CN103673640B - 回流悬浮式煅烧炉系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种回流悬浮式煅烧炉系统及其使用方法，回流悬浮式煅烧炉系统包含一旋风集尘设备、一燃烧窑、一第一通气管、一风车及一第二通气管。旋风集尘设备包含多个由上而下依序相连的旋风集尘器。燃烧窑的顶部具有一出口，燃烧窑的底部具有一入口，燃烧窑的出口连接最上层的旋风集尘器。第一通气管的相对两端分别连接最上层的旋风集尘器及最下层的旋风集尘器。风车包含相对的一进风口及一出风口，出风口连接燃烧窑的入口。第二通气管的相对两端分别连接次上层的旋风集尘器及风车的进风口。
Description
技术领域
本发明涉及一种煅烧炉系统其使用方法，特别涉及一种可制造出高浓度二氧化碳的煅烧炉系统及其使用方法。
背景技术
中国台湾在公元2006年时，如果各部门不分摊用电所排放的二氧化碳，则能源工业(能源转换)的二氧化碳排放为164,086千公吨，占燃料燃烧总排放的61.86%。但如果就各主要部门的二氧化碳排放分析，在分摊用电排放的情况下，台湾在公元2006年能源工业(能源转换)的二氧化碳排放为18,509千公吨，占燃料燃烧总排放的6.98%。由上述的数据可以知道，能源工业发电给各部门使用所产生的二氧化碳占燃料燃烧总排放的54.88%，几乎占台湾二氧化碳总排放量的一半以上。也因此，电厂所排放的二氧化碳如能有效的被捕获，将能大幅减少二氧化碳的排放量。
此外，水泥业也为二氧化碳排放的大宗。但水泥业于煅烧过程中，因空气燃烧与气密不佳，使得煅烧所产生的烟气的二氧化碳浓度仅能只有25-30vol%。因此，水泥业依旧需要仰赖二氧化碳的捕获技术，以提高二氧化碳的浓度才能够具有再利用与封存的效益。此外，水泥业也为六大耗能产业之一，于其煅烧工艺的过程中多半没有回收废热再利用的机制。如此，使得一般水泥业的工艺的能源效益低。虽然可以通过废热发电回收的方法来提高水泥业的能源效益，但如此，将使得水泥业者需额外花费相当大的资金以及场地成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种回流悬浮式煅烧炉系统及其使用方法，藉以提升使水泥业的能源效益，以及制造出高浓度的二氧化碳而有利于封存与工业再利用。
本发明所揭露的回流悬浮式煅烧炉系统，包含一旋风集尘设备、一燃烧窑、一第一通气管、一风车及一第二通气管。旋风集尘设备包含多个由上而下依序相连的旋风集尘器。燃烧窑的顶部具有一出口，燃烧窑的底部具有一入口，燃烧窑的出口连接最上层的旋风集尘器。第一通气管的相对两端分别连接最上层的旋风集尘器及最下层的旋风集尘器。风车包含相对的一进风口及一出风口，出风口连接燃烧窑的入口。第二通气管的相对两端分别连接次上层的旋风集尘器及风车的进风口。
本发明所揭露的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，包含提供一包含多个由上而下依序相连的旋风集尘器的旋风集尘设备、一燃烧窑、一第一通气管、一风车及一第二通气管。并且，将一粉体由燃烧窑的底部的一入口送入燃烧窑内进行煅烧加热。并由燃烧窑的顶部的一出口排入最上层的旋风集尘器，令粉体释出部分的二氧化碳。令最上层的旋风集尘器将包含有二氧化碳的烟气送入最下层的旋风集尘器，并使粉体下落经过多个旋风集尘器时，与由最下层的旋风集尘器逆向上流的二氧化碳的烟气混合热交换，以使粉体持续进行煅烧反应而继续释出二氧化碳。并且，使旋风集尘设备内包含有二氧化碳的烟气经由风车推动而输送至燃烧窑的入口，以做为粉体的进料输送气体。
根据上述本发明所揭露的回流悬浮式煅烧炉系统及其使用方法，是利用回流的二氧化碳的烟气可于旋风集尘设备内逆向上流而对金属碳酸化物进行充分的煅烧反应，以提升回流悬浮式煅烧炉系统的煅烧反应率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的回流悬浮式煅烧炉系统的结构示意图；
图2为根据图1的旋风集尘器的结构示意图；
图3为根据图1的重力下料阀的结构示意图；
图4为根据本发明另一实施例的回流悬浮式煅烧炉系统的结构示意图。
其中，附图标记
10回流悬浮式煅烧炉系统
10’回流悬浮式煅烧炉系统
11旋风集尘设备
111a旋风集尘器
111b旋风集尘器
111c旋风集尘器
111d旋风集尘器
111e旋风集尘器
1111a排料口
1111b排料口
1111c排料口
1111d排料口
1111e排料口
1112a排气口
1112b排气口
1112c排气口
1112d排气口
1112e排气口
1113a入料口
1113b入料口
1113c入料口
1113d入料口
1113e入料口
1114a圆筒部
1115a圆锥部
112重力下料阀
1121阀口
1122挡板
1123重锤
12燃烧窑
121出口
122入口
13第一通气管
14风车
141进风口
142出风口
15第二通气管
16第一管路
161第一进料口
17第二管路
171第二进料口
18排料系统
19吸附塔
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参照图1至图3，图1为根据本发明一实施例的回流悬浮式煅烧炉系统的结构示意图，图2为根据图1的旋风集尘器的结构示意图，图3为根据图1的重力下料阀的结构示意图。
如图1所示，本发明的回流悬浮式煅烧炉系统10包含一旋风集尘设备11、一燃烧窑12、一第一通气管13、一风车14及一第二通气管15。此外，在本实施例中，回流悬浮式煅烧炉系统10还可包含一第一管路16、一第二管路17及一排料系统18。
本实施例的旋风集尘设备11包含多个由上而下依序相连的旋风集尘器111a、111b、111c、111d、111e。需注意的是，本实施例的旋风集尘设备11是以五个旋风集尘器为例，但不以此为限。其中，旋风集尘设备11以包含三至七个的旋风集尘器为较佳。
更详细来说，每一旋风集尘器111a、111b、111c、111d、111e的下端具有一排料口1111a、1111b、1111c、1111d、1111e，每一旋风集尘器111a、111b、111c、111d、111e的上端具有一排气口1112a、1112b、1112c、1112d、1112e及一入料口1113a、1113b、1113c、1113d、1113e。并且，次上层的旋风集尘器111b的入料口1113b同时连接最上层的旋风集尘器111a的排料口1111a以及中间层的旋风集尘器111c的排气口1112c。中间层的旋风集尘器111c的入料口1113c同时连接次上层的旋风集尘器111b的排料口1111b以及中间层的旋风集尘器111d的排气口1112d。中间层的旋风集尘器111d的入料口1113d同时连接中间层的旋风集尘器111c的排料口1111c以及最下层的旋风集尘器111e的排气口1112e。
请同时参照图2，由于每个旋风集尘器111a、111b、111c、111d、111e的结构大致相同，因此将以最上层的旋风集尘器111a为例来简略介绍旋风集尘器111a的结构及功能。
如图2所示，旋风集尘器111a大致可区分为一圆筒部1114a及位于圆筒部1114a下方的圆锥部1115a。圆筒部1114a的上方设有排气口1112a及入料口1113a，圆锥部1115a的下方设有排料口1111a。当一粉体(如金属酸化物)伴随着烟气(如二氧化碳混合水蒸气)由入料口1113a进入旋风集尘器111a内时，粉体伴随着烟气而沿入料口1113a的切线方向进入圆筒部1114a内并旋转而下。接着，粉体伴随着烟气到达圆锥部1115a时，由于旋转半径变小，使得烟气于旋风集尘器111a内形成涡流。此时，粉体因重力的关系继续下落而由排料口1111a排出，烟气则由圆锥部1115a下端反转上升而由排气口1112a排出。换句话说，旋风集尘器111a可对粉体与烟气进行气固分离的功能，使得粉体由旋风集尘器111a下方的排料口1111a排出，而使烟气则由旋风集尘器111a上方的排气口1112a排出。
请接着继续参照图1。在本实施例中，旋风集尘设备11还可包含一重力下料阀112，重力下料阀112设置于最上层的旋风集尘器111a与次上层的旋风集尘器111b之间。更详细来说，重力下料阀112是位于最上层的旋风集尘器111a的排料口1111a处，以区隔最上层的旋风集尘器111a内部与其他旋风集尘器111b、111c、111d、111e内部之间的压力。需注意的是，本实施例是以一个重力下料阀112设置于最上层的旋风集尘器111a的排料口1111a处为例，但重力下料阀112的数量非用以限定本发明。譬如在其他实施例当中，也可以是每一旋风集尘器111a、111b、111c、111d、111e的排料口1111a、1111b、1111c、1111d、1111e处均设置一重力下料阀112。
上述的重力下料阀112具有多种类型，以下将针对其中一类型的重力下料阀112的结构来做说明，但非用以限定本发明。请参照图3，如图3所示，重力下料阀112可具有一阀口1121及一挡板1122。挡板1122枢设于阀口1121处，挡板1122连接有一重锤1123，重锤1123与挡板1122可一并旋转。于常态下，重锤1123因受重力影响而呈垂直状态，此时挡板1122是遮挡住阀口1121。当阀口1121处沉积一定量的粉体而使粉体的重量大于某一特定值时，挡板1122将受到粉体的重量影响，使得重锤1123与挡板1122一并旋转而被迫开启阀口112。当粉体由阀口1121排出后，重锤1123因受重力影响而一并带动挡板1122复位，使挡板1122继续遮挡住阀口1121。
请接着继续参照图1。此外，本实施例的燃烧窑12可为一立式燃烧窑，以增加燃烧加热效果。燃烧窑12的顶部具有一出口121，燃烧窑12的底部具有一入口122。
第二管路17的相对两端分别连接燃烧窑12的顶部的出口121与最上层的旋风集尘器111a的入料口1113a，使得燃烧窑12的出口121与旋风集尘器111a的入料口1113a相连。此外，第二管路17还可具有一第二进料口171，以作为一辅助的进料口。需注意的是，第二进料口171的数量非用以限定本发明。在其他实施例当中，第二进料口171的数量也可以是多个，甚至其他实施的第二管路17也可不需设置第二进料口171。
第一通气管13的相对两端分别连接最上层的旋风集尘器111a的排气口1112a及最下层的旋风集尘器111e的入料口1113e。
风车14可以是一高温风车，风车14包含相对的一进风口141及一出风口142。
第二通气管15的相对两端分别连接次上层的旋风集尘器111b的排气口1112b及风车14的进风口141。
第一管路16的相对两端分别连接燃烧窑12的入口122与风车14的出风口142，以令燃烧窑12的入口122与风车14的出风口142相连。此外，本实施例的第一管路16还可具有至少一第一进料口161。需注意的是，第一进料口161的数量非用以限定本发明。在其他实施例当中，第一进料口161的数量也可以是多个。
此外，本实施例的排料系统18连接于最下层的旋风集尘器111e的排料口1111e，排料系统18用以接收经断煅烧后的粉体的成品。
请继续参照图1，接着将针对上述回流悬浮式煅烧炉系统10的使用方法进行说明。
首先，可令金属碳酸化物的粉体以及氧气(O2)由第一进料口161进入第一管路16。上述的金属碳酸化物可以是但不限于CaCO3、ZeCO3、MgCO3、MnCO3或NiCO3。以下金属碳酸化物将以碳酸钙(CaCO3)为例来进行说明。
碳酸钙的粉体以及氧气可利用风车14所产生的一进料输送气体的推动而由入口122进入燃烧窑12内。并且，对燃烧窑12持续提供燃料，使碳酸钙的粉体于燃烧窑12内进行纯氧燃烧，且碳酸钙的粉体于燃烧窑12内的燃烧温度为900℃-1700℃。此时，部分的碳酸钙的粉体经加热后进行煅烧反应，以形成金属氧化物(氧化钙，CaO)，并同时释出二氧化碳(CO2)。接着，未经煅烧反应的碳酸钙的粉体连同氧化钙的粉体及包含有二氧化碳的高温烟气一并由燃烧窑12的顶部的出口121排入第二管路17。其中，经煅烧反应所释出包含有二氧化碳的高温烟气的温度可为600℃-1000℃，且上述包含有二氧化碳的高温烟气的成分是以二氧化碳和水蒸汽为主。此时，可选择性的由第二进料口171额外加入适当的碳酸钙(也可不额外加入碳酸钙)。接着，碳酸钙的粉体连同氧化钙的粉体及包含有二氧化碳的高温烟气一并由入料口1113a进入最上层的旋风集尘器111a。
此时，最上层的旋风集尘器111a将包含有二氧化碳的高温烟气通过第一通气管13而送入最下层的旋风集尘器111e，包含有二氧化碳的高温烟气接着依序通过排气口1112e、1112d、1112c而逆向上流至次上层的旋风集尘器111b。同时，包含有碳酸钙与氧化钙的粉体将自最上层的旋风集尘器111a下落经过多个旋风集尘器111b、111c、111d、111e，而这些包含有碳酸钙与氧化钙的粉体将与由最下层的旋风集尘器111e逆向上流的高温二氧化碳的烟气混合热交换，以使粉体中的碳酸钙持续进行煅烧反应而继续释出二氧化碳。如此一来，使得粉体可以与逆向上流的二氧化碳的烟气于旋风集尘设备11内进行充分的煅烧反应，如此可增加煅烧反应的时间，以提升回流悬浮式煅烧炉系统10的煅烧反应率。
接着，经充分煅烧反应后的金属氧化物的粉体(氧化钙)将由最下层的旋风集尘器111e的排料口1111e排出至排料系统18，以供后续利用及贩售。
另一方面，由最下层的旋风集尘器111e逆向上流的二氧化碳的烟气最终是由次上层的旋风集尘器111b的排气口1112b排入第二通气管15，并接着经由风车14推动而输送至燃烧窑12的入口122，以做为金属碳酸化物的粉体的进料输送气体。
此外，由于旋风集尘设备11所排出的烟气系具有高浓度的二氧化碳。因此，可将这些高温烟气降温冷凝而分离出水，以得到高浓度的二氧化碳而利于封存或再利用。同时这也是本实施例技术控制系统压力的方法，利用出口142可适当地排出部分的二氧化碳的烟气。若每单位时间排出二氧化碳的烟气的质量小于每单位时间供应进悬浮式煅烧炉系统10的物质质量(燃料量+纯氧+CaCO3-CaO)，则系统的炉压会提高。若每单位时间排出二氧化碳的烟气的质量等于每单位时间供应进悬浮式煅烧炉系统10的物质质量(燃料量+纯氧+CaCO3-CaO)，则系统的炉压会维持定值。故，通过上述操作方式可使实施例选择在常压或高压状态下运转。
请接着参照图4，图4为根据本发明另一实施例的回流悬浮式煅烧炉系统的结构示意图。
由于本实施例的回流悬浮式煅烧炉系统10’与图1的实施例相似，因此只针对相异处加以说明。本实施例与图1的实施例的差异在于，本实施例是以一吸附塔19来取代图1的实施例的排料系统18。吸附塔19连接最下层的旋风集尘器111e的排料口1111e及第一管路16，吸附塔19通过第一管路16而连接燃烧窑12的入口122。经煅烧反应后的金属氧化物(氧化钙)由旋风集尘设备11排入至吸附塔19，以通过吸附塔19而捕获外界的二氧化碳。上述外界的二氧化碳的来源可以是工业所排放的低浓度二氧化碳的废气。因此，氧化钙可利用吸附塔19捕获低浓度的二氧化碳而还原成碳酸钙，碳酸钙再经过回流悬浮式煅烧炉系统10’的缎烧反应而释出高浓度的二氧化碳，以供封存或再利用。
根据上述，本发明的回流悬浮式煅烧炉系统及其使用方法是具有以下优点：第一，可制造高浓度二氧化碳而有利地质封存与工业再利用；第二，提升能源效益，使回流的二氧化碳的烟气可于旋风集尘设备内逆向上流而对金属碳酸化物进行充分的煅烧反应，且二氧化碳的烟气最后还可通过风车而作为金属碳酸化物的进料输送气体；第三，系统得到煅烧后的金属氧化物则可作为吸附剂或工业原料使用；第四，本发明所制成的氧化钙(CaO)有助于生产大量的轻质碳酸钙，轻质碳酸钙在工业中有相当大的应用范围，具有相当高的经济效益。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (19)
1.一种回流悬浮式煅烧炉系统，其特征在于，包含：
一旋风集尘设备，包含多个由上而下依序相连的旋风集尘器；
一燃烧窑，其顶部具有一出口，其底部具有一入口，该燃烧窑的该出口连接最上层的该旋风集尘器；
一第一通气管，其相对两端分别连接最上层的该旋风集尘器及最下层的该旋风集尘器；
一风车，包含相对的一进风口及一出风口，该出风口连接该燃烧窑的该入口；以及
一第二通气管，其相对两端分别连接次上层的该旋风集尘器及该风车的该进风口。
2.根据权利要求1所述的回流悬浮式煅烧炉系统，其特征在于，还包含一排料系统，连接最下层的该旋风集尘器。
3.根据权利要求1所述的回流悬浮式煅烧炉系统，其特征在于，还包含一吸附塔，连接最下层的该旋风集尘器及该燃烧窑的该入口。
4.根据权利要求1所述的回流悬浮式煅烧炉系统，其特征在于，还包含一第一管路，其相对两端分别连接该燃烧窑的该入口与该风车的该出风口，该第一管路具有至少一第一进料口。
5.根据权利要求1所述的回流悬浮式煅烧炉系统，其特征在于，还包含一第二管路，其相对两端分别连接该燃烧窑的该出口与最上层的该旋风集尘器，该第二管路具有至少一第二进料口。
6.根据权利要求1所述的回流悬浮式煅烧炉系统，其特征在于，该旋风集尘设备还包含一重力下料阀，设置于最上层的该旋风集尘器与次上层的该旋风集尘器之间。
7.根据权利要求1所述的回流悬浮式煅烧炉系统，其特征在于，该旋风集尘设备包含三至七个该旋风集尘器。
8.一种回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，包含：
提供一包含多个由上而下依序相连的旋风集尘器的旋风集尘设备、一燃烧窑、一第一通气管、一风车及一第二通气管，其中该第一通气管相对两端分别连接最上层的该旋风集尘器及最下层的该旋风集尘器，该第二通气管相对两端分别连接次上层的该旋风集尘器及该风车的一进风口；
将一金属碳酸化物的粉体由该燃烧窑的底部的一入口送入该燃烧窑内进行煅烧加热，并由该燃烧窑的顶部的一出口排入最上层的该旋风集尘器，令该粉体释出部分的二氧化碳；
令最上层的该旋风集尘器将包含有二氧化碳的烟气通过该第一通气管送入最下层的该旋风集尘器，并使该粉体下落经过多个该旋风集尘器时，与由最下层的该旋风集尘器逆向上流的二氧化碳的烟气混合热交换，以使该粉体持续进行煅烧反应而继续释出二氧化碳；以及
使该旋风集尘设备内包含有二氧化碳的烟气由次上层的该旋风集尘器的一排气口排入该第二通气管并经由该风车推动而输送至该燃烧窑的该入口，以做为该粉体的进料输送气体。
9.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，该粉体是于该燃烧窑内进行纯氧燃烧。
10.根据权利要求9所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，加入纯氧及燃料于该燃烧窑内进行纯氧燃烧。
11.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，该粉体包含CaCO3、ZeCO3、MgCO3、MnCO3或NiCO3。
12.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，该粉体于该燃烧窑内的燃烧温度为900℃-1700℃。
13.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，该粉体为CaCO3，该粉体经煅烧反应形成CaO。
14.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，煅烧反应所释出包含二氧化碳的烟气的温度为600℃-1000℃
15.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，还包含提供一吸附塔，经煅烧反应的该粉体由该旋风集尘设备排入至该吸附塔，以捕获外界的二氧化碳。
16.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，还包含提供一排料系统，经煅烧反应的该粉体由该旋风集尘设备排出至该排料系统而供利用。
17.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，还包含使烟气中的二氧化碳进行封存或再利用。
18.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，该第一通气管是将最上层的该旋风集尘器内的二氧化碳烟气送入最下层的该旋风集尘器，二氧化碳烟气逆向上流而依序通过各该旋风集尘器，并到达次上层的该旋风集尘器。
19.根据权利要求8所述的回流悬浮式煅烧炉系统的使用方法，其特征在于，次上层的该旋风集尘器内的二氧化碳的烟气经由该第二通气管而至该风车，该风车推动二氧化碳的烟气并将二氧化碳的烟气输送至该燃烧窑的该入口，以做为该粉体的进料输送气体。
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