一种基于碳减排的石灰窑装备及其控制方法技术

一种基于碳减排的石灰窑装备，该石灰窑装备包括双膛石灰窑。所述双膛石灰窑包括镜像设置的两个炉膛，两个炉膛之间设有连接通道。两个炉膛的上部均设有窑顶阀。所述窑顶阀分别与所在炉膛、助燃风管道或烟气排出管道相连接。烟气排出管道分别与成品管道和循环管道连接，其中，成品管道连接至CO2成品系统，循环管道连接至炉膛。从循环管道上分出存储管道连接至缓储塔。本发明专利技术设置带有缓储塔的CO2回收系统，缓储塔的增设既能防止石灰窑尾气CO2浓度较低时只能外排的资源浪费，又能通过烟气循环提高烟气中CO2浓度，实现CO2的逐步富集，在生产石灰的同时，获得高纯度CO2气体。气体。气体。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳减排的石灰窑装备及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种石灰生产装置及方法，具体涉及一种基于碳减排的石灰窑装备及其控制方法，属于石灰生产


技术介绍

[0002]石灰是重要的工业原料，在冶金、建筑等领域有广泛的应用。2020年国内石灰产量约3亿吨，产业规模庞大。但同时，石灰生产会造成大量的CO2排放。据统计，生产1kg石灰会产生1.1kgCO2排放，以此估计，我国石灰生产过程向大气中排放的CO2总量超过3亿吨/年，在全行业碳减排背景下，开发低CO2排放的石灰生产工艺和技术，成为本领域技术研究的热点和难点。
[0003]双膛石灰竖窑是目前应用较广的、技术较先进的工业石灰生产装备，它采用双膛蓄热煅烧的工艺，可以获得极致的热效率。煅烧环节所需的热量采用化石燃料燃烧直接供热的方式提供，冷却环节冷媒介质采用常温空气，预热环节则利用煅烧和冷却环节产生的高温烟气作为热源。这样的工艺设计能够充分的利用烟气余热，具有较高的燃料利用效率。但是，由于煅烧烟气与冷却空气混合，尾气中N2等杂质气体较多，导致外排尾气中CO2浓度较低，一般仅为20～30％，使得对尾气中CO2的富集捕集技术难度大、成本高。导致现阶段石灰窑尾气中CO2富集捕集几乎为零，产生严重的温室气体排放和资源浪费。
[0004]图3是现阶段使用最广泛的双膛石灰窑的结构示意图。它主要由相互镜像的两个窑膛组成，两个窑膛中间设置有气体相互连通的连接通道。窑膛中部设置有埋入式的煤粉喷枪，侧部设置有进助燃风和出烟气用的通道，底部设置有冷却风管道，顶部设置有烟气管道，烟气管道的末端连接有除尘器。生产过程中，石灰物料从窑膛顶部送入燃烧膛，助燃风(O2：21％，N2：79％)从侧部送入燃烧膛，煤粉由输送风(O2：21％，N2：79％)从煤粉喷枪送入燃烧膛，煤粉在燃烧膛内燃烧产生高温烟气，加热石灰物料，使石灰物料迅速升温并分解生成CaO和CO2。生成的高温CaO向下运动，被冷却风(O2：21％，N2：79％)冷却至100℃以下后从炉膛底部排出，形成成品CaO。冷却高温CaO产生的高温空气和煅烧产生的高温烟气从连接通道进入蓄热膛，与蓄热膛冷物料进行换热后，温度降至约120℃后从顶部的烟气出口排出，经由烟气管道末端的除尘器除尘净化后排入周围环境。两个窑膛周期性的交换角色，完成石灰的连续煅烧。
[0005]上述现有装备结构下，在助燃、冷却和煤粉输送环节都往系统引入大量O2和N2等杂质气体(相对于副产物CO2而言)，导致外排烟气中的CO2含量很低，一般仅为20～30％。CO2富集、捕集成本与烟气中CO2初始浓度呈负相关，CO2浓度越低，富集捕集成本越高。现有装备下石灰生产尾气CO2浓度太低导致富集捕集成本高，成为制约石灰生产过程中CO2回收利用的主要障碍。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中由于CO2富集捕集难度大导致的CO2排放量大、资源浪费的问
题，本专利技术提出一种基于碳减排的石灰窑装备及其控制方法。在本专利技术的方案中，石灰窑的烟气排出管道分别与成品管道和循环管道连接，成品管道连接至CO2成品系统即作为CO2成品直接产出，循环管道连接至炉膛为炉膛各工序所需CO2气体实现自循环供给，避免了外来空气引入N2等杂质成分对CO2的稀释。循环管道上还分出存储管道连接至缓储塔，缓储塔的设置既能防止石灰窑尾气CO2浓度不够时只能外排的资源浪费，又能通过烟气循环提高烟气中CO2浓度，从而使烟气中CO2浓度逐步富集、达到保证产品品质的目的。由此，采用本专利技术方案能够大幅提高石灰生产过程尾气CO2浓度，在生产石灰的同时，获得高纯度CO2气体副产物。
[0007]根据本专利技术的第一种实施方案，提供一种基于碳减排的石灰窑装备。
[0008]一种基于碳减排的石灰窑装备，该石灰窑装备包括双膛石灰窑。所述双膛石灰窑包括镜像设置的两个炉膛，两个炉膛之间设有连接通道。两个炉膛的上部均设有窑顶阀。所述窑顶阀分别与所在炉膛、助燃风管道或烟气排出管道相连接。烟气排出管道分别与成品管道和循环管道连接，其中，成品管道连接至CO2成品系统，循环管道连接至炉膛。从循环管道上分出存储管道连接至缓储塔。
[0009]在本专利技术中，炉膛的中部设有埋入式的燃料喷枪。所述循环管道分出三条管道，分别为冷却风管道、燃料输送风管道和助燃烟气管道。其中，冷却风管道连接至炉膛底部的冷却风入口，燃料输送风管道连接至燃料喷枪的入口，助燃烟气管道连接至助燃风管道的入口。助燃风管道上还连接有氧气输送管道。
[0010]作为优选，助燃风管道上设有混合器。所述混合器包括两个入口和一个出口，其中，混合器的出口通过助燃风管道与窑顶阀连接，混合器的两个入口分别与助燃烟气管道和氧气输送管道连接。
[0011]在本专利技术中，所述缓储塔上连接有放散管道和回流管道。回流管道连接至循环管道，且连接位置位于循环管道上分出存储管道位置的下游。
[0012]作为优选，存储管道上设有入口阀。在循环管道上、位于存储管道与回流管道之间设有短接阀。
[0013]作为优选，放散管道上设有放散阀。回流管道上设有回流阀。
[0014]作为优选，该石灰窑装备还包括设置在烟气排出管道与成品管道和循环管道连接位置的烟气分配器。
[0015]作为优选，在循环管道上分出三条管道的位置设有分流器。
[0016]在本专利技术中，冷却风管道上设有冷却装置。优选，所述冷却装置为水浴池或空气冷却器。
[0017]在本专利技术中，烟气排出管道上设有除尘器。优选，所述除尘器为电除尘器或布袋除尘器。
[0018]作为优选，在烟气排出管道上、位于除尘器的下游设有CO2浓度检测装置。
[0019]作为优选，所述缓储塔上安装有压力检测装置。在本申请中，CO2浓度检测装置和压力检测装置等相关检测装置，未在附图中示出。
[0020]根据本专利技术的第二种实施方案，提供一种基于碳减排的石灰窑装备的控制方法。
[0021]一种基于碳减排的石灰窑装备的控制方法或控制第一实施方案中所述石灰窑装备生产石灰的方法，该方法包括以下步骤：
[0022]1)石灰石物料从炉膛顶部进入，氧气输送管道和助燃烟气管道两者所输送的纯氧和循环烟气在混合器内混合形成O2与CO2混合气的助燃风，助燃风经由助燃风管道从窑顶阀送入炉膛，燃料以燃料输送风管道输送的循环烟气作为载体从燃料喷枪送入炉膛，燃料与助燃风在炉膛内燃烧放热并形成高温烟气，石灰石物料被加热升温并完成煅烧分解，生成CaO并释放CO2气体。
[0023]2)冷却风管道将经由冷却装置冷却后的循环烟气从炉膛底部送入，冷却风将生成的高温CaO进行冷却，冷却完成的CaO从炉膛底部排出，得到成品石灰。
[0024]3)冷却形成的高温废气与煅烧形成的高温烟气一并通过连接通道进入另一炉膛，高温烟气穿过炉膛内冷的石灰石料床，石灰石料床被预热升温，烟气温度降低形成低温热风从炉膛顶部的窑顶阀进入烟气排出管道。
[0025]4)低温热风经除尘器除尘，得到主要成分为CO2的洁净本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳减排的石灰窑装备，其特征在于：该石灰窑装备包括双膛石灰窑(1)；所述双膛石灰窑(1)包括镜像设置的两个炉膛(101)，两个炉膛(101)之间设有连接通道(102)；两个炉膛(101)的上部均设有窑顶阀(103)；所述窑顶阀(103)分别与所在炉膛(101)、助燃风管道(L1)或烟气排出管道(L2)相连接；烟气排出管道(L2)分别与成品管道(L3)和循环管道(L4)连接，其中，成品管道(L3)连接至CO2成品系统(2)，循环管道(L4)连接至炉膛(101)；从循环管道(L4)上分出存储管道(L5)连接至缓储塔(3)。2.根据权利要求1所述的石灰窑装备，其特征在于：炉膛(101)的中部设有埋入式的燃料喷枪(104)；所述循环管道(L4)分出三条管道，分别为冷却风管道(L401)、燃料输送风管道(L402)和助燃烟气管道(L403)；其中，冷却风管道(L401)连接至炉膛(101)底部的冷却风入口，燃料输送风管道(L402)连接至燃料喷枪(104)的入口，助燃烟气管道(L403)连接至助燃风管道(L1)的入口；助燃风管道(L1)上还连接有氧气输送管道(L6)；作为优选，助燃风管道(L1)上设有混合器(4)；所述混合器(4)包括两个入口和一个出口，其中，混合器(4)的出口通过助燃风管道(L1)与窑顶阀(103)连接，混合器(4)的两个入口分别与助燃烟气管道(L403)和氧气输送管道(L6)连接。3.根据权利要求1或2所述的石灰窑装备，其特征在于：所述缓储塔(3)上连接有放散管道(L7)和回流管道(L8)；回流管道(L8)连接至循环管道(L4)，且连接位置位于循环管道(L4)上分出存储管道(L5)位置的下游。4.根据权利要求3所述的石灰窑装备，其特征在于：存储管道(L5)上设有入口阀(K1)；在循环管道(L4)上、位于存储管道(L5)与回流管道(L8)之间设有短接阀(K2)；和/或放散管道(L7)上设有放散阀(K3)；回流管道(L8)上设有回流阀(K4)。5.根据权利要求2
‑
4中任一项所述的石灰窑装备，其特征在于：该石灰窑装备还包括设置在烟气排出管道(L2)与成品管道(L3)和循环管道(L4)连接位置的烟气分配器(5)；和/或在循环管道(L4)上分出三条管道的位置设有分流器(6)。6.根据权利要求2
‑
5中任一项所述的石灰窑装备，其特征在于：冷却风管道(L401)上设有冷却装置(7)；优选，所述冷却装置(7)为水浴池或空气冷却器；和/或烟气排出管道(L2)上设有除尘器(8)；优选，所述除尘器(8)为电除尘器或布袋除尘器。7.根据权利要求6所述的石灰窑装备，其特征在于：在烟气排出管道(L2)上、位于除尘器(8)的下游设有CO2浓度检测装置；和/或所述缓储塔(3)上安装有压力检测装置。8.一种基于碳减排的石灰窑装备的控制方法或控制权利要求1
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7中任一项所述石灰窑装备生产石灰的方法，该方法包括以下步骤：1)石灰石物料从炉膛(101)顶部进入，氧气输送管道(L6)和助燃烟气管道(L403)两者所输送的纯氧和循环烟气在混合器(4)内混合形成O2与CO2混合气的助燃风，助燃风经由助燃风管道(L1)从窑顶阀(103)送入炉膛(101)，燃料以燃料输送风管道(L402)输送的循环烟气作为载体从燃料喷枪(104)送入炉膛(101)，燃料与助燃风在炉膛(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘前，周浩宇，魏进超，李谦，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：