一种提高水泥工业化石燃料替代率的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高水泥工业化石燃料替代率的系统及方法，所述系统与回转窑窑尾烟室连接，所述系统包括涡流燃烧装置，所述第一替代燃料在所述涡流燃烧装置中呈悬浮态进行初步燃烧；分解炉，与所述涡流燃烧装置的出口连接，用于接收呈悬浮态的第一替代燃料进行继续燃烧；流化床气化炉，与所述分解炉连接，第二替代燃料在所述流化床气化炉中经过流化和气化生成可燃气和含碳飞灰，然后再进入分解炉中与呈悬浮态的第一替代燃料混合进行继续燃烧。本发明专利技术方法可利用RDF、生物质等作为替代燃料，针对不同替代燃料的物化特征选择合适的处置技术，采用替代燃料内置悬浮燃烧和分解炉外气化后入炉燃烧相结合的方式，提高替代率。提高替代率。提高替代率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高水泥工业化石燃料替代率的系统及方法


[0001]本专利技术属于水泥工业替代燃料低碳应用领域，尤其涉及一种提高水泥工业化石燃料替代率的系统及方法。

技术介绍

[0002]为实现“碳达峰、碳中和”目标，建筑材料行业全力推进碳减排工作，水泥工业是能源密集和高强度碳排放产业，水泥生产排放的CO2量占全国排放总量的12％，面临着巨大的碳减排压力。相对于水泥工业其它碳减排技术路径，燃料替代同时具有减碳效果显著、技术成熟度相对较高等优点，成为水泥生产企业近阶段减碳的首选工艺路线。国家发改委发布的《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》中指出，水泥行业要推广大比例替代燃料技术，利用生活垃圾、固体废弃物和生物质燃料等替代煤炭，减少化石燃料的消耗量，提高水泥窑协同处置生产线比例。垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel，简称RDF)、生物质等替代燃料有着低碳或零碳排放的天然优势，用于水泥生产线可降低CO2的排放，实现降碳减污协同增效的效果。
[0003]然而国内生活垃圾、生物质等固废不仅来源复杂、种类繁多，物化性质差异大，而且基于成本因素考虑，一般只经过简单的预处理，其水份含量高、热值及灰分波动较大，品质较低，若将其作为水泥工业的替代燃料直接送入燃烧系统，对熟料烧成系统的稳定运行及熟料产、质量的影响较大；RDF、生物质等替代燃料中的氯等有害成分含量较高，需要设置旁路放风将其中的部分有害组分排出水泥生产系统，以减少氯等有害组分的循环富集导致的结皮对水泥熟料烧成系统的影响。传统旁路放风系统不仅能耗高，而且废气单独排放导致氮氧化物(NOx)排放控制难度大。基于上述两个原因，目前我国水泥行业化石燃料的平均替代率偏低，不足5％。
[0004]由于国内RDF及生物质等替代燃料只经过简单的预处理，品质低，因此作为替代燃料，一般用于窑尾分解炉，现有工艺采用直接加入分解炉，或者先加入外置预燃装置，初步燃烧后进入分解炉,处置工艺单一。
[0005]目前用于水泥生产线的替代燃料燃烧设备为外置预燃炉，如热盘炉、阶梯式外挂炉等，外置预燃炉利用低品质替代燃料的工艺原理基本一致，将替代燃料在分解炉外初步燃烧，然后进入分解炉内充分燃烬。丹麦史密斯公司的外置热盘炉特点为，替代燃料在旋转的热盘上呈堆积态燃烧，通过调节热盘转速控制料层厚度及燃烧进度，初步燃烧后的替代燃料以团状形式，和产生的烟气从一侧进入分解炉继续燃烧。德国蒂森克虏伯公司的阶梯式外挂炉，替代燃料在阶梯上呈堆积态燃烧，利用阶梯高差及空气炮助流推动，控制燃烧进度，初步燃烧后的替代燃料以非连续方式与产生的烟气从一侧一同进入分解炉。
[0006]现有的上述两种外置预燃炉共同问题如下：(1)替代燃料燃烧工艺单一，对各类替代燃料的针对性及系统的适应性差，导致燃料替代率低；(2)替代燃料进预燃炉后呈堆积态燃烧，其燃烧速度慢；(3)替代燃料在外置预燃炉内燃烧需要的空气来源于三次风，故需单独设置三次风管路，会影响烧成系统的用风控制；(4)替代燃料初步燃烧后以非连续性方
式，和烟气一同从一侧进入分解炉，和分解炉的融合度差，影响分解炉内的温度场、浓度场、燃料燃烧及烧成系统的稳定运行。(5)采用传统技术方案的旁路放风系统热量损失大，导致系统热耗增加；同时废气单独排放，NOx排放控制难度大；(6)上述两种替代燃料外置预燃系统复杂、投资及运行成本较高、实施难度大，燃料替代率低。另外，阶梯炉设置了多个空气炮，能耗较高。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种提高水泥工业化石燃料替代率的系统，以提高化石燃料替代率，实现减污降碳协同增效；本专利技术的另一目的是提供一种提高水泥工业化石燃料替代率的方法。
[0008]技术方案：本专利技术的一种提高水泥工业化石燃料替代率的系统，所述系统与回转窑窑尾烟室连接，所述系统包括
[0009]涡流燃烧装置，用于燃烧第一替代燃料，所述第一替代燃料在所述涡流燃烧装置中呈悬浮态进行初步燃烧；
[0010]分解炉，与所述涡流燃烧装置的出口连接，用于接收呈悬浮态的第一替代燃料进行继续燃烧；
[0011]流化床气化炉，与所述分解炉连接，用于燃烧第二替代燃料，第二替代燃料在所述流化床气化炉中经过流化和气化生成可燃气和含碳飞灰，生成的可燃气和含碳飞灰进入分解炉中与呈悬浮态的第一替代燃料混合进行继续燃烧；
[0012]窑尾烟室，与所述涡流燃烧装置连接，用于引出回转窑的烟气；
[0013]骤冷装置，与所述窑尾烟室的烟气出口连接，用于降低所述烟气的温度；
[0014]错流移动床除尘除氯装置，分别与所述骤冷装置的出口和分解炉进口连接，用于去除烟气中的有害成分，处理后的烟气利用系统压差返回分解炉中参与燃烧。
[0015]在上述技术方案中，本专利技术的涡流燃烧装置为RDF等在气流中易于悬浮的替代燃料以及煤粉的燃烧装置，流化床气化炉为压块、块状生物质等替代燃料的气化设备，错流移动床除尘除氯装置为脱除烟气中氯等有害成分的设备。
[0016]作为上述技术方案的进一步改进，所述系统还包括风量调节阀，所述风量调节阀与窑尾烟室连接，用于控制风量。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进，所述涡流燃烧装置的主体为两个相连通的第一筒体及第二筒体，筒体外分别设置了替代燃料喂入口、三次风进风口、煤粉燃烧器以及喂料口。
[0018]作为上述技术方案的进一步改进，所述流化床气化炉包括流化床本体、分别与流化床本体连接的给料装置和风机，流化床本体分为气化反应区和底部风室，它们之间设置布风板，第二替代燃料由给料装置送入流化床气化反应区，其流化及气化所需要的空气由风机提供，送入底部风室，气流由布风板合理分配后进入气化反应区。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进，所述错流移动床除尘除氯装置包括错流移动床吸收器、载体颗粒加料器、载体颗粒排料器以及吸附载体颗粒。
[0020]另一方面，本专利技术提供一种提高水泥工业化石燃料替代率的方法，所述方法包括以下步骤：
[0021](1)在内置涡流燃烧装置中加入第一替代燃料；第一替代燃料在涡流燃烧装置内呈悬浮态燃烧，初步燃烧后随高速气流进入分解炉继续燃烧，燃烧所需空气由三次风送入；一部分水泥物料由物料喂入口引入，旋转贴壁保护筒体；
[0022](2)第二替代燃料加入流化床气化炉内，第二替代燃料在流化床气化炉内流化和气化；流化态的替代燃料经过低温气化生成可燃气和含碳飞灰，然后进入分解炉中部燃烧。
[0023](3)从窑尾烟室引出设定比例的高温烟气，在骤冷装置中掺入冷空气骤冷至600
‑
650℃，降温后的混合烟气送入错流移动床除尘除氯装置；处理后的烟气送入分解炉中部参与燃烧，并补充替代燃料所需的空气量。
[0024]作为上述技术方案的进一步改进，步骤(1)中，根据实际运行情况，在内置涡流燃烧装置中加入煤粉，以调控燃烧区域的温度场。
[0025]作为上述技术方案的进一步改进，步骤(1)中，第一替代燃料选自R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高水泥工业化石燃料替代率的系统，其特征在于，所述系统与回转窑窑尾烟室连接，所述系统包括涡流燃烧装置(4)，用于燃烧第一替代燃料，所述第一替代燃料在所述涡流燃烧装置(4)中呈悬浮态进行初步燃烧；分解炉(5)，与所述涡流燃烧装置(4)的出口连接，用于接收呈悬浮态的第一替代燃料进行继续燃烧；流化床气化炉(6)，与所述分解炉(5)连接，用于燃烧第二替代燃料，第二替代燃料在所述流化床气化炉(6)中经过流化和气化生成可燃气和含碳飞灰，生成的可燃气和含碳飞灰进入分解炉(5)中与呈悬浮态的第一替代燃料混合进行继续燃烧；窑尾烟室(1)，与所述涡流燃烧装置(4)连接，用于引出回转窑的烟气；骤冷装置(2)，与所述窑尾烟室(1)的烟气出口连接，用于降低所述烟气的温度；错流移动床除尘除氯装置(3)，分别与所述骤冷装置(2)的出口和分解炉(5)进口连接，用于去除烟气中的有害成分，处理后的烟气利用系统压差返回分解炉(5)中参与燃烧。2.根据权利要求1所述的提高水泥工业化石燃料替代率的系统，其特征在于，所述系统还包括风量调节阀(7)，所述风量调节阀(7)与窑尾烟室(1)连接，用于控制风量。3.根据权利要求1所述的提高水泥工业化石燃料替代率的系统，其特征在于，所述涡流燃烧装置(4)的主体为两个相连通的第一筒体(4
‑
1)及第二筒体(4
‑
2)，筒体外分别设置了替代燃料喂入口(4
‑
3)、三次风进风口(4
‑
4)、煤粉燃烧器(4
‑
5)以及喂料口(4
‑
6)。4.根据权利要求1所述的提高水泥工业化石燃料替代率的系统，其特征在于，所述流化床气化炉(6)包括流化床本体、分别与流化床本体连接的给料装置(6
‑
2)和风机(6
‑
6)，流化床本体(6
‑
1)分为气化反应区(6
‑
3)和底部风室(6
‑
4)，它们之间设置布风板(6
‑
5)，第二替代燃料由给料装置(6
‑
2)送入流化床气化反应区(6
‑
3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仁越，金保昇，赵美江，赵小亮，谷沁洋，朱刚，孙德群，潘轶，陈翼，宿向超，黄巧丽，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：