补充热量稳定系统的能量供给，另一方面在长时间太阳能输入不足或太阳能分解反应器设备检修期间，能够实现常规水泥煅烧工艺的切换。
[0018]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0019]1、本专利技术的系统改变了以往水泥熟料生产依赖煤炭等化石燃料的现状，采用太阳能和氢能100％替代了现有水泥生产线的燃料，避免了水泥熟料生产过程中燃料碳排放的产生。
[0020]2、本专利技术的系统通过水泥生料中碳酸盐分解吸热进行太阳能的储能，并设置了可以切换支路的闸板阀，依据日照强度的多少有选择性的进入回转窑或者储存库，从而实现稳定地生产。
[0021]3、传统水泥熟料生产的碳排放来自于燃料燃烧和碳酸钙分解，由于大量的空气带入，烟气中CO2浓度为15
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35％，相对于原有水泥生产线，本专利技术将碳酸钙分解产生的CO2在太阳能分解反应器出口进行了单独隔离，其纯度较高可以直接去制合成气或者有机燃料进行碳利用，减少了碳富集提纯的成本。
[0022]4、传统水泥熟料生产中回转窑约占40％的燃料，分解炉占60％的燃料，本专利技术用
太阳能替代了窑尾的燃料，氢能替代了回转窑的燃料，回转窑出口的烟气通过预热器单元加热生料，进行了热回收，烟气的温度降至90
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300℃，循环回窑头冷却机进行熟料冷却。
[0023]5、本专利技术的窑头和窑尾均采用新能源，传统燃料的储存库、输送设备、煤磨可以取消，留出原有占地空间给太阳能镜场。
[0024]6、针对现有水泥厂，可以保留原有预热器单元、分解炉、回转窑、窑头冷却机等主机装备，新建镜场、太阳能分解反应器、绿色氢能输送。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例提供的稳定使用新能源煅烧水泥熟料的系统的流程图；
[0026]图2是本专利技术实施例一提供的稳定使用新能源煅烧水泥熟料的系统的流程图；
[0027]图3是本专利技术实施例二提供的稳定使用新能源煅烧水泥熟料的系统的流程图。
[0028]图中：1、太本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺，其特征在于，生料经过预热器单元预热至300
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700℃后，喂入太阳能分解反应器，太阳能分解反应器吸收太阳能镜场的能量温度达到900
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1300℃，将生料进行分解，分解率达到80
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92％，分解后的热生料进入回转窑进行煅烧，回转窑的燃料采用绿氢和/或生物燃料提供热量，窑内温度达到900
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1500℃，烧制完成出窑后落入窑头冷却机冷却，得到熟料成品。2.根据权利要求1所述的稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺，其特征在于，在太阳能充足时，经太阳能分解反应器分解的部分热生料可经冷却后进入储存库；在太阳能不足时，再将储存库内存储的已分解生料喂入回转窑窑尾烟室；入储存库之前冷却热生料的热空气引入分解炉进行回收利用。3.根据权利要求1所述的稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺，其特征在于，所述预热器单元的废气进入太阳能分解反应器和/或窑头冷却机，或者单独进行碳捕捉利用。4.根据权利要求3所述的稳定使用新能源煅烧水泥熟料的工艺，其特征在于，进入太阳能分解反应器的废气、和/或太阳能分解反应器内分解热生料产生的CO2输送至碳捕捉利用系统，在催化剂的作用下，将水和CO2制备出合成气或液体燃料；或，进入太阳能分解反应器的废气、和/或太阳能分解反应器内分解热生料产生的CO2输送至预热器单元的末级预热器；或，进入太阳能分解反应器的废气、和/或太阳能分解反应器内分解热生料产生的CO2一部分输送至碳捕捉利用系统，一部分输送至预热器单元的末级预热器。5.根据权利要求1所述的稳定使用新能...

【专利技术属性】
技术研发人员：马娇媚，武晓萍，高为民，李波，王伟，王佳硕，
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：