【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水泥生产，尤其涉及一种低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料系统。
技术介绍
1、水泥是世界范围内社会基础设施建设的主要建筑材料，同时也是工业co2排放的主要贡献者。但受限于特殊的生产过程，碳减排形势仍非常严峻。
2、传统水泥生产过程会产生大量的co2废气，每生产1t水泥将会排放0.6～0.7t co2。其中，生产过程碳排放总量中碳酸盐的分解产生了约60％的co2排放；化石燃料燃烧产生了约40％的直接co2排放。此外，传统水泥生产工艺中由于空气的引入(助燃气、系统漏风等因素)导致窑尾预热器出口废气co2浓度较低(仅为20～30％)、烟气流量大并含有大量粉尘和n2导致碳捕集提纯成本相对更高。上述缺陷已经证明，水泥工业不适用于系统相对复杂、捕集成本较高、捕集效率较低的燃烧前捕集和燃烧后捕集技术，因此需要开发经济、高效的过程捕集技术。
3、目前，工业过程电气化是国内外高耗能领域技术研究的热点。在绿电系统的支撑下，电能是优质、高效、清洁的二次能源，可以在水泥工业中有效替代化石燃料。当前，我国电能占终端能源消费的比重每提升1％，单位gdp能耗可下降4％左右，节能效果明显。水泥生产过程电气化是减少碳排放、实现碳捕集的有效解决方案之一，随着绿电发展及储能成本的降低，水泥生产过程采用电能替代化石燃料燃烧将减少对化石燃料的依赖，可完全消除化石燃料燃烧产生的约40％的碳排放，同时集中来自生料分解过程中的co2排放。相对于传统空气助燃乃至全氧燃烧技术而言，该技术不需要助燃环境供给化石燃料燃烧便可提供水泥生产所需热量，更适
4、(1)在清洁能源供应的前提下，现有工业窑炉水泥生产系统配合电能供给热量将减少生产过程中约40％的co2排放。
5、(2)电能替代化石燃料燃烧改变了传统水泥生产工艺所需的气氛条件，相对于传统的空气助燃乃至全氧燃烧，采用电能烧成水泥熟料避免了化石燃料的使用，可以碳酸盐分解产生的co2为主的o2/co2气氛作为循环烟气替代空气燃烧下的o2/n2气氛，使co2在分解炉中的循环富集，减少了化石燃料燃烧可能产生的so2、nox等杂质烟气，进一步提升co2的富集浓度，产生的高浓度co2气体(＞95％)，降低了co2制品的提纯、精制成本。
6、(3)与n2相比，对于多原子(三原子以上)的气体如二氧化碳(co2)和水蒸气(h2o)或不对称的双原子气体如一氧化碳(co)等一般都具有相当大的辐射换热能力。相对于空气助燃，提高了传热效率。此外，n2不再参与排烟，可以大幅减少烟气量，减少排烟热损失。
7、电气化替代化石燃料烧成水泥熟料有助于实现对碳酸盐分解产生的co2进行有效富集，降低co2的捕集、利用成本。中国专利公开号cn 112984783 a提出了一种基于co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收系统及方法，中国专利公开号cn 114562876 a提出了一种电加热水泥熟料烧成系统及方法，中国专利公开号cn 114249551 a提出了一种微波与电能煅烧水泥熟料的方法及系统。
8、但是上述电气化生产水泥熟料技术至少存在如下技术问题：
9、(1)水泥熟料烧成系统需要化石燃料分别向窑头燃烧器供给40％，向窑尾分解炉内供给60％，为生料分解以及熟料烧成提供所需热量。因此在电能替代烧成系统可以细分为全系统电能替代以及分解炉部分电能替代，其中，全系统电能替代指窑头燃烧器和窑尾分解炉内均采用电能替代技术，对现有烧成系统改动量大。此外，回转窑内碳酸盐分解产生的co2仅占过程排放总量约10％的比例，并且全系统电能替代受限于篦冷机、窑门罩、烟室等多点漏风问题，很难达到理想的co2富集浓度，涉及密封堵漏的设备繁多，间接提高了投资成本。而在窑尾预热分解部分，作为吸热反应的碳酸盐分解过程释放的co2比例高达90％，因此分解炉是需要化石燃料最多、co2排放量最大的设备。相比全系统电力替代化石燃料生产水泥熟料，系统改造量小，只需要对分解炉进行重点设计，更具经济效益，应作为现阶段水泥行业电气化技术的重点实施方向。现有研究或公布的电气化烧成水泥熟料技术均为全系统电能替代，普遍存在co2富集浓度相对较低、系统能耗高等缺陷。
10、(2)循环烟气中的co2可作为热源提供生料分解所需热量，由于循环烟气中co2浓度较高，分解炉中需要较常规空气助燃条件下更高的温度(＞900℃)来保证生料分解率，但循环烟气提供生料分解热量的过程中夹带了大量粉尘颗粒，粉尘颗粒进入电加热炉循环加热时会阻碍气体的热量扩散，此外电热炉火炬的火焰燃烧温度可达到粉尘颗粒的熔点温度，导致炉壁结皮，严重时造成炉膛堵塞等问题，致使炉内温度不易控制，影响熟料烧成的质量。
11、(3)相对于传统空气燃烧后以n2气氛为主的大排量烟气，分解炉内是以高浓度co2为主的气氛环境，co2全部由生料分解所提供，因此工况风量会明显减少，导致分解炉生料难以被烟气托起进而引起塌料的问题，影响水泥熟料生产过程的正常运转，需要分解炉特殊的结构设计以及高浓度co2在分解炉列循环富集，保证托料所需的工况风量。
12、如图1所示，现有的水泥熟料生产系统包括烟室1、回转窑2、冷却机3，烟气循环系统分解炉403，第一生料预热预分解系统5，第二生料预热预分解系统6，余热发电系统7，高温风机8，原料磨系统9，窑尾收尘器10，尾排风机11，烟囱12，各系统设备依次相连，出回转窑的熟料温度达1300-1400℃，需对高温熟料完成急冷以得到质量合格的产品。水泥生产工艺中常用空气作为冷却气体，按气流流向而言，冷却风a，b，c从料床下方向上吹入料层内，渗透扩散与热熟料换热，使热熟料达到冷却效果。二次风g1和三次风g2分别送入回转窑和分解炉助燃，分解炉中的高温烟气经窑尾预热器与生料换热，经余热发电、除尘后排至界外，因此窑尾预热器出口的烟气中co2浓度较低，不利于co2的捕集提纯；中段风g3可作为烘干热源进入煤磨系统，也可以进入窑头余热锅炉(aqc炉)发电，而末段余风g4因烟气温度仅为90-100℃，作为低品位热源无法得到直接利用，存在一定的热焓损失。
13、水泥生产过程电气化是减少碳排放、实现碳捕集的有效解决方案之一，也是实现co2再利用的重要技术。co2作为一种可利用的宝贵资源，液化后的co2可用于油田驱油、尿素合成、冷库制冷、可降解塑料生产等领域。因此，为了达到co2产品回收率高、产品纯度高、生产成本低且质量稳定的目标，提供一种电气化烧成水泥熟料协同co2富集的系统及方法，减少水泥生产过程碳排放，实现co2的高浓度富集，在不影响水泥生产线产量、质量的基础上，降低后续co2提纯、利用的成本，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术缺陷，本专利技术提供一种低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料系统，解决水泥熟料生产过程中co2富集浓度低、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，包括冷却机(3)、回转窑(2)、烟室(1)、烟气循环系统(4)、第一生料预热预分解系统(5)、第二生料预热预分解系统(6)、余热发电系统(7)、高温风机(8)、原料磨系统(9)、窑尾收尘器(10)、尾排风机(11)和烟囱(12)，回转窑上设置燃料燃烧器F，其特征在于，烟气循环系统(4)包括电浆炉(401)、电离枪(402)、分解炉(403)、旋流室(404)、多级循环烟气分离器(405)、空气换热器(406)、高温收尘器(407)、第一风机(408)、第二风机(409)、第三风机(410)和CO2捕集系统；
2.根据权利要求1所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，原料分别经第一生料预热预分解系统(5)、第二生料预热预分解系统(6)最上一级与第二级旋风预热器间的连接风管处喂入，原料经第一生料预热预分解系统(5)、第二生料预热预分解系统(6)与高温烟气换热后由最下一级旋风预热器的下料管喂入分解炉(403)，得到热生料，热生料通过多级循环烟气分离器(405)中最下一级旋风分离器进入烟室(1)，经烟室进入(2)
3.根据权利要求1所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，所述第一生料预热预分解系统(5)中旋风预热器的级数为四～七级，第二生料预热预分解系统(6)中旋风预热器四～七级；烟气循环系统(4)中的旋风分离器级数为二～三级。
4.根据权利要求1所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，所述电浆炉(401)与分解炉(403)之间的连接风管采用文丘里喉管连接，在系统运行初期，分解炉连接风管进口截面平均风速＞3m/s，随着生料分解产生的循环烟气风量的逐渐增大，使喉区风速逐渐提升，喉区高速段截面平均风速达到25～50m/s，上扩张段出口截面平均风速达到5～15m/s，保证生料被循环烟气托起。
5.根据权利要求1所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，所述电浆炉(401)底部外壳沿轴向上环形或沿壁固定倾斜角度设置气体电离枪(402)，电离枪(402)的个数≥4个。
6.根据权利要求1所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，所述冷却机(3)中的高温空气流向分为四路：第一路空气直接进入回转窑(2)内，与回转窑内燃料燃烧产生的废气混合后，经烟室进入第二生料预热预分解系统(6)的最下一级旋风预热器进风口，进入第二生料预热预分解系统(6)预热生料；第二路空气作为三次风，经第一生料预热预分解系统(5)的最下一级旋风预热器进风口，进入第一生料预热预分解系统(5)预热生料；第三路空气为冷却机中段余风，与第二路空气混合后经第一生料预热预分解系统(5)的最下一级旋风预热器进风口进入第一生料预热预分解系统(5)预热生料；第四路空气为冷却机末段余风，与循环烟气经空气换热器(406)间接换热后，第四路空气与第二路、第三路混合进入第一生料预热预分解系统(5)预热生料。
7.根据权利要求6所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，所述冷却机(3)中的高温空气：第一路空气的温度为950～1050℃，风量为0.4～0.6Nm3/kg.cl；第二路空气的温度为1000～1300℃，风量0.5～0.6Nm3/kg.cl；第三路空气的温度为450～500℃，风量0.6～0.65Nm3/kg.cl，第四路空气的温度为760～800℃，风量0.2～0.4Nm3/kg.cl；第二路、第三路与第四路混合空气温度为710～860℃，风量为1.3～1.65Nm3/kg.cl。
...【技术特征摘要】
1.一种低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，包括冷却机(3)、回转窑(2)、烟室(1)、烟气循环系统(4)、第一生料预热预分解系统(5)、第二生料预热预分解系统(6)、余热发电系统(7)、高温风机(8)、原料磨系统(9)、窑尾收尘器(10)、尾排风机(11)和烟囱(12)，回转窑上设置燃料燃烧器f，其特征在于，烟气循环系统(4)包括电浆炉(401)、电离枪(402)、分解炉(403)、旋流室(404)、多级循环烟气分离器(405)、空气换热器(406)、高温收尘器(407)、第一风机(408)、第二风机(409)、第三风机(410)和co2捕集系统；
2.根据权利要求1所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，原料分别经第一生料预热预分解系统(5)、第二生料预热预分解系统(6)最上一级与第二级旋风预热器间的连接风管处喂入，原料经第一生料预热预分解系统(5)、第二生料预热预分解系统(6)与高温烟气换热后由最下一级旋风预热器的下料管喂入分解炉(403)，得到热生料，热生料通过多级循环烟气分离器(405)中最下一级旋风分离器进入烟室(1)，经烟室进入(2)内煅烧形成水泥熟料，水泥熟料由回转窑出口进入冷却机(3)，经冷却后得到水泥熟料；出第一生料预热预分解系统(5)、第二生料预热预分解系统(6)中最上一级旋风预热器的混合烟气进入窑尾余热发电系统(7)，出余热发电系统后的烟气进入原料磨烘干系统(9)，经窑尾收尘器(10)除尘后由尾排风机(11)排至界外。
3.根据权利要求1所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，所述第一生料预热预分解系统(5)中旋风预热器的级数为四～七级，第二生料预热预分解系统(6)中旋风预热器四～七级；烟气循环系统(4)中的旋风分离器级数为二～三级。
4.根据权利要求1所述低能耗碳富集的电能烧成水泥熟料生产系统，其特征在于，所述电浆炉(401)与分解炉(403)之间的连接风管采用文...
【专利技术属性】
技术研发人员：金周政，彭学平，陈昌华，代中元，武晓萍，林敏燕，万夫伟，
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：
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