專利名稱：一種采用O₂/CO₂燃燒技術(shù)富集CO₂的水泥熟料生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的水泥熟料生產(chǎn)工藝方法，特別涉及一種采用o2/co2燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
在全球氣候逐漸變暖的背景下，各國紛紛提出CO2的減排目標(biāo)，低碳技術(shù)及低碳產(chǎn)品開發(fā)日益受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。水泥工業(yè)作為能源和資源消耗密集型產(chǎn)業(yè)，已成為居火力發(fā)電之后的工業(yè)生產(chǎn)第二大CO2排放源，實現(xiàn)水泥工業(yè)CO2的減排是一項不可回避的戰(zhàn)略任務(wù)。在現(xiàn)有技術(shù)水平條件下，每生產(chǎn)I噸水泥排放的CO2量約為0.7-1.1噸左右，其中近一半來自原料中碳酸鹽分解(主要是CaC03、MgCO3等的分解)，另一半左右來自于煤粉燃燒。水泥生產(chǎn)過程中排放的CO2濃度比電廠排放的濃度更高，使得水泥工業(yè)富集CO2可成為有效控制CO2潛在途徑。當(dāng)前水泥生產(chǎn)工藝普遍采用新型干法生產(chǎn)工藝，它主要由分解爐、多級旋風(fēng)預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機、除塵裝置、連接風(fēng)管等設(shè)備組成。生料在分解爐內(nèi)分解，部分煤粉在分解爐內(nèi)燃燒并供給生料分解所需能量；分解后的生料進入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)由另一部分煤粉燃燒煅燒成水泥熟料。分解爐排出的高溫氣體通入多級預(yù)熱器分級預(yù)熱物料，出口氣體再經(jīng)過除塵排入大氣。因通入水泥窯系統(tǒng)的氣體為空氣，其排出的氣體CO2濃度為30%左右。目前常用的煙氣CO2分離技術(shù)主要有化學(xué)吸收法、物理吸收法和膜分離法技術(shù)等。通常煙氣的壓力小、體積大、CO2濃度低，而且含有大量的N2,因此捕集系統(tǒng)龐大，需要消耗大量的能源。因此水泥生產(chǎn)工藝中CO2的處理是一個值得研究的重要課題
發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝。該生產(chǎn)工藝通過純氧與循環(huán)煙氣混合通入分解爐及回轉(zhuǎn)窯，形成o2/co2氛圍，從而使分解爐及回轉(zhuǎn)窯的煙氣產(chǎn)物為高濃度CO2,實現(xiàn)水泥工業(yè)富集CO2以便資源化利用和封存。本發(fā)明的目是通過下述工藝流程技術(shù)方案實現(xiàn):一種采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝，主要包括如圖1所示的工藝流程:按物料流向而言，生料粉由喂料機喂入氣力提升泵，由風(fēng)機鼓入空氣，將生料由輸送管道帶入五級旋風(fēng)筒預(yù)熱器，在旋風(fēng)筒中實現(xiàn)氣固分離，生料與空氣分離后進入分解爐，在分解爐內(nèi)生料隨o2/co2混合氣流做旋流運動，在分解爐內(nèi)受熱分解，在與氣流分離后進入回轉(zhuǎn)窯，燒成的熟料進入篦冷機冷卻后卸出，獲得水泥熟料；在水泥熟料生產(chǎn)過程中02/C02混合氣通過下述步驟循環(huán)利用:按照一定比例混合后的o2/co2混合氣通入篦冷機，被熟料預(yù)熱后分成三路氣體，第一路溫度較低的o2/co2混合氣通入燃料烘干機攜帶煤粉進入分解爐和回轉(zhuǎn)窯；第二路高溫o2/co2混合氣直接入回轉(zhuǎn)窯作為二次風(fēng)供窯內(nèi)燃料燃燒；第三路溫度較高的o2/co2混合氣經(jīng)分解爐的三次風(fēng)管，在分解爐的底部和窯氣混合入爐，與噴入爐內(nèi)的第一路氣體攜帶的煤粉相遇，供煤粉燃燒，使?fàn)t內(nèi)生料分解，然后分解爐出口煙氣進入五級旋風(fēng)筒預(yù)熱器，從五級旋風(fēng)筒預(yù)熱器出來的煙氣的CO2濃度> 95%，通入余熱鍋爐進行預(yù)熱發(fā)電，而后部分煙氣通入生料磨粉機烘干生料，再與其他煙氣匯合進入煙氣處理系統(tǒng)，在煙氣處理系統(tǒng)中首先對煙氣進行除塵，除塵后的煙氣一部分進行冷卻除水工藝和干燥凈化工藝，獲得用于資源化利用的CO2濃度大于99%以上的氣體，除塵后的煙氣另一部分作為循環(huán)煙氣與從空氣中分離的O2進行混合作為O2/CO2混合氣通入篦冷機進行循環(huán)利用；所述分解爐出口煙氣濃度為高濃度CO2氣體，CO2濃度> 95%，經(jīng)過煙氣處理后CO2濃度達99%以上，可封存或資源化利用；所述的分解爐內(nèi)受熱分解時分解爐的煙氣溫度為900 1000°C ；所述的空氣中分離出的O2優(yōu)選為通過空氣分離裝置對空氣處理而分離獲得O2 ；所述的按照一定比例混合后的02/C02混合氣中O2與CO2的比例可根據(jù)需要燃煤的熱值與分解爐和回轉(zhuǎn)窯所需的操作溫度調(diào)節(jié)；混合氣體中O2所占的體積比優(yōu)選為23% 33% ；所述的溫度較低的02/C02混合氣的優(yōu)選溫度為180 220°C ；所述的溫度較高的02/C02混合氣的優(yōu)選溫度為650 750°C ；

所述的高溫02/C02混合氣的優(yōu)選溫度為750 850°C ；所述的冷卻除水工藝可選為空氣冷卻除水裝置；所述的干燥凈化工藝可選為空氣分離裝置，對煙氣進行CO2的提純。本發(fā)明的原理為:在工藝過程中，將從空氣中分離出的O2與高濃度CO2的循環(huán)煙氣混合后形成O2/CO2混合氣，然后將o2/co2混合氣送入分解爐和回轉(zhuǎn)窯，從而實現(xiàn)水泥生產(chǎn)過程的o2/co2燃燒；分解爐內(nèi)氣氛為高濃度的CO2煙氣，而常規(guī)工藝中分解爐內(nèi)為高濃度的N2，CO2的輻射能力比N2的輻射能力要強，增大了分解爐內(nèi)中氣流的輻射能力，強化了爐內(nèi)的傳熱，對促進全爐溫度均勻更為有利；分解爐出口煙氣為高濃度CO2的煙氣，經(jīng)過除塵后一部分煙氣形成上述高濃度CO2的循環(huán)煙氣，與O2混合形成02/C02混合氣進行循環(huán)；另一部分煙氣則通過冷卻除水和干燥凈化可進行資源化利用或封存，從而實現(xiàn)對水泥熟料生產(chǎn)過程中CO2的富集和回收。因此，本發(fā)明提出了 02/0)2燃燒技術(shù)應(yīng)用于水泥熟料生產(chǎn)，形成一種新的02/0)2水泥窯生產(chǎn)工藝。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:1、利用02/C02燃燒技術(shù)以使水泥窯的排氣為高濃度的CO2,實現(xiàn)水泥工業(yè)的CO2直
接富集。2、整個工藝流程可實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯和分解爐內(nèi)02/C02的富氧燃燒，分解爐和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的氣氛為高濃度的CO2煙氣，而常規(guī)工藝中分解爐內(nèi)為高濃度的N2, CO2的輻射能力比N2的輻射能力要強，增大了分解爐內(nèi)中氣流的輻射能力，強化了爐內(nèi)的傳熱，對促進全爐溫度均勻更為有利。


圖1是采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝圖。
圖2是采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料的工藝流程圖。圖3是生料在各種氣氛的熱重實驗曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1如圖2所示，進入生料磨粉機濕度為8%左右的生料，與余熱鍋爐出口的窯尾煙氣進行熱交換，熱交換后生料干燥為濕度1%左右，溫度升高到90 110°C，對生料均勻化；通過提升機將生料輸運至五級旋風(fēng)筒預(yù)熱器，可將生料預(yù)熱至700 800°C ;經(jīng)過預(yù)熱的生料粉在分解爐進行預(yù)分解后，變?yōu)?50 950°C的熟生料，通過下料管進入回轉(zhuǎn)窯，然后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)過高溫鍛 燒成溫度1200 1300°C的熟料，經(jīng)回轉(zhuǎn)窯口下落到篦冷機進行冷卻，將熟料冷卻到90 100°C左右。五級旋風(fēng)筒預(yù)熱器出來的窯尾煙氣溫度為300 400°C左右，在預(yù)熱器窯尾余熱鍋爐進行廢氣余熱發(fā)電，并且控制其出口煙氣為140 150°C ;余熱鍋爐出口煙氣分為兩路，一路煙氣經(jīng)過生料磨粉機干燥生料再通入除塵裝置，另一路煙氣直接通入除塵裝置進行除塵；除塵后的煙氣中的CO2體積分?jǐn)?shù)> 95%，再分為兩部分，一部分煙氣直接進行冷卻和除水工藝、干燥和凈化工藝，獲得CO2濃度大于99%以上的氣體，然后進行資源化處理或封存；另一部分煙氣作為循環(huán)煙氣與空氣分離裝置分離出來的02在混合器混合獲得60 80°C的02/C02混合氣，混合后引進篦冷機；篦冷機引出三路氣體:第一路氣體是從篦冷機引出溫度較低(180 220°C )的02/C02混合氣進入燃料烘干機攜帶煤粉并作為系統(tǒng)的一次風(fēng)，第二路氣體是從篦冷機弓I出溫度較高(650 750°C )的02/C02混合氣通過三次風(fēng)管進入分解爐的三次風(fēng)，第三路氣體是從篦冷機氣體(750 850°C )出口的02/C02混合氣直接通入回轉(zhuǎn)窯的二次風(fēng)。分解爐的煙氣溫度為900 1000°C，為常規(guī)運行溫度的中上游溫度，在02/C02氣氛下，生料分解會推遲，但分解速率加快，申請者進行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)在100%C02氣氛下生料可在947°C快速分解，并在964°C完成分解；在02/C02比例為30/70時其分解率與空氣氛圍的分解率基本相同。經(jīng)過上述采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝技術(shù)方案，使水泥窯的排氣為CO2體積分?jǐn)?shù)> 95%的氣體，通過煙氣處理后可得到CO2體積分?jǐn)?shù)> 99%的氣體，實現(xiàn)水泥工業(yè)的CO2富集和資源化利用。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。實施例2采用德國耐施STA409PC熱重分析儀對埃及生料進行實驗，起始溫度為40°C，結(jié)束溫度為1000°c，升溫速度為20°C /min，生料質(zhì)量為10mg。實驗表明(如圖3及表I):在空氣氛圍下，生料在755°C就開始分解，在810°C的分解速率達到最大值，在831°C就分解結(jié)束，分解時間為3.8min,分解率達33.14% ;當(dāng)02/C02濃度為40/60時，生料在895°C開始分解，在918°C的分解速率達到最大值，在941°C分解結(jié)束，分解時間為2.3min，分解率達33.74% ；當(dāng)02/C02濃度為30/70時，生料在912°C開始分解，在928°C分解速率達到最大，在954°C分解結(jié)束，分解時間為2.1min,分解率達32.37% ;當(dāng)02/C02濃度為21/79時，生料在918°C開始發(fā)生分解反應(yīng)，在942°C達到分解速率最大，在960°C分解結(jié)束，分解時間為2.lmin，分解率達31.29% ;當(dāng)02/C02濃度為0/100時，生料在932°C開始發(fā)生分解反應(yīng)，在947°C達到分解速率最大，在964°C分解結(jié)束，分解時間為1.6min，分解率達31.24%。以上數(shù)據(jù)說明，相對于常規(guī)氣氛空氣而言，在02/C02氣氛中，生料分解開始和結(jié)束溫度較高，分解時間較短；在O2ZCO2氣氛中，隨著CO2濃度的增高，生料開始分解溫度和結(jié)束溫度都增高，分解時間縮短，而分解率則降低，但當(dāng)02/C02比例在30/70時其分解率與空氣氛圍的分解率基本相同。CO2的濃度為100%時，在964°C內(nèi)可完全分解。表I生料在不同氣氛下的熱重實驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種采用o2/co2燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝，其特征在于包括如下的工藝流程按物料流向而言，生料粉由喂料機喂入氣力提升泵，由風(fēng)機鼓入空氣，將生料由輸送管道帶入五級旋風(fēng)筒預(yù)熱器，在旋風(fēng)筒中實現(xiàn)氣固分離，生料與空氣分離后進入分解爐，在分解爐內(nèi)生料隨o2/co2混合氣流做旋流運動，在分解爐內(nèi)受熱分解，在與氣流分離后進入回轉(zhuǎn)窯，燒成的熟料進入篦冷機冷卻后卸出，獲得水泥熟料； 在水泥熟料生產(chǎn)過程中o2/co2混合氣通過下述步驟循環(huán)利用按照一定比例混合后的O2/CO2混合氣通入篤冷機,被熟料預(yù)熱后分成三路氣體，第一路溫度較低的o2/co2混合氣通入燃料烘干機攜帶煤粉進入分解爐和回轉(zhuǎn)窯；第二路高溫o2/co2混合氣直接入回轉(zhuǎn)窯作為二次風(fēng)供窯內(nèi)燃料燃燒；第三路溫度較高的o2/co2混合氣經(jīng)分解爐的三次風(fēng)管，在分解爐的底部和窯氣混合入爐，與噴入爐內(nèi)的第一路氣體攜帶的煤粉相遇，供煤粉燃燒，使?fàn)t內(nèi)生料分解，然后分解爐出口煙氣進入五級旋風(fēng)筒預(yù)熱器，從五級旋風(fēng)筒預(yù)熱器出來的煙氣的CO2濃度> 95%，通入余熱鍋爐進行預(yù)熱發(fā)電，而后部分煙氣通入生料磨粉機烘干生料，再與其他煙氣匯合進入煙氣處理系統(tǒng)，在煙氣處理系統(tǒng)中首先對煙氣進行除塵，除塵后的煙氣一部分進行冷卻除水工藝和干燥凈化工藝，獲得用于資源化利用的CO2濃度大于99%以上的氣體，除塵后的煙氣另一部分作為循環(huán)煙氣與從空氣中分離的O2進行混合作為02/C02混合氣通入篦冷機進行循環(huán)利用； 所述分解爐出口煙氣濃度為高濃度CO2氣體，CO2濃度> 95%，經(jīng)過煙氣處理后CO2濃度達99%以上，可封存或資源化利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水 泥熟料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的分解爐內(nèi)受熱分解時分解爐的煙氣溫度為900 1000°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的空氣中分離出的O2為通過空氣分離裝置對空氣處理而分離獲得02。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的按照一定比例混合后的02/C02混合氣中O2所占的體積比為23% 33%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的溫度較低的02/C02混合氣的溫度為180 220°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的溫度較高的02/C02混合氣的溫度為650 750°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用02/C02燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的高溫02/C02混合氣的溫度為750 850°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用O2/CO2燃燒技術(shù)富集CO2的水泥熟料生產(chǎn)工藝，屬于水泥熟料生產(chǎn)工藝領(lǐng)域。本發(fā)明在水泥熟料生產(chǎn)工藝中，將從空氣中分離出的O2與高濃度CO2循環(huán)煙氣混合后，通入分解爐和回轉(zhuǎn)窯，實現(xiàn)O2/CO2燃燒，分解爐和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煤粉燃燒和生料分解后的窯尾煙氣富含CO2，窯尾煙氣中的CO2的濃度達95%以上，對其進行煙氣處理后濃度達99%以上，可封存和資源化利用，從而達到水泥生產(chǎn)過程中CO2的富集和回收，同時實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)工藝中CO2減排。
文檔編號C04B7/44GK103253879SQ20131016491
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者陸繼東, 黃秋雄, 謝新華, 姚順春, 盧志民 申請人:華南理工大學(xué)