CN106914117A - 适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置 - Google Patents

适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106914117A
CN106914117A CN201710251794.2A CN201710251794A CN106914117A CN 106914117 A CN106914117 A CN 106914117A CN 201710251794 A CN201710251794 A CN 201710251794A CN 106914117 A CN106914117 A CN 106914117A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
flue gas
trapping
outlet
cooler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710251794.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106914117B (zh
Inventor
尹小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changsha Zichen Technology Development Co Ltd
Original Assignee
Changsha Zichen Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changsha Zichen Technology Development Co Ltd filed Critical Changsha Zichen Technology Development Co Ltd
Priority to CN201710251794.2A priority Critical patent/CN106914117B/zh
Publication of CN106914117A publication Critical patent/CN106914117A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106914117B publication Critical patent/CN106914117B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/06—Spray cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/04—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for specific purposes other than heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/32—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines using steam of critical or overcritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/10—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/206—Organic halogen compounds
    • B01D2257/2064—Chlorine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/206—Organic halogen compounds
    • B01D2257/2066—Fluorine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/302—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/60—Heavy metals or heavy metal compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0233—Other waste gases from cement factories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
    • F27D2017/007—Systems for reclaiming waste heat including regenerators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Abstract

适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，主要包括尾排风机、电动三通风阀、烟囱、烟气氧化净化器、膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO2循环捕集塔、余热蓄能装置、脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐、CO2高压泵、CO2蓄能装置、稳流器、涡轮机、发电机和回热器。本发明可实现水泥生产对外界零电耗的需求，利于水泥企业实现“四零一负”的循环经济目标；可大幅减少水泥生产过程中对环境造成的废气、废水、废热和粉尘污染，有效实现水泥生产的有效减排和低碳生产。

Description

适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置
技术领域
本发明涉及环保低碳与能源技术领域，尤其涉及一种利用水泥生产线工艺装备特点及烟气成份特性，以水泥生产过程中产生的废弃余热能和/或造成不利影响的高温热能为主要能源的CO2连续捕集及发电的装置。
背景技术
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因，我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO2排放具有增长快、总量大的特点，而当前碳减排和应对气候变化的CCS或CCUS技术的高投资、高捕集成本的运气经济性成为了推广应用的严重障碍，现有的CCS或CCUS技术的研究及示范应用主要集中在必须分离去除高浓度CO2的煤化工、合成气与煤电领域，而煤电领域集中在以IGCC煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电（IGCC）技术的应用中。
由于目前最大的CO2排放点源主要是以煤为原料的电厂，在CO2捕集技术领域或CCS技术方面将 CO2的捕获技术方法及系统称之为燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集。
（1）燃烧前捕集：主要是以IGCC煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电（IGCC）技术为基础，先将煤气化，得到CO 和H2，再经过水蒸气变换，CO转为CO2，然后通过分离或CO2捕获技术，分别得到高浓度的H2和CO2，H2可以燃烧发电或作为无碳能源输出。IGCC技术中实施CO2的捕集将使能源消耗增加10～40%，吨CO2捕集成本达20～50美元，其中CO2捕集液再生能源约占60%。
（2）燃烧中捕集：又称富氧燃烧捕集技术，空气中所含大量的氮气除去，得到高纯度的O2，然后将高浓度O2引入燃烧系统，利于CO2的进一步捕获和处理，或以纯氧作为助燃剂，同时在燃烧过程中对锅炉内加压，使得燃烧后烟气中的主要成分为CO2和水，分离水后，这样烟气中高浓度的CO2气体可以直接进行压缩捕捉。富氧燃烧捕集技术除投资高、运行成本高外，增加能源消耗20～50%，吨CO2捕集成本达50～90美元。
（3）燃烧后捕集：指直接对电厂燃烧后的烟气实施CO2的分离和捕集，捕集装置位于电厂烟气排放下游，可分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等。由于电厂排放的CO2浓度低、压力小，导致能耗及成本过大，尚不适宜大规模推广。
目前，CO2捕集即CO2的分离和提纯过程， 已实现工业化的方法包括溶剂吸收法、吸附法、膜法和低温分离法等，这些方法大多能采用的是间隙式捕集。其中的溶剂吸收法包括化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法， 已经被证实是目前所有CO2吸收方法当中技术最成熟、应用最广泛， 而且具有适合进行大规模CO2捕捉潜力的技术方案。但捕获工艺复杂，投资大，易产生二次污染且有些溶剂具有毒性，溶剂需要再生需消耗大量能源，捕集成本高。其中的膜分离技术是借助混合气体中各组分在膜中渗透速率的不同而获得分离的方法， 目前用于分离CO2的膜材料主要有醋酸纤维素、聚砜、聚碳酸酯等聚合物。对于大规模的CO2捕集系统， 膜方法在成本上及可靠性要求上还有较大的差距。其中的变压吸附法（PSA）的基本原理是利用吸附剂对不同气体的吸附量随压力的变化而不同，该技术具有工艺过程相对简单，能耗较低，能够从合成氨变换气中脱除和回收CO2。其中的低温分馏分离技术是在低温下将气体中各种组分按照工艺和要求CO2冷却下来，然后用蒸馏法将其中各类物质按照蒸发温度的不同逐一加以分离。该方法适用于天然气中CO2、H2S含量较高，以及在用CO2进行3次采油时，采出气中CO2含量和流量出现较大波动等情形， 工艺设备投资费用较大，能耗较高。
迄今为止，大多数的CO2捕集技术仍处于研发阶段， 即便是实施IGCC的煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电，CO2捕集电厂与未实施捕集技术的电厂相比，需要多消耗10％～40%的能源，CO2捕集的高成本造成燃煤电厂也难有实施CO2捕集的积极意愿。而当前各国CCS或CCUS技术的CO2应用技术也集中于液化C0驱油、驱气、地质与海洋封注的研究与应用，而地质与海洋封注客观上造成的环境危害不可预期。
至今，在世界范围内的水泥生产领域虽有强调水泥企业的低碳减排问题，但尚未见任何具体的二氧化碳捕集、封闭和应用的研究或实践报道。而我国的水泥实际产能已逾35亿吨，干法回转窑生产线达1700多条。水泥生产企业为公认的高耗能高污染企业，是二氧化碳的主要排放源之一，不仅一次能源（煤）和二次能源（电）消耗大，且有大量的废弃余热和废气污染物排放，烟气环保达标排放时其排放的废气中污染物成份大多波动在CO2 12～29%、SO2 80～200mg/Nm3、NOx 100～400mg/Nm3、粉尘 10～30mg/Nm3，且含有少量碳氢化合物、氟氯化合物和重金属，水泥生产因其工艺过程特性其窑炉烟气成分及性质与煤化工合成气、天然气、煤电烟气乃至IGCC气有显著的差异。水泥生产的CO2排放可分为原料碳酸盐的分解和燃料的燃烧产生的CO2的直接排放、及生产工艺过程消耗的外部电力等产生的间接排放。据中国建筑材料科学研究总院对我国水泥工业CO2 排放分析，我国水泥生产过程原料分解、燃料燃烧和电力消耗的CO2 排放量分别占水泥生产总排放量的59%、26%、12%，综合CO2排放系数为0.8045t/t ，水泥行业CO2排放因子干法水泥为0.867t/t 。我国水泥产能逾35亿吨，由此推断我国水泥工业的CO2年排放量达30亿吨。可见，我国水泥企业实施CO2减排更凸显紧迫性和必要性，但因尚缺失针对水泥窑烟气具体的CO2捕集技术的研究开发，加之现有CO2捕集技术应用的高成本问题已经远远超出水泥企业可承受的能力极限，且水泥生产因其工艺过程特性其窑炉烟气成分及流体性质与煤化工合成气、天然气、煤电烟气乃至IGCC气有显著的差异，对于本身价低（水泥价格低）利薄的水泥行业，至今尚未见任何水泥窑烟气中CO2捕集和应用技术的具体研究和实践报道。
其次，水泥生产过程中还有持续产生的大量的废弃余热，且废弃余热的温度随原燃材料及窑系统工况的变化波动大。虽然政策性节能减排几乎所有水泥厂都建设了（窑尾）“预热器废气余热锅炉+（窑头）篦冷机废气余热锅炉的发电系统”，一般利用的是窑头篦冷机中温段抽取的300～400℃的废气余热和预热器300℃以上的废气余热，大量的80℃～300℃的废气余热不能利用而直接排空造成热污染，同时，还有大量的其他高温设备辐射余热及高温物料的高温热能造成一些影响窑工况等不利影响的高温热能，如水泥生产的主要设备—窑头罩（内顶部可达800℃至1450℃造成烧蚀）、篦冷机内1300℃以上的熟料熔结堆雪人停窑、窑尾预热器与入窑下料管850℃～950℃高温结皮粘堵事故、以及回转窑胴体（高温段达300℃～500℃，低温段达150℃～300℃）和窑尾烟室（烟室区域内部温度达800～1200℃）的熔粘结皮与高温热辐射污染，这些水泥生产中的高温设备现有的余热锅炉不能直接用来产生高温高压水蒸汽，为能减少工作环境的强烈热辐射污染和利用这些高温设备的辐射热能，的中国专利ZL201420380874.X、ZL201420562882.6所公开的“利用回转窑筒体辐射热能供余热发电的装置”及ZL201420382011.6所公开的“利用干法回转窑窑头罩余热供余热发电的装置”，因只能用来预热锅炉用水和预热空气，不能有效解决高温设备的辐射热利用和热污染，而不能普及推广应用，现有的水泥企业为防止高温造成回转窑报废，设置成排的吹风机为回转窑的标准配置，以成排的电吹风机持续的吹冷风降低回转窑的胴体温度，不但增加电耗也造成热污染，电耗的增加也增加了碳排放，至今国内外尚无可有效消除回转窑类高温设备环境热污染或回收利用回转窑高温设备辐射余热的方法，也没有可有效利用大量80℃～300℃低温废气余热的方式与设备。
另一方面，随着CCS技术的发展，超临界二氧化碳发电系统即一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统已受到广泛关注，超临界二氧化碳发电系统主要包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础。其循环过程中的循环介质为二氧化碳，在全循环过程中，二氧化碳均处于超临界状态，不发生相变，循环过程为超临界二氧化碳经压缩机升压——用换热器等压加热二氧化碳工质——工质进入涡轮机推动涡轮做功带动电机发电——工质进入冷却器——再进入压缩机形成闭式循环。超临界二氧化碳发电系统较传统的热能发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面表现出显著的优势，但其主要运动设备全部采用高速回转运动形式，加工精度及材料性能控制要求高，且超临界二氧化碳布雷顿循环要求压缩机参数处于近临界点，降低换热端差，其压缩机压缩过程中压缩功仍占涡轮输出功的30%以上，实际运用的压缩过程中压缩功仍占到涡轮输出功的40%到50%，即系统的压缩机自耗能仍偏高。同时对于临界点附近的换热性能突变需充分考虑运行裕量，实现这些目标要求有紧凑、高效和可靠的换热器进行快速的热量交换，实现低温差高效换热。现行超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器（PCHE），它适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但机构复杂，投资大，且客观上难以适应我国大部分水泥窑系统废弃余热温度随原燃材料及窑系统工况波动大的状况。再者，其系统循环的高效率需建立在CO2冷却器出口即压气机吸入口（循环起点）的二氧化碳仍处于32℃、7.4MPa超临界状态的临界点上，超临界二氧化碳发电系统运行状态控制难度大，仍需要开展控制研究。
据中国《水泥》（2014.No.9）《利用CO2动力循环的水泥余热发电系统》介绍的美国俄亥俄州阿克伦城Echogen公司利用水泥厂预热器排出的废气余热和熟料冷却机抽取的中温废气余热设计的应用CO2动力循环余热发电系统（即釆用我国水泥企业的废气余热发电的热源，但工作介质不同），Echogen公司目前可提供的EPS100 8MW热机系统的废热交换器在北美地区的投资达2000～2500万美元，远高于国内8MW双锅炉整套余热发电系统的投资总额（国内水泥厂预热器的废气余热锅炉和熟料冷却机的废气余热锅炉发电系统总投资4000～6000万元人民币不等），且客观上难以适应我国大部分水泥窑系统废弃余热温度随原燃材料及窑系统工况波动大的状况，而高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础。再者，我国水泥企业已普及建好了预热器排出的废气余热锅炉和熟料冷却机抽取的中温废气余热锅炉发电系统（水工作介质），相同的热源与产出情况下采取拆除低投资的系统换上高投资的系统，在国情下缺少现实性。显然，现有的CO2循环发电技术并不适合我国国情的水泥行业。
综上所述，冠以“高污染高能耗”帽子的我国水泥企业，降低生产过程中对外界能耗（电、煤）的需求、降低环境污染物排放是必要的。如何适应我国水泥生产企业现状，低投资的利用水泥生产过程中大量产生的废弃余热，开发适应于水泥窑烟气CO2捕集与应用于发电的装备系统，实现水泥生产的节能减排及二氧化碳减排，是一个现实的紧迫问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用水泥生产线工艺装备特点，以水泥生产过程中产生的温度波动大、温差大的各类废弃余热为主要能源、且自耗能低、投资低、运行成本低的水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，主要包括尾排风机、电动三通风阀、烟囱、烟气氧化净化器、膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO2循环捕集塔、余热蓄能装置、脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐、CO2高压泵、CO2蓄能装置、稳流器、涡轮机、发电机和回热器，所述电动三通风阀设于与窑尾除尘器相连的尾排风机和烟囱之间的烟气管道上，所述尾排风机的出气口与电动风阀的进气口相连通，电动三通风阀的第一排气口与烟气氧化净化器的烟气进口相连通，电动三通风阀的第二排气口与烟囱相连通，所述烟气氧化净化器的净化气出口和膜分离装置的气体进口相连通，所述膜分离装置的富N2出口与烟囱相连通，所述膜分离装置的富CO2出口与冷却器气体进口相连通，所述冷却器气体出口与烟气压缩机进口相连通，所述烟气压缩机出口与CO2循环捕集塔进气管道口相连通，所述CO2循环捕集塔的富N2排出管道出口与烟囱相连通，所述CO2循环捕集塔的CO2排出管道出口与脱水干燥器气体进口相连通，所述CO2循环捕集塔的热交换管道进口与余热蓄能装置的介质管道出口相连通，所述余热蓄能装置的介质管道进口与CO2循环捕集塔的热交换管道出口相连通，所述脱水干燥器气体出口与CO2冷却器气体进口相连通，CO2冷却器出口与CO2压缩机进口相连通，CO2压缩机出口与液化CO2储罐进口、回热器高压CO2流体进口相连通，回热器高压CO2流体出口与CO2蓄能装置进口相连通，CO2蓄能装置出口与稳流器的进口相连通，稳流器出口与涡轮机高压进口连通，涡轮机与发电机轴连接，涡轮机低压出口与回热器低压进口连通，回热器低压出口与CO2冷却器进口连通，液化CO2储罐出口与CO2高压泵进口相连通，CO2高压泵出口与CO2蓄能装置进口相连通。
进一步，所述的烟气氧化净化器为清除水泥窑炉烟气中所含SO2、NOx、氯化物、氟化物、碳氢化合物、重金属及粉尘污染物并净化分离固废与洁净气的装置，包括氧化净化与水气分离主体装置、氧化净化剂雾化喷淋装置、净化液循环喷淋装置、污水净化分离装置，所述氧化净化剂雾化喷淋装置与氧化净化与水气分离主体装置上部相连通，所述净化液循环喷淋装置与氧化净化与水气分离主体装置中部及污水净化分离装置相连通，所述污水净化分离装置与氧化净化与水气分离主体装置的底部相连通，污水净化分离装置分离出烟气净化产生的固体物并净化污水回用。
进一步，所述的膜分离装置为N2/CO2膜分离装置，以尾排风机鼓风传递的风压为正压力，以烟囱的负压抽吸力作为富N2侧的动力，以烟气压缩机的负压抽吸力作为富CO2侧的动力。
进一步，所述的CO2蓄能装置指以CO2为工质直接蓄集水泥生产过程中的窑头罩（700℃～1500℃）及篦冷机内（200℃～1350℃）热能和/或窑尾烟室（800℃～1200℃）热能和/或预热器下料管内（800℃～950℃）热能和/或回转窑高温胴体（300℃～500℃）辐射热和/或中高温废气余热（300℃～400℃）对超临界CO2流体蓄能。
进一步，所述的CO2循环捕集塔为2个以上并联以满足窑炉烟气CO2捕集能力，或2个以上串联以进一步提纯捕集的CO2，或并联+串联使用。
进一步，所述的CO2蓄能装置为2套以上并联或串联，或并联+串联使用。
进一步，所述的液化CO2储罐、CO2冷却器、CO2压缩机为2台以上并联或串联使用，或并联+串联使用。
本发明利用水泥生产过程工艺装备特点，针对现有水泥生产线窑尾烟气排放是先经窑尾收尘器收尘后，再经尾排风机、烟道送入70余米高的烟囱高空排放的情况，在尾排风机和烟囱之间的烟气管道上设置电动风阀，以正常运行的尾排风机的动力先将烟气连续送入烟气净化器脱除烟气中有害的污染物，并利用尾排风机鼓风传递的风压及现有的70余米高的烟囱自然形成的负压抽吸力及必要的冷却和压缩所产生的负压抽吸力解决膜分离CO2/N2所需的动力能耗；以富集的CO2连续气源作为CO2的捕集对象，大幅降低捕集难度，为选用较为经济的水合物法或物理-化学吸附法高效捕集CO2和降低捕集成本提供了条件；再者，以余热蓄能装置连续蓄集水泥生产线的大量中低温余热作为CO2捕集塔单元连续捕集CO2的主要能源，并以CO2蓄能装置直接蓄集熟料生产过程中的中高温热能作为超临界CO2发电的能源，且以稳流调节器解决好利用水泥生产中随窑况波动而温度波动和不同CO2蓄能装置产生的不同温度不同蓄能密度的超临界CO2流体不利于稳定发电的问题。
本发明的有益效果：
1）结合水泥生产线工艺装备特点，创造性的开发了一种水泥窑烟气CO2连续捕集及超临界CO2发电的装备系统，装备较简单，投资小，具有工业实用性。
2）利用水泥生产线废弃的大量余热作为CO2捕集的能源，并利用水泥生产过程中现有的正常运行的设备设施如窑尾风机、70余米高的烟囱等，且利用其正常的动力消耗作为主要动力，使得水泥窑烟气CO2捕集整个装备系统新增能耗极低，运营成本低，突破了现有CCS技术系统包括IGCC系统中CO2捕集的高投资、高能耗、高成本的瓶颈，也突破了随水泥窑况波动而温度波动及不同余热温度不同难以适应于需用换热器等压加热二氧化碳工质的要求。
3）可实现水泥生产对外界零电耗的需求，利于水泥企业实现“四零一负”的循环经济目标。
4）可大幅减少水泥生产过程中对环境造成的废气、废水、废热和粉尘污染，有效实现水泥生产的有效减排和低碳生产。
附图说明
图1 为本发明适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置示意图。
图2 为一种适应于水泥窑烟气含2套CO2循环捕集塔并联捕集、2套CO2蓄能装置并联应用发电的装置示意图。
图3 为一种适应于水泥窑烟气含2套CO2循环捕集塔串联捕集、2套CO2蓄能装置并联应用发电的装置示意图。
图4 为一种取消烟气净化和膜分离装置的CO2连续捕集及CO2发电的装置示意图。
图5 为一种双塔式CO2循环捕集塔的结构示意图。
图6 为一种连续式CO2吸收塔-再生塔的结构示意图。
图中：1-尾排风机，2-电动三通风阀，3-烟囱，4-烟气氧化净化器，401-氧化净化与水气分离主体装置，402-氧化净化剂雾化喷淋装置，403-净化液循环喷淋装置，404-污水净化分离装置，5-膜分离装置，6-冷却器，7-烟气压缩机，8-CO2循环捕集塔，8ˊ-第二CO2循环捕集塔，9-余热蓄能装置，9A-头排尾气蓄能装置，9B-窑尾废气蓄能装置，9C-窑胴体蓄能装置，9D-头排废气蓄能装置，10-脱水干燥器，11-CO2冷却器，12-CO2压缩机，13-液化CO2储罐，14-CO2高压泵，15-CO2蓄能装置，15A-窑尾烟室CO2蓄能装置，15B-窑头罩CO2蓄能装置，15C-预热器料管CO2蓄能装置，15D-篦冷机内置CO2蓄能装置，16-稳流器，17-涡轮机，18-回热器，19-发电机。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
参照图1，一种适应于水泥窑烟气中CO2连续捕集及CO2发电的装置，主要包括尾排风机1、电动三通风阀2、烟囱3、烟气氧化净化器4、膜分离装置5、冷却器6、烟气压缩机7、CO2循环捕集塔8、余热蓄能装置9、脱水干燥器10、CO2冷却器11、CO2压缩机12、液化CO2储罐 13、CO2高压泵14、CO2蓄能装置15、稳流器16、涡轮机17、回热器18和发电机19，所述电动三通风阀2设于与窑尾除尘器相连的尾排风机1和烟囱3之间的烟气管道上，所述尾排风机1的出气口与电动三通风阀2的进气口相连通，所述电动三通风阀2的第一排气口与烟气氧化净化器4的烟气进口相连通，所述电动三通风阀2的第二排气口与烟囱3相连通；所述烟气氧化净化器4的净化气出口和膜分离装置5的气体进口相连通，所述膜分离装置5的富N2出口与烟囱3相连通，所述膜分离装置5的富CO2出口与冷却器6气体进口相连通，所述冷却器6气体出口与烟气压缩机7进口相连通，所述烟气压缩机7出口与CO2循环捕集塔8进气管道口相连通，所述CO2循环捕集塔8的富N2排出管道出口与烟囱3相连通，所述CO2循环捕集塔8的CO2排出管道出口与脱水干燥器10气体进口相连通，所述CO2循环捕集塔8的热交换管道进口与余热蓄能装置9的介质管道出口相连通，所述余热蓄能装置9的介质管道进口与CO2循环捕集塔8的热交换管道出口相连通；所述脱水干燥器10气体出口与CO2冷却器11气体进口相连通，CO2冷却器11出口与CO2压缩机12进口相连通，CO2压缩机12出口与液化CO2储罐13进口、回热器18高压CO2流体进口相连通，回热器18高压CO2流体出口与CO2蓄能装置15进口相连通，CO2蓄能装置15出口与稳流器16的进口相连通，稳流器16出口与涡轮机17高压进口连通，涡轮机17与发电机19连接，涡轮机17低压出口与回热器18低压进口连通，回热器18低压出口与CO2冷却器11进口连通，液化CO2储罐13出口与CO2高压泵14进口相连通，CO2高压泵14出口与CO2蓄能装置15进口相连通。
所述的烟气氧化净化器4为清除水泥窑炉烟气中所含SO2、NOx、氯化物、氟化物、碳氢化合物、重金属及粉尘污染物并净化分离固废与洁净气的装置，包括氧化净化与水气分离主体装置401、氧化净化剂雾化喷淋装置402、净化液循环喷淋装置403、污水净化分离装置404，所述氧化净化剂雾化喷淋装置402与氧化净化与水气分离主体装置401上部相连通，所述净化液循环喷淋装置403与氧化净化与水气分离主体装置401中部及污水净化分离装置404相连通，所述污水净化分离装置404与氧化净化与水气分离主体装置401的底部相连通，所述污水净化分离装置404分离出烟气净化产生的固体物并净化污水回用。
所述的膜分离装置5为N2/CO2膜分离装置，以尾排风机1鼓风传递的风压为正压力，以烟囱3的负压抽吸力作为富N2侧的动力，以烟气压缩机7的负压抽吸力作为富CO2侧的动力。
所述的CO2循环捕集塔8，以余热蓄能装置9蓄集水泥生产过程中产生的废弃热能作为能源，循环捕释、分离排出富N2气流和纯CO2气流；所述的余热蓄能装置9指能蓄集水泥生产过程中产生的废气余热的蓄能装置。
所述的CO2蓄能装置15指以CO2为工质直接蓄集水泥生产过程中的窑头罩（700℃～1500℃）及篦冷机内（200℃～1350℃）热能和/或窑尾烟室（800℃～1200℃）热能和/或预热器下料管内（800℃～950℃）热能和/或回转窑高温胴体（300℃～500℃）辐射热和/或中高温废气余热（300℃～400℃）对超临界CO2流体蓄能。
实施例2
参照图2，一种适应于水泥窑烟气含2套CO2循环捕集塔并联捕集、2套CO2蓄能装置并联应用发电的装置，主要包括尾排风机1、电动三通风阀2、烟囱3、烟气氧化净化器4、膜分离装置5、冷却器6、烟气压缩机7、CO2循环捕集塔8、第二CO2循环捕集塔8ˊ、头排尾气蓄能装置9A、窑尾废气蓄能装置9B、脱水干燥器10、CO2冷却器11、第二CO2冷却器11ˊ、CO2压缩机12、第二CO2压缩机12ˊ、液化CO2储罐13、第二液化CO2储罐13ˊ、CO2高压泵14、窑尾烟室CO2蓄能装置15A、窑头罩CO2蓄能装置15B、稳流器16、涡轮机17、回热器18和发电机19，所述电动三通风阀2设于与窑尾除尘器相连的尾排风机1和烟囱3之间的烟气管道上，所述尾排风机1的出气口与电动三通风阀2的进气口相连通，所述电动三通风阀2的第一排气口与烟气氧化净化器4的烟气进口相连通，所述电动三通风阀2的第二排气口与烟囱3相连通，所述烟气氧化净化器4的净化气出口和膜分离装置5的气体进口相连通，所述膜分离装置5的富N2气体出口与烟囱3相连通，所述膜分离装置5的富CO2气体出口与冷却器6气体进口相连通，所述冷却器6气体出口与烟气压缩机7进口相连通，所述烟气压缩机7出口与CO2循环捕集塔8、第二CO2循环捕集塔8ˊ进气管道口相连通，所述CO2循环捕集塔8的富N2气体排出管道出口与烟囱3及第二CO2循环捕集塔8ˊ的富N2气体排出管道出口相连通，所述CO2循环捕集塔8的CO2气体排出管道出口与脱水干燥器10进口及第二CO2循环捕集塔8ˊ的CO2气体排出管道出口气体相连通，所述CO2循环捕集塔8的热交换管道进口与头排尾气蓄能装置9A的介质管道出口相连通，所述头排尾气蓄能装置9A的介质管道进口与CO2循环捕集塔8的热交换管道出口相连通，所述第二CO2循环捕集塔8ˊ的热交换管道进口与窑尾废气蓄能装置9B的介质管道出口相连通，所述窑尾废气蓄能装置9B的介质管道进口与第二CO2循环捕集塔8ˊ的热交换管道出口相连通，所述脱水干燥器10气体出口分别与CO2冷却器11气体进口、第二CO2冷却器11ˊ气体进口相连通，所述CO2冷却器11出口与CO2压缩机12进口相连通，所述CO2压缩机12出口分别与液化CO2储罐13进口、回热器18高压流体进口连通，，第二CO2冷却器11ˊ气体出口分别与CO2冷却器11进口及第二CO2压缩机12ˊ进口连通，第二CO2压缩机12ˊ出口与第二液化CO2储罐13ˊ进口连通，所述液化CO2储罐13出口与CO2高压泵14进口相连通，所述CO2高压泵14出口及回热器18高压流体出口分别与窑尾烟室CO2蓄能装置15A进口、窑头罩CO2蓄能装置15B进口连通，所述窑尾烟室CO2蓄能装置15A出口、窑头罩CO2蓄能装置15B出口分别与稳流器16的进口连通，所述稳流器16出口与涡轮机17入口连通，所述涡轮机17与发电机19连接，带余热的CO2经回热器18进行热交换后，进入CO2冷却器11循环。
所述的CO2循环捕集塔8、第二CO2循环捕集塔8ˊ分别由头排尾气蓄能装置9A、窑尾废气蓄能装置9B提供所需能量，所述头排尾气蓄能装置9A、窑尾废气蓄能装置9B以余热蓄能的方式蓄集水泥生产过程中产生的废气余热（100℃～400℃）及辐射热（150℃～500℃）作为连续式CO2捕集塔内热交换装置的能源。
所述的CO2循环捕集塔8、第二CO2循环捕集塔8ˊ并联布置，可以倍增富CO2烟气的处理量，有效提高CO2收集效率。
所述的窑尾烟室CO2蓄能装置15A、窑头罩CO2蓄能装置15B并联布置，提高水泥生产线的余热收集，提高能源回收利用率。
实施例3
参照图3，含2套CO2循环捕集塔串联适应于水泥窑烟气中CO2连续捕集及发电的装备系统，主要包括尾排风机1、电动三通风阀2、烟囱3、烟气氧化净化器4、膜分离装置5、冷却器6、烟气压缩机7、CO2循环捕集塔8、第二CO2循环捕集塔8ˊ、窑胴体蓄能装置9C、头排废气蓄能装置9D、脱水干燥器10、CO2冷却器11、CO2压缩机12、液化CO2储罐13、CO2高压泵14、预热器料CO2蓄能装置15C、篦冷机内置CO2蓄能装置15D、稳流器16、涡轮机17、发电机19和回热器18，所述电动三通风阀2置于与窑尾除尘器相连的尾排风机1和烟囱3之间的烟气管道上，所述尾排风机1的出气口与电动三通风阀2的进气口相连通，所述电动三通风阀2的第一排气口与烟气氧化净化器4的烟气进口相连通，所述电动三通风阀2的第二排气口与烟囱3相连通，所述烟气氧化净化器4的净化气出口和膜分离装置5的气体进口相连通，所述膜分离装置5的富N2气体出口与烟囱3相连通，所述膜分离装置5的富CO2气体出口与冷却器6气体进口相连通，冷却器6气体出口与烟气压缩机7进口相连通，所述烟气压缩机7出口与CO2循环捕集塔8进气管道口相连通，CO2循环捕集塔8的富N2气体排出管道出口与烟囱3及第二CO2循环捕集塔8ˊ的纯N2气体排出管道出口相连通，CO2循环捕集塔8的CO2气体排出管道出口与第二CO2循环捕集塔8ˊ进气管道口相连通，第二CO2循环捕集塔8ˊ的CO2气体排出管道出口气体与脱水干燥器10进口相连通，所述CO2循环捕集塔8的热交换管道进口与窑胴体蓄能装置9C的介质管道出口相连通，窑胴体蓄能装置9C的介质管道进口与CO2循环捕集塔8的热交换管道出口相连通，所述第二CO2循环捕集塔8ˊ热交换管道进口与头排废气蓄能装置9D的介质管道出口相连通，头排废气蓄能装置9D的介质管道进口与第二CO2循环捕集塔8ˊ的热交换管道出口相连通，脱水干燥器10气体出口与CO2冷却器11气体进口相连通，CO2冷却器11出口与CO2压缩机12进口相连通，CO2压缩机12出口分别与液化CO2储罐13进口、回热器18高压流体进口相连通，液化CO2储罐13出口与CO2高压泵14进口相连通，CO2高压泵14出口、回热器18高压流体出口分别与预热器料管CO2蓄能装置15C进口、篦冷机内置CO2蓄能装置15D进口连通，，预热器料管CO2蓄能装置15C出口、篦冷机内置CO2蓄能装置15D出口分别与稳流器16的进口连通，稳流器16出口与涡轮机17进口连通，所述涡轮机17与发电机19发电，带余热的CO2经回热器18进行热交换后，进入CO2冷却器11循环。
所述的CO2循环捕集塔8、第二CO2循环捕集塔8ˊ分别单独由窑胴体蓄能装置9C、头排废气蓄能装置9D提供CO2收集所需能量。
所述的CO2循环捕集塔8、第二CO2循环捕集塔8ˊ串联布置，可以有效提高CO2收集的纯度。
所述的预热器料管CO2蓄能装置15C、篦冷机内置CO2蓄能装置15D并联布置，以提高水泥生产线的余热收集，提高能源回收利用率。
实施例4
参照图4，一种取消烟气净化和膜分离装置的CO2连续捕集及发电的装置；主要包括尾排风机1、电动三通风阀2、烟囱3、冷却器6、烟气压缩机7、CO2循环捕集塔8、第二CO2循环捕集塔8ˊ、窑尾废气蓄能装置9B、头排废气蓄能装置9D、脱水干燥器10、CO2冷却器11、CO2压缩机12、液化CO2储罐13、CO2高压泵14、预热器料管CO2蓄能装置15C、窑尾烟室CO2蓄能装置15A、稳流器16、涡轮机17和回热器18，所述电动三通风阀2设于与窑尾除尘器相连的尾排风机1和烟囱3之间的烟气管道上，尾排风机1的出气口与电动三通风阀2的进气口相连通，电动三通风阀2的第一排气口与烟囱3相连通，电动三通风阀2的第二排气口与冷却器6的进口相连通，冷却器6气体出口与烟气压缩机7进口相连通，烟气压缩机7出口与CO2循环捕集塔8进气管道口相连通，CO2循环捕集塔8的富N2气体排出管道出口与烟囱3及第二CO2循环捕集塔8ˊ的纯N2气体排出管道出口相连通，CO2循环捕集塔8的CO2气体排出管道出口与第二CO2循环捕集塔8ˊ进气管道口相连通，第二CO2循环捕集塔8ˊ的CO2气体排出管道出口气体与脱水干燥器10进口相连通，CO2循环捕集塔8的热交换管道进口与窑尾废气蓄能装置9B的介质管道出口相连通，窑尾废气蓄能装置9B的介质管道进口与CO2循环捕集塔8的热交换管道出口相连通，第二CO2循环捕集塔8ˊ的热交换管道进口与头排废气蓄能装置9D的介质管道出口相连通，头排废气蓄能装置9D的介质管道进口与第二CO2循环捕集塔8ˊ的热交换管道出口相连通，脱水干燥器10气体出口与CO2冷却器11气体进口相连通，CO2冷却器11出口与CO2压缩机12进口相连通，CO2压缩机12出口分别与液化CO2储罐13进口、回热器18高压流体进口相连通，液化CO2储罐13出口与CO2高压泵14进口相连通，CO2高压泵14出口、回热器18高压流体出口分别与预热器料管CO2蓄能装置15C进口、窑尾烟室CO2蓄能装置15A进口连通，预热器料管CO2蓄能装置15C出口、窑尾烟室CO2蓄能装置15A出口分别与稳流器16的进口连通，稳流器16出口与涡轮机17进口连通，高温高压CO2通过涡轮机17驱动发电机组19发电，带余热的CO2经回热器18进行热交换后，进入CO2冷却器11循环。
以上各实施例中，所述CO2循环捕集塔为双塔式CO2循环捕集塔，如图5所示，由结构相同的CO2循环捕集器ⅠA、CO2循环捕集器ⅡB并联构成，所述CO2循环捕集器ⅠA包括气液分离器ⅠA1、捕集剂雾化喷淋装置ⅠA2、丝网捕集床ⅠA3、热交换装置ⅠA4、烟气进入与布气装置ⅠA5、富N2排出装置ⅠA6、CO2排出装置ⅠA7和温压感应装置ⅠA8，所述气液分离器ⅠA1、捕集剂雾化喷淋装置ⅠA2设在CO2循环捕集器ⅠA上部，所述丝网捕集床ⅠA3设在CO2循环捕集器ⅠA中部，所述热交换装置ⅠA4设在CO2循环捕集器ⅠA下部，所述烟气进入与布气装置ⅠA5设在CO2循环捕集器ⅠA底部，所述富N2排出装置ⅠA6、CO2排出装置ⅠA7和温压感应装置ⅠA8设在CO2循环捕集器ⅠA顶部，所述CO2循环捕集器ⅡB包括气液分离器ⅡB1、捕集剂雾化喷淋装置ⅡB2、丝网捕集床ⅡB3、热交换装置ⅡB4、烟气进入与布气装置ⅡB5、富N2排出装置ⅡB6、CO2排出装置ⅡB7和温压感应装置ⅡB8，所述CO2循环捕释器ⅠA和循环捕释器ⅡB的相应装置同步切换，实现烟气流从CO2循环捕集塔的烟气进口总管连续进入，富N2气流及CO2气流从相应的排气总管出口连续排出。
以上各实施例中，所述CO2循环捕集塔可为连续式CO2吸收塔-再生塔，如图6所示，包括连续式CO2吸收塔P、再生塔R、冷/热液换热器S，连续式CO2吸收塔P和再生塔R通过冷/热液换热器S相连，连续式CO2吸收塔P中连续排出的冷富液与再生塔R中连续排出的热贫液经冷/热液换热器S热交换后，预热的富液送入再生塔R释放出CO2，冷却降温的贫液送回CO2吸收塔P内继续吸收烟气中的CO2，CO2捕集剂在连续式CO2吸收塔P和再生塔R中连续循环；
所述的连续式CO2吸收塔P主要包括布气与排液结构P1、冷却装置P2、丝网捕集床ⅢP3、捕集剂雾化喷淋装置ⅢP4、液气分离装置P5、富N2排放装置P6和温压感应装置ⅢP7，所述布气与排液结构P1设在吸收塔P的底部，与吸收塔P内相连通，所述富N2排放装置P6、温压感应装置ⅢP7固定在吸收塔P的顶部，与吸收塔P内相连通，所述冷却装置P2固定在吸收塔P内的下部，所述丝网捕集床ⅢP3、捕集剂雾化喷淋装置ⅢP4依次固定在吸收塔P内的中部，所述液气分离装置P5固定在吸收塔P内的最上部；所述烟气经布气与排液结构P1压入CO2吸收塔P内向上依次经过冷却装置P2、丝网捕集床ⅢP3与捕集剂雾化喷淋装置ⅢP4喷出的捕集剂液逆向交流，烟气中的CO2与水合捕集剂液化学反应形成CO2水合物，并放出热量，水合反应放出的热量经冷却装置移走，余量的富N2气体继续向上经液气分离装置P5脱除液体后，经富N2排放装置P6排出；
所述的再生塔R为两级脱碳装置，主要包括脱碳喷淋装置R1、加热装置R2、脱碳循环喷淋装置R3、液气分离装置R4、丝网除雾器R5、CO2排出机构R6和温压感应装置ⅣR7，所述CO2排出机构R6、温压感应装置ⅣR7固定在再生塔R的顶部，与再生塔R内相连通，所述丝网除雾器R5、液气分离装置R4依次固定在再生塔R内的顶部，所述脱碳喷淋装置R1和脱碳循环喷淋装置R3固定在再生塔R内的上部，所述加热装置R2固定在再生塔R内的中部，来自吸收塔P的富液经脱碳喷淋装置R1连续喷入再生塔R内的第一级脱碳装置中被加热装置R2加热释放出大部CO2转为半贫液，半贫液从第一级脱碳装置的底部排出经碳循环喷淋装置R3连续入再生塔R内的第二级脱碳装置中被加热装置R2加热释放出CO2转为贫液，贫液从第二级脱碳装置的底部排出后经冷/热液换热器S降温后，经捕集剂雾化喷淋装置ⅢP4连续喷入CO2吸收塔P中捕捉CO2。

Claims (7)

1.适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，其特征在于，主要包括尾排风机、电动三通风阀、烟囱、烟气氧化净化器、膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO2循环捕集塔、余热蓄能装置、脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐、CO2高压泵、CO2蓄能装置、稳流器、涡轮机、发电机和回热器，所述电动三通风阀设于与窑尾除尘器相连的尾排风机和烟囱之间的烟气管道上，所述尾排风机的出气口与电动风阀的进气口相连通，电动三通风阀的第一排气口与烟气氧化净化器的烟气进口相连通，电动三通风阀的第二排气口与烟囱相连通，所述烟气氧化净化器的净化气出口和膜分离装置的气体进口相连通，所述膜分离装置的富N2出口与烟囱相连通，所述膜分离装置的富CO2出口与冷却器气体进口相连通，所述冷却器气体出口与烟气压缩机进口相连通，所述烟气压缩机出口与CO2循环捕集塔进气管道口相连通，所述CO2循环捕集塔的富N2排出管道出口与烟囱相连通，所述CO2循环捕集塔的CO2排出管道出口与脱水干燥器气体进口相连通，所述CO2循环捕集塔的热交换管道进口与余热蓄能装置的介质管道出口相连通，余热蓄能装置的介质管道进口与CO2循环捕集塔的热交换管道出口相连通，所述脱水干燥器气体出口与CO2冷却器气体进口相连通，CO2冷却器出口与CO2压缩机进口相连通，CO2压缩机出口与液化CO2储罐进口、回热器高压CO2流体进口相连通，回热器高压CO2流体出口与CO2蓄能装置进口相连通， CO2蓄能装置出口与稳流器的进口相连通，稳流器出口与涡轮机高压进口连通，涡轮机与发电机轴连接，涡轮机低压出口与回热器低压进口连通，回热器低压出口与CO2冷却器进口连通，液化CO2储罐出口与CO2高压泵进口相连通，CO2高压泵出口与CO2蓄能装置进口相连通。
2.根据权利要求1所述的适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，其特征在于，所述的烟气氧化净化器为清除水泥窑炉烟气中所含SO2、NOx、氯化物、氟化物、碳氢化合物、重金属及粉尘污染物并净化分离固废与洁净气的装置，包括氧化净化与水气分离主体装置、氧化净化剂雾化喷淋装置、净化液循环喷淋装置、污水净化分离装置，所述氧化净化剂雾化喷淋装置与氧化净化与水气分离主体装置上部相连通，所述净化液循环喷淋装置与氧化净化与水气分离主体装置中部及污水净化分离装置相连通，所述污水净化分离装置与氧化净化与水气分离主体装置的底部相连通，污水净化分离装置分离出烟气净化产生的固体物并净化污水回用。
3.根据权利要求1或2所述的适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，其特征在于，所述的膜分离装置为N2/CO2膜分离装置，以尾排风机鼓风传递的风压为正压力，以烟囱的负压抽吸力作为富N2侧的动力，以烟气压缩机的负压抽吸力作为富CO2侧的动力。
4.根据权利要求1或2所述的适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，其特征在于，所述的CO2蓄能装置指以CO2为工质直接蓄集水泥生产过程中的窑头罩及篦冷机内热能和/或窑尾烟室热能和/或预热器下料管内热能和/或回转窑高温胴体辐射热和/或中高温废气余热对超临界CO2流体蓄能。
5.根据权利要求1或2所述的适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，其特征在于，所述的CO2循环捕集塔为2个以上并联以满足窑炉烟气CO2捕集能力，或2个以上串联以进一步提纯捕集的CO2，或并联+串联使用。
6.根据权利要求1或2所述的适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，其特征在于，所述的CO2蓄能装置为2套以上并联或串联，或并联+串联使用。
7.根据权利要求1所述的适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置，其特征在于，所述的液化CO2储罐、CO2冷却器、CO2压缩机为2台以上并联或串联使用，或并联+串联使用。
CN201710251794.2A 2017-04-18 2017-04-18 适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置 Active CN106914117B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710251794.2A CN106914117B (zh) 2017-04-18 2017-04-18 适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710251794.2A CN106914117B (zh) 2017-04-18 2017-04-18 适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106914117A true CN106914117A (zh) 2017-07-04
CN106914117B CN106914117B (zh) 2022-08-12

Family

ID=59568834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710251794.2A Active CN106914117B (zh) 2017-04-18 2017-04-18 适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106914117B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110080843A (zh) * 2019-05-28 2019-08-02 西安热工研究院有限公司 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法
CN110921667A (zh) * 2019-12-27 2020-03-27 天津健威泽节能环保科技股份有限公司 一种水泥熟料生产线捕集纯化二氧化碳的系统及实现方法
CN111076536A (zh) * 2019-12-27 2020-04-28 天津健威泽节能环保科技股份有限公司 煅烧碳酸盐矿物的外热式旋窑和余热收回系统及实现方法
CN113251814A (zh) * 2021-06-25 2021-08-13 安徽碳零环保科技有限公司 水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯co2的装置及方法
CN114087901A (zh) * 2020-08-05 2022-02-25 中节能国机联合电力(宁夏)有限公司 一种高温烟气储热系统
CN115608112A (zh) * 2022-11-22 2023-01-17 广东捷玛节能科技股份有限公司 一种基于烟气co2净化的再生节能工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007092084A2 (en) * 2005-12-21 2007-08-16 Callahan Richard A Integrated gasification combined cycle synthesis gas membrane process
CN103372365A (zh) * 2013-07-04 2013-10-30 天津大学 水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置
CN103628982A (zh) * 2013-11-27 2014-03-12 暨南大学 利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法及其系统
CN104791204A (zh) * 2015-03-24 2015-07-22 西安交通大学 一种地热、燃气以及超临界二氧化碳联合发电系统
CN105126551A (zh) * 2015-09-11 2015-12-09 东南大学 一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中co2的装置及方法
CN206642578U (zh) * 2017-04-18 2017-11-17 长沙紫宸科技开发有限公司 一种适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007092084A2 (en) * 2005-12-21 2007-08-16 Callahan Richard A Integrated gasification combined cycle synthesis gas membrane process
CN103372365A (zh) * 2013-07-04 2013-10-30 天津大学 水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置
CN103628982A (zh) * 2013-11-27 2014-03-12 暨南大学 利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法及其系统
CN104791204A (zh) * 2015-03-24 2015-07-22 西安交通大学 一种地热、燃气以及超临界二氧化碳联合发电系统
CN105126551A (zh) * 2015-09-11 2015-12-09 东南大学 一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中co2的装置及方法
CN206642578U (zh) * 2017-04-18 2017-11-17 长沙紫宸科技开发有限公司 一种适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110080843A (zh) * 2019-05-28 2019-08-02 西安热工研究院有限公司 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法
CN110080843B (zh) * 2019-05-28 2023-11-10 西安热工研究院有限公司 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法
CN110921667A (zh) * 2019-12-27 2020-03-27 天津健威泽节能环保科技股份有限公司 一种水泥熟料生产线捕集纯化二氧化碳的系统及实现方法
CN111076536A (zh) * 2019-12-27 2020-04-28 天津健威泽节能环保科技股份有限公司 煅烧碳酸盐矿物的外热式旋窑和余热收回系统及实现方法
CN114087901A (zh) * 2020-08-05 2022-02-25 中节能国机联合电力(宁夏)有限公司 一种高温烟气储热系统
CN114087901B (zh) * 2020-08-05 2024-04-23 中节能国机联合电力(宁夏)有限公司 一种高温烟气储热系统
CN113251814A (zh) * 2021-06-25 2021-08-13 安徽碳零环保科技有限公司 水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯co2的装置及方法
CN113251814B (zh) * 2021-06-25 2023-01-06 安徽碳零环保科技有限公司 水泥窑炉烟气余热制冷辅助回收制取高纯co2的装置及方法
CN115608112A (zh) * 2022-11-22 2023-01-17 广东捷玛节能科技股份有限公司 一种基于烟气co2净化的再生节能工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN106914117B (zh) 2022-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106914116B (zh) 一种适应于水泥窑烟气中二氧化碳捕集与发电的方法
CN106914117A (zh) 适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置
CN106014512B (zh) 一种基于超临界二氧化碳的煤基燃料纯氧燃烧发电系统及方法
CN106823754A (zh) 一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中co2的装备系统
CN106955569B (zh) 一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中co2的方法
CN206823510U (zh) 一种适用于水泥窑烟气中co2连续捕集的装备系统
CN107859539B (zh) 一种集成碳捕集的二氧化碳双布雷顿循环发电系统
CN207598304U (zh) 一种带有碳捕集功能的超临界二氧化碳双布雷顿循环发电装置
CN107115776A (zh) 一种适用于水泥窑烟气中co2连续捕集的装备系统
CN108136321A (zh) 用于co2捕集的方法和设备
CN109372636A (zh) 一种零碳排放的三循环整体煤气化燃料电池发电系统及方法
CN106438043A (zh) 一种基于超临界二氧化碳的煤基燃料化学链燃烧发电系统及方法
CN105909330A (zh) 一种基于有机朗肯循环的烟气余热回收及烟气处理系统
CN208982172U (zh) 一种零碳排放的三循环整体煤气化燃料电池发电系统
CN206652383U (zh) 一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中co2的装备系统
CN106837439A (zh) 太阳能有机朗肯循环辅助的真空变压变温耦合吸附碳捕集系统
CN108926964A (zh) 一种热力发电厂分时二氧化碳捕集存储系统
CN210292927U (zh) 火电厂烟气余热回收及消白烟装置
CN206642578U (zh) 一种适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置
CN206572540U (zh) 一种两级烟气降温和余热回收系统
CN108644017A (zh) 基于热集成的零碳排igcc发电系统及方法
CN107165688A (zh) 一种利用燃气和蒸汽联合发电的设备及方法
CN205779062U (zh) 一种基于超临界二氧化碳的煤基燃料纯氧燃烧发电系统
CN103265976B (zh) 常压富氧连续气化-燃气蒸汽联合发电供热方法和设备
CN107557088B (zh) 一种气体水合物分解及反应液回收装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant