CN110315633A - 水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的方法及装置，将水泥混凝土制品放入碳化养护室，将水泥窑富氧燃烧产生的尾气直接通入碳化养护室内对水泥混凝土制品进行养护，尾气中CO₂含量不低于60％、NOx和SOx含量不高于2％，水泥混凝土制品的最大厚度不超过200mm，养护时，碳化养护室内气体压力为1个大气压、湿度为50‑85％、温度为40‑90℃、二氧化碳浓度不低于60％，养护时间根据水泥混凝土制品厚度在5h‑24h范围内调节。本发明直接利用水泥窑富氧燃烧尾气提高水泥混凝土制品的强度，省去了液化分离‑回收利用的工序，加快了碳化反应，降低了NOx和SOx含量。

Description

水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的方法及装置

技术领域

本发明属于富氧燃烧领域，具体涉及一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的方法及装置。

背景技术

富氧燃烧技术是指用比通常空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，也称O₂/CO₂燃烧技术、空气分离/烟气再循环技术，它是一项高效节能的燃烧技术，在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用。富氧燃烧对所有燃料(包括气体、液体和固体)和工业锅炉均适用，既能提高劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能，广义上讲凡是用空气参与反应的均可用富氧代替。

据报道，我国现有各种工业炉窑约80万台，年耗用燃料约3亿多吨标准煤，其中水泥回转炉窑每年消耗煤炭2.3亿吨，如果富氧燃烧技术在10％的工业炉窑上推广使用，平均节煤率按10％计算，年可节约标准燃煤300万吨，每吨标准煤按980元计算，年可产生社会经济效益29.4亿元，同时还可以减少排放烟气量4254万吨，减少排放二氧化碳750万吨。2011年4月1日，国内首台应用于水泥回转窑的富氧助燃节能装置在烟台海洋水泥有限公司正式投入运行，监测结果显示，在不增加燃料的前提下，炉窑火焰温度相对提高了200℃，经烟台海洋水泥有限公司运行对比测试，可节约燃煤11.19％，节能率达到10.03％。

由于富氧燃烧技术是用从空气中分离的O₂与再循环的烟气混合作为煤粉燃烧的氧化剂，使得燃烧尾气中的CO₂浓度达到70％以上，经脱水后可以达到95％。因此，通常把富集后的CO₂直接进行液化分离，进而回收利用。将二氧化碳分离、液化、储存是一种高效处理碳排放的手段，并且有利于二氧化碳的循环再利用，例如发明专利CN 103277980 B公开了“一种部分富氧燃烧结合氮氧分离的二氧化碳捕捉装置”，结合了二氧化碳及相关混合物的物理性质的研究，通过低温的方式首先进行气液分离，得到部分液态二氧化碳，对剩余的混合气体继续降温凝华分离二氧化碳，有效的提高了二氧化碳的捕集纯度。实用新型专利CN203848316 U公开了“一种富氧燃烧及二氧化碳捕集系统”，将二氧化碳冷凝、精制。发明专利CN 104556882 B公开了“一种利用建筑材料制造具有碳封存功能的水泥混凝土制品的方法”利用商品级高纯度二氧化碳养护水泥混凝土制品。

上述对富氧燃烧尾气的利用存在以下问题：需要对富氧燃烧尾气进行提纯处理后才能进行后续利用，增加了工艺环节，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的方法及装置，本发明直接利用水泥窑富氧燃烧尾气提高水泥混凝土制品的强度，省去了液化分离-回收利用的工序，加快了碳化反应，降低了NOx和SOx含量。

本发明所采用的技术方案是：

一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的方法，将水泥混凝土制品放入碳化养护室，将水泥窑富氧燃烧产生的尾气直接通入碳化养护室内对水泥混凝土制品进行养护，尾气中CO₂含量不低于60％、NOx和SOx含量不高于2％，水泥混凝土制品的最大厚度不超过200mm，养护时，碳化养护室内气体压力为1个大气压、湿度为50-85％、温度为40-90℃、二氧化碳浓度不低于60％，养护时间根据水泥混凝土制品厚度在5h-24h范围内调节。

一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的装置，包括尾气分流装置、尾气净化装置、主尾气管道、CO₂储存器和若干个碳化养护室，碳化养护室上设有尾气入口、尾气出口、气体浓度传感器、温湿度传感器、增湿器和控温器，碳化养护室内设有能进出的运输车，运输车上设有若干个水泥混凝土制品固定机构，尾气分流装置入口用于接收水泥窑富氧燃烧尾气、出口通过带有阀门的支管道分别接入主尾气管道入口和所有的尾气入口，主尾气管道出口和所有的尾气出口汇入尾气净化装置，尾气净化装置出口接入CO₂储存器。

进一步地，运输车包括镂空的平板和设在平板下部的行走机构，水泥混凝土制品固定机构设在平板上部。

进一步地，运输车配合在轨道上，轨道从碳化养护室外延伸至碳化养护室内。

进一步地，水泥混凝土制品固定机构包括成对的能相互移动并锁紧的夹块。

进一步地，尾气入口和尾气出口分别位于碳化养护室上部的上游和下游，气体浓度传感器、温湿度传感器、增湿器和控温器位于碳化养护室上部的中游。

进一步地，碳化养护室为2-6个。

本发明的有益效果是：

水泥混凝土制品中的水化产物和未水化的水泥熟料矿物在有水存在的情况下可以和CO₂发生反应，吸收掉CO₂生成碳酸钙等碳酸盐矿物，在这一过程中，水泥混凝土制品内部结构更加密实，力学性能和抗渗性能得到大幅度提高；本方法不是利用商品级高纯度二氧化碳，而是直接利用水泥窑富氧燃烧尾气，对水泥混凝土制品进行养护，省去了液化分离-回收利用的工序；水泥窑富氧燃烧尾气二氧化碳含量高，直接利用时，温度也高，有利于碳化反应快速进行；养护时，由于NOx和SOx酸性远高于CO₂，因此尾气中的NOx和SOx会优先被混凝土吸收，从而大大降低NOx和SOx含量，减少后续尾气净化工序中的化学原料使用成本。

尾气分流装置的作用是将水泥窑富氧燃烧尾气分流给碳化养护室，水泥窑富氧燃烧尾气的产量一般较大，当需要养护的水泥混凝土制品量少时，只需要部分尾气，通过调节各支管道上的阀门即可调整接入各碳化养护室的尾气量，主尾气管道出口和所有的尾气出口汇入尾气处理装置，用于平衡室内外气压，气体浓度传感器主要监测碳化养护室内CO₂浓度，当浓度低于养护要求时，调节相应阀门即可，温湿度传感器、增湿器和控温器相互配合，维持碳化养护室内合适的温湿度。

附图说明

图1是本发明实施例的工艺流程图。

图2是本发明实施例中碳化养护室的示意图。

图中：1-碳化养护室；2-运输车；3-水泥混凝土制品；4-水泥混凝土制品固定机构；5-尾气入口；6-增湿器；7-气体浓度传感器；8-温湿度传感器；9-控温器；10-尾气出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的方法，将水泥混凝土制品3放入碳化养护室1，将水泥窑富氧燃烧产生的尾气直接通入碳化养护室1内对水泥混凝土制品3进行养护，尾气中CO₂含量不低于60％、NOx和SOx含量不高于2％，水泥混凝土制品3的最大厚度不超过200mm，养护时，碳化养护室1内气体压力为1个大气压、湿度为50-85％、温度为40-90℃、二氧化碳浓度不低于60％，养护时间根据水泥混凝土制品3厚度在5h-24h范围内调节(如，100mm厚度的普通混凝土制品需要10h左右的碳化养护)。水泥混凝土制品3中的水化产物和未水化的水泥熟料矿物在有水存在的情况下可以和CO₂发生反应，吸收掉CO₂生成碳酸钙等碳酸盐矿物，在这一过程中，水泥混凝土制品3内部结构更加密实，力学性能和抗渗性能得到大幅度提高；本方法不是利用商品级高纯度二氧化碳，而是直接利用水泥窑富氧燃烧尾气，对水泥混凝土制品3进行养护，省去了液化分离-回收利用的工序；水泥窑富氧燃烧尾气二氧化碳含量高，直接利用时，温度也高，有利于碳化反应快速进行；养护时，由于NOx和SOx酸性远高于CO₂，因此尾气中的NOx和SOx会优先被混凝土吸收，从而大大降低NOx和SOx含量，减少后续尾气净化工序中的化学原料使用成本。

如图1和图2所示，一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的装置，包括尾气分流装置、尾气净化装置、主尾气管道、CO₂储存器和若干个碳化养护室1(碳化养护室1采用2-6个较为适宜，在本实施例中，碳化养护室1为4个)，碳化养护室1上设有尾气入口5、尾气出口10、气体浓度传感器7、温湿度传感器8、增湿器6和控温器9，碳化养护室1内设有能进出的运输车2，运输车2上设有若干个水泥混凝土制品固定机构4，尾气分流装置入口用于接收水泥窑富氧燃烧尾气、出口通过带有阀门的支管道分别接入主尾气管道入口和所有的尾气入口5，主尾气管道出口和所有的尾气出口10汇入尾气净化装置，尾气净化装置出口接入CO₂储存器。尾气分流装置的作用是将水泥窑富氧燃烧尾气分流给碳化养护室1，水泥窑富氧燃烧尾气的产量一般较大，当需要养护的水泥混凝土制品3量少时，只需要部分尾气，通过调节各支管道上的阀门即可调整接入各碳化养护室1的尾气量，主尾气管道出口和所有的尾气出口10汇入尾气处理装置，用于平衡室内外气压，气体浓度传感器7主要监测碳化养护室1内CO₂浓度，当浓度低于养护要求时，调节相应阀门即可，温湿度传感器8、增湿器6和控温器9相互配合，维持碳化养护室1内合适的温湿度。

如图2所示，在本实施例中，运输车2包括镂空的平板和设在平板下部的行走机构，水泥混凝土制品3固定机构设在平板上部。运输车2采用平板结构，高度低，方便安装较长尺寸的水泥混凝土制品3。

如图2所示，在本实施例中，运输车2配合在轨道上，轨道从碳化养护室1外延伸至碳化养护室1内，采用轨道式，方便顺利进出。

如图2所示，在本实施例中，水泥混凝土制品3固定机构包括成对的能相互移动并锁紧的夹块。

如图2所示，在本实施例中，尾气入口5和尾气出口10分别位于碳化养护室1上部的上游和下游，使得尾气在碳化养护室1内的运动路径较长，气体浓度传感器7、温湿度传感器8、增湿器6和控温器9位于碳化养护室1上部的中游，检测数据接近真实，控制效果好。

本发明的应用例1；

某富氧燃烧水泥窑尾气，其CO₂含量为90％，NOx和SOx含量0.83％，需要碳化养护的水泥混凝土制品3为管桩，该管桩已经经过蒸汽养护，其最大厚度13cm，通过尾气分流装置加装4个碳化养护室1，将5根管桩平放在运输车2的平板上并固定，推入室内，控制室内温度80±8℃、湿度75±5％、CO₂浓度80-90％，通过8h的碳化养护后，经检测，管桩的抗渗性能(通过吸水率表征)提高60％，耐压强度提升20％，且尾气经过碳化养护后，NOx和SOx含量降至0.11％。

本发明的应用例2；

某富氧燃烧水泥窑尾气，其CO₂含量为70％，NOx和SOx含量1.6％，需要碳化养护的水泥混凝土制品3为装配式建筑板墙，装配式建筑板墙已经经过7天标准养护，其最大厚度15cm，通过尾气分流装置加装2个碳化养护室1，将装配式建筑板墙直立放置于运输车2的平板上并固定，推入室内，控制室内温度70±8℃、湿度85±5％、CO₂浓度60-70％，通过10h的碳化养护后，经检测，装配式建筑板墙的耐压强度提升28％。

本发明的应用例3；

某富氧燃烧水泥窑尾气，其CO₂含量为60％，NOx和SOx含量1.9％，需要碳化养护的水泥混凝土制品3为人行道砖，人行道砖已经经过1天标准养护，其最大厚度10cm，通过尾气分流装置加装2个碳化养护室1，将人行道砖直立放置于运输车2的平板上并固定，推入室内，控制室内温度74±8℃、湿度75±5％、CO₂浓度55-60％，通过12h的碳化养护后，经检测，人行道砖的耐压强度提升35％。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的方法，其特征在于：将水泥混凝土制品放入碳化养护室，将水泥窑富氧燃烧产生的尾气直接通入碳化养护室内对水泥混凝土制品进行养护，尾气中CO₂含量不低于60％、NOx和SOx含量不高于2％，水泥混凝土制品的最大厚度不超过200mm，养护时，碳化养护室内气体压力为1个大气压、湿度为50-85％、温度为40-90℃、二氧化碳浓度不低于60％，养护时间根据水泥混凝土制品厚度在5h-24h范围内调节。

2.一种水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的装置，其特征在于：包括尾气分流装置、尾气净化装置、主尾气管道、CO₂储存器和若干个碳化养护室，碳化养护室上设有尾气入口、尾气出口、气体浓度传感器、温湿度传感器、增湿器和控温器，碳化养护室内设有能进出的运输车，运输车上设有若干个水泥混凝土制品固定机构，尾气分流装置入口用于接收水泥窑富氧燃烧尾气、出口通过带有阀门的支管道分别接入主尾气管道入口和所有的尾气入口，主尾气管道出口和所有的尾气出口汇入尾气净化装置，尾气净化装置出口接入CO₂储存器。

3.如权利要求2所述的水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的装置，其特征在于：运输车包括镂空的平板和设在平板下部的行走机构，水泥混凝土制品固定机构设在平板上部。

4.如权利要求2或3所述的水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的装置，其特征在于：运输车配合在轨道上，轨道从碳化养护室外延伸至碳化养护室内。

5.如权利要求1所述的水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的装置，其特征在于：水泥混凝土制品固定机构包括成对的能相互移动并锁紧的夹块。

6.如权利要求1所述的水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的装置，其特征在于：尾气入口和尾气出口分别位于碳化养护室上部的上游和下游，气体浓度传感器、温湿度传感器、增湿器和控温器位于碳化养护室上部的中游。

7.如权利要求1所述的水泥窑富氧燃烧尾气养护水泥混凝土制品的装置，其特征在于：碳化养护室为2-6个。