一种绿氢-绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种绿氢

【技术实现步骤摘要】
一种绿氢
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绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种煅烧水泥的系统及方法，尤其涉及一种绿氢
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绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统及方法。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁、高效、可持续的二次能源，可通过多种途径获取。氢能容易耦合电能、热能、燃料等多种能源，并与电能一起建立相联相通的现代能源网络，显著增加电力网络的灵活性。开展氢能替代燃煤生产水泥熟料关键技术的研究，对水泥行业的碳减排具有重大意义。
[0003]目前受制备成本、经济效益和氢气使用安全性的限制，氢气全部替代燃煤作为水泥窑燃料是不现实的。用绿氢和氮气合成绿氨，是制备绿氨的重要途径。与氢气相比，在防爆方面，氨气比氢气更为安全；氨气易储存运输且防爆特性好；氨气的基础设施更为完备。然而氨的低位热值比传统燃料(如汽油、柴油、乙醇)略低，燃烧需要的最小点火能量较高，火焰传播速度较慢，同时氮氧化物难以控制。
[0004]为了使生成C3S的反应进行的比较完全，生料烧成熟料并获得较高的产量，燃料在回转窑内燃烧应满足一定的要求：燃料燃烧的火焰温度要达到1600～1800℃；为了保持物料的高温时间，火焰要有适当的长度。当用氢燃料燃烧时，尽管氢燃料可以更清洁地燃烧，但NO
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的排放可能会增加。氢气燃烧时火焰较小，火焰辐射热量低，低热辐射会干扰熟料燃烧过程。而氨气燃烧时层流火焰速度、自燃温度及绝热火焰温度均不及氢气和甲烷，着火困难，氧化过程温和，燃烧不稳定且反应活性差。回转窑热工制度的稳定，是熟料煅烧质量的根本保证，氢气和氨气作为回转窑燃料时，可能会引起热工波动，同时回转窑与分解炉的用煤比例大约为4:6，回转窑用煤量小于分解炉。
[0005]因此，优先考虑将绿氢
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绿氨作为分解炉的燃料，减少对回转窑工况的干扰和波动，通过技术集成，进行工艺技术的调整及热工系统的优化，从而保证烧成系统的长期稳态运行，降低燃煤使用比例。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种可充分利用水泥厂电解水分解的绿氢和氧气，实现水泥熟料煅烧氢气的连续供给，且保证回转窑热工制度稳定的绿氢
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绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统；
[0007]本专利技术的第二个目的是提供利用上述的系统煅烧水泥熟料的方法。
[0008]技术方案：本专利技术所述的绿氢
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绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统，包括预热子系统、煅烧子系统和冷却子系统，还包括分布式光伏电站子系统、电解水子系统、合成氨子系统、水汽分离子系统；
[0009]所述分布式光伏电站子系统的供电出口与电解水子系统的供电入口连接；
[0010]所述电解水子系统包括水电解槽，与水电解槽的氢气出口连接的氢气储罐、与水
电解槽的氧气出口连接的氧气储罐、与水电解槽的水进口连接的补水储罐；所述氧气储罐分别与回转窑的富氧燃烧的助燃剂进口和篦冷机中固定床的冷却风进口连接；所述氢气储罐分别与分解炉的氢气燃料进口和合成氨子系统的氢气进口连接；
[0011]所述合成氨子系统还设有氮气进口及氨气出口，所述氨气出口与分解炉的氨气燃料进口连接；
[0012]所述水汽分离子系统的烟气进口与预热子系统的烟气出口连接，液体出口与水电解槽的水进口连接，烟气出口与二氧化碳储罐进口连接。
[0013]其中，水汽分离子系统包括与预热子系统的烟气出口连接的水汽分离器，与水汽分离器连接的冷凝器，与冷凝器的气体出口连接的二氧化碳储罐进口，与冷凝器的液体出口连接的冷凝水罐；所述冷凝水罐与水电解槽的水进口连接。
[0014]其中，所述合成氨子系统包括合成氨塔，所述合成氨塔的氢气入口与电解水子系统的氢气储罐连接，氮气入口与氮气管路连接，氨气出口与分解炉的氨气燃料进口连接。
[0015]其中，所述煅烧子系统包括分解炉、设于分解炉底部的第一燃烧器和位于所述第一燃烧器上方的第二燃烧器和第三燃烧器、回转窑、位于回转窑窑头的第四燃烧器；所述氢气储罐的气体出口分别与第一燃烧器的气体进口与合成氨子系统的氢气进口连接。
[0016]利用上述的系统煅烧水泥熟料的方法，包括以下步骤：
[0017](A)分布式光伏电站子系统为电解水子系统输入电能，水经电解后产生绿氢和氧气，将产生的绿氢与空气分离出的氮气通入合成氨子系统产生绿氨；
[0018](B)采用绿氢
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绿氨通入分解炉，替代分解炉的部分或全部燃料煤，为生料的分解提供热源；将电解水制取的氧气作为回转窑富氧燃烧的助剂和篦冷机中固定床的冷却风；
[0019](C)生料磨排出的烟气净化收尘后通过水汽分离系统进行水汽和CO2分离，分离出的水汽经冷凝后返回到电解水中进行循环使用。
[0020]其中，所述绿氢与绿氨单独通入分解炉中下部或同时通入分解炉。
[0021]其中，所述绿氢与绿氨替代分解炉5％～20％的燃料煤时，通入烟室缩口上部与分解炉之间；所述绿氢与绿氨替代分解炉20％～100％的燃料煤时，通入分解炉下部的三次风管的进风口平齐或靠上接近区域。
[0022]其中，所述绿氢与绿氨替代分解炉的燃料煤时，氢气单独设置燃烧器；氨气单独设置燃烧器或掺烧至燃料煤中；优选均采用旋流燃烧器；所述氢气燃烧器布置在氨气燃烧器，或氨煤双燃料燃烧器的下方。
[0023]其中，氨气掺烧至燃料煤中，氨气从中心风进入分解炉，煤粉从环形喷嘴进入分解炉，空气经旋流叶片形成旋转气流进入分解炉。
[0024]其中，电解水制取的氧气5％～50％作为回转窑富氧燃烧的助剂，其余作为篦冷机的冷却风，从篦冷机固定床冷却空气进口通入。
[0025]其中，所述水汽分离装置出口二氧化碳浓度为35vol.％至60vol.％。
[0026]其中，所述电解水制氢的光伏电站，为水泥厂区或周边太阳能资源丰富的分布式光伏电。
[0027]其中，所述为分解炉供绿氢的电解水，优选水泥厂区布置的分布式光伏电站供电。
[0028]其中，所述为合成绿氨提供绿氢的电解水，优选水泥厂周边太阳能资源丰富的分布式光伏电站供电。
[0029]其中，所述水泥厂区布置的分布式光伏电站，布置在水泥厂区的空地、厂房屋顶、水池、输送皮带和矿山等位置，装机容量为5～15MW。优选石膏联合储库、原煤堆棚、混合材预均化堆场、石灰石预均化堆场的厂房屋顶。
[0030]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：
[0031]1、本专利技术将水泥厂区及周边太阳能资源丰富的分布式光伏电站的供电，根据水泥厂实际生产情况，合理的进行配置，能够实现电解水制氢的稳定供给。同时经济、合理地就地消纳电解水分解的氧气，将氧气作为回转窑的富氧燃烧的助燃剂或篦冷机的冷却风，改善水泥窑的燃烧过程，相应的降低了系统的热耗。因此，本专利技术实现了水泥企业区域内清洁能源的最大化利用，实现了水泥熟料煅烧氢气的连续供给，以及回转窑热工制度的稳定。
[0032]2、本专利技术根据光伏发电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿氢
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绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统，包括预热子系统、煅烧子系统和冷却子系统，其特征在于，还包括分布式光伏电站子系统、电解水子系统、合成氨子系统、水汽分离子系统；所述分布式光伏电站子系统的供电出口与电解水子系统的供电入口连接；所述电解水子系统包括水电解槽(19)，与水电解槽的氢气出口连接的氢气储罐(20)、与水电解槽的氧气出口连接的氧气储罐(21)、与水电解槽的水进口连接的补水储罐(18)；所述氧气储罐(20)分别与回转窑(7)的富氧燃烧的助燃剂进口和篦冷机(8)中固定床的冷却风进口连接；所述氢气储罐(20)分别与分解炉(6)的氢气燃料进口和合成氨子系统的氢气进口连接；所述合成氨子系统还设有氮气进口及氨气出口，所述氨气出口与分解炉(6)的氨气燃料进口连接；所述水汽分离子系统的烟气进口与预热子系统的烟气出口连接，液体出口与水电解槽的水进口连接，烟气出口与二氧化碳储罐进口连接。2.根据权利要求1所述的绿氢
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绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统，其特征在于，所述水汽分离子系统包括与预热子系统的烟气出口连接的水汽分离器(13)，与水汽分离器(13)连接的冷凝器(14)，与冷凝器(14)的气体出口连接的二氧化碳储罐(15)进口，与冷凝器(14)的液体出口连接的冷凝水罐(16)；所述冷凝水罐(16)与水电解槽(19)的水进口连接。3.根据权利要求1所述的绿氢
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绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统，其特征在于，所述合成氨子系统包括合成氨塔(22)，所述合成氨塔(22)的氢气入口与电解水子系统的氢气储罐连接，氮气入口与氮气管路连接，氨气出口与分解炉(6)的氨气燃料进口连接。4.根据权利要求1所述的绿氢
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绿氨燃料煅烧水泥熟料的系统，其特征在于，所述煅烧子系统包括分解炉(6)、设于分解炉(6)底部的第一燃烧器(601)、位于所述第一燃烧器(601)上方的第二燃烧器(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘轶，谷建可，冯冬梅，朱刚，陈翼，宋华庭，周斌，蔡祎，卢仁红，梁琦，
申请(专利权)人：中国中材国际工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：