CN115893875B - 一种竖炉石灰窑降低co2排放的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法,通过绿电供给装置给电加热装置提供电力,将竖炉石灰窑炉炉顶的循环气加热至800℃,通过高温烟气炉燃烧高炉煤气产生1300℃的高温烟气,与所述炉顶循环气进行掺混,通过喷射器将900℃~1100℃的高温掺混烟气喷入石灰窑炉内对石灰石进行煅烧,煅烧后的烟气与石灰石分解生成的二氧化碳混合,向上在上部预热带中对石灰石进行预热,上部预热带的热量来自于中部煅烧带煅烧后的烟气与石灰石分解生成的二氧化碳混合的废烟气,上部预热带预热石灰石原料后,产生的一部分废烟气进入电加热装置继续加热到800℃,与所述的1300℃高温烟气进行掺混,喷入所述的中部煅烧带,循环使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法。
背景技术
石灰生产过程中会产生和排放大量的气体、粉尘及固体废弃物,在这三种排放物中,气体排放在体积和质量上占有比例都最大,其中气体的化学成分主要是二氧化碳(CO2)。石灰生产中的原料为石灰石,石灰石分解是产生二氧化碳的主要来源。因石灰石的主要成分是碳酸钙。在较高温度(吸热)条件下具有分解成石灰(主要成分CaO)和二氧化碳(CO2)的化学性质。要想得到1吨氧化钙,理论上需要投入1.786吨碳酸钙。按每吨纯碳酸钙(CaCO3)计,充分煅烧分解,可产生0.56吨石灰(CaO)和0.44吨二氧化碳(CO2)。按此理论,计算每生产1吨石灰可产生二氧化碳为:1.786×0.44 = 0.786吨,理论上,每吨石灰需标准燃料0.1084吨,可排放二氧化碳:0.1084吨×3.7吨= 0.40108吨。每生产1吨石灰产生二氧化碳量为:0.786+0.40108 = 1.18708吨。
石灰石的分解需要一定的热量,其来源于给定的燃料。气体燃料的热值需要8000kJ,热值需求较高,同时与氧气发生燃烧反应,会产生一定的二氧化碳,石灰生产过程中矿石原料煅烧产生碳排放,石灰生产过程主要是石灰石在竖炉石灰窑中的煅烧过程,石灰石主要成分为碳酸钙(CaCO3)。在900℃~1100℃煅烧条件下,碳酸钙分解生成氧化钙(CaO)和二氧化碳(CO2)。燃料燃烧和石灰生产消耗电力的间接碳排放,石灰生产走低碳发展路径已迫在眉睫。
发明内容
为了解决现有竖炉石灰窑碳CO2排放高的难题,本发明提供一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法。
本发明的技术方案:一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法,包括竖炉石灰窑炉、绿电电加热装置、CO2换热装置、CO2液化装置,燃烧高温烟气炉、蒸汽用户、绿电供给装置,喷射器,自动化控制系统,竖炉石灰窑炉煅烧设备的上、下烧嘴及喷射器为高温CO2喷射器,通过绿电供给装置给绿电电加热装置提供电力,将竖炉石灰窑炉炉顶的循环气加热至800℃,由于电加热的功率加热气体能力只能到800℃,通过高温烟气炉燃烧较低热值的高炉煤气产生1300℃的高温烟气,与电加热装置加热后的800℃炉顶循环气进行掺混,达到竖炉石灰窑炉的900℃~1100℃煅烧温度条件,通过喷射器,双排20组,将900℃~1100℃的高温掺混烟气喷入所述石灰窑炉的煅烧带内对石灰石进行煅烧,煅烧后的烟气与石灰石分解生成的二氧化碳混合,向上在上部预热带中对石灰石进行预热,在上部预热带内,石灰石被加热至其煅烧温度,上部预热带的热量来自于中部煅烧带煅烧后的烟气与石灰石分解生成的二氧化碳混合的废烟气,上部预热带预热石灰石原料后,温度降至300℃,产生的一部分废烟气进入电加热装置继续加热到800℃,继续与高温烟气炉燃烧高炉煤气产生的1300℃高温烟气进行掺混,通过喷射器喷入所述的中部煅烧带,循环使用。
上部预热带预热石灰石原料后,产生的另一部分300℃废烟气通过换热装置进行换热产生蒸汽给蒸汽用户使用,经过换热的废烟气温度降低至35-40℃,分成两路,一路由竖炉石灰窑炉底吸入进入冷却带内,与中部煅烧带下行的热的石灰氧化钙进行热交换,温度降低后通过出料系统排出竖炉石灰窑炉,35-40℃的冷却废烟气由冷却带下部进入石灰窑内,通过与石灰氧化钙换热后成为高温废烟气,与竖炉石灰窑炉炉顶的废烟气汇合,循环使用。
经过换热的废烟气温度降低至35-40℃,分成两路后,另一路其为系统平衡用气,即高温烟气炉燃烧产生的废烟气量,送入CO2液化装置进行液化储存捕集。
进一步,所述的电加热装置的炉顶循环气进口设置有控制阀组,通过自动化控制系统,调节炉顶循环气的流量,确保中部煅烧带的900℃~1100℃的高温烟气恒定。
进一步,所述的高温烟气炉设置有高炉煤气烧嘴及其控制阀组及助燃空气烧嘴及其控制阀组,通过自动化控制系统,设定一定的空燃比,确保中部煅烧带的900℃~1100℃的高温烟气恒定。
进一步,所述的自动化控制系统根据竖炉石灰窑炉内中部煅烧带的900℃~1100℃的温度设定,自动调节炉顶循环气控制阀组的流量,同时根据控制阀组的空燃比设定,调节高温烟气炉出口的高温烟气温度,将中部煅烧带的废气温度调整至900℃~1100℃所需的生产温度。
本发明的有益效果:1、热效率高、二氧化碳(CO2)惰性气体高温烟气煅烧、运行安全稳定。窑内煅烧生成的CO2炉顶循环气,由于其中只少量掺混了燃烧高温烟气炉产生的烟气中的少量N2,较现有技术中使用空气冷却,大幅减少了混合烟气中的空气,因此回收CO2成本大幅降低;2、煅烧带和预热带的热量均来自喷射器喷入的高温废气,喷射器分两带布置在竖炉石灰窑炉上,采用直接换热的方式对原料进行加热,因此,热量可均衡分布。在这种情况下,可以获得高品质的石灰,由于加热均匀整个煅烧反应时间较短,提高了生产率;3、本发明采用高温烟气的余热回收装置,具有节能环保之功效,大幅度地降低了竖炉石灰窑运行成本;4、本发明采用绿电电力加热及拖动,消耗电力的间接碳排放为零,同时设置CO2液化装置进行液化储存捕集,整个系统CO2排放趋零。5、本发明不再局限于在煅烧段的上、下烧嘴及喷射器使用高热值8000kJ的燃烧,只需少量低热值的高炉煤气即可。
本发明提供了将竖炉石灰窑窑顶的气体CO2:70-75%,N2:5-10%,通过绿电电加热后与燃烧少量高炉煤气掺混,将烟气温度提高至900℃~1100℃,循环进入竖炉石灰窑进行煅烧石灰石,同时过剩的CO2烟气由于纯度较高进行液化回收的一种方法,此法可使CO2净零排放。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明:
图1为本发明的工作原理示意图。
实施方式
实施例
一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法,如图1所示,包括竖炉石灰窑炉1、绿电电加热装置2、CO2换热装置3、CO2液化装置4,燃烧高温烟气炉5、蒸汽用户6、绿电供给装置7,喷射器8,自动化控制系统9,竖炉石灰窑炉煅烧设备的上、下烧嘴及喷射器为高温CO2喷射器8,通过绿电供给装置7给绿电电加热装置2提供电力,将竖炉石灰窑炉炉顶的循环气加热800℃左右,由于电加热的功率加热气体能力只能到800℃,通过高温烟气炉5燃烧部分较低热值的高炉煤气产生1300℃的高温烟气,与电加热装置2的800℃的炉顶循环气进行掺混,达到竖炉石灰窑炉的900℃~1100℃煅烧温度条件,通过喷射器8,双排20组,将900℃~1100℃的高温掺混烟气喷入中部煅烧带1-1内对石灰石进行煅烧,煅烧后的烟气与石灰石分解生成的二氧化碳混合,向上在上部预热带1-2中对石灰石进行预热,在上部预热带1-2内,石灰石被加热至其煅烧温度。上部预热带1-2的热量来自于中部煅烧带1-1的煅烧后的烟气与石灰石分解生成的二氧化碳混合的废烟气,上部预热带1-2预热石灰石原料后,温度降至300℃左右,产生的一部分废烟气进入电加热装置2加热到800℃,继续与高温烟气炉5燃烧高炉煤气产生的1300℃高温烟气进行掺混,通过喷射器8喷入中部煅烧带1-1,循环使用。
上部预热带1-2预热石灰石原料后,产生的另一部分300℃废烟气通过换热装置3进行换热产生蒸汽给蒸汽用户6使用,经过换热的废烟气温度降低至35-40℃,分成两路,一路由竖炉石灰窑炉底吸入进入冷却带1-3内,与中部煅烧带1-1下行的热的石灰氧化钙进行热交换,温度降低后通过出料系统1-4排出竖炉石灰窑炉。35-40℃的冷却废烟气冷却带1-3下部进入窑内,通过与石灰氧化钙换热后成为高温废烟气,与竖炉石灰窑炉炉顶的废烟气汇合,循环使用。
经过换热的废烟气温度降低至35-40℃,分成两路后,另一路其为系统平衡用气,即高温烟气炉5燃烧产生的废烟气量,送入CO2液化装置4进行液化储存捕集。
进一步,所述的电加热装置2的炉顶循环气进口设置有控制阀组2-1,通过自动化控制系统9,可以调节炉顶循环气的流量,确保中部煅烧带1-1的900℃~1100℃的高温烟气恒定。
进一步,所述的燃烧高温烟气炉5设置有高炉煤气烧嘴及其控制阀组5-1及助燃空气烧嘴及其控制阀组5-2,通过自动化控制系统9,设定一定的空燃比,确保中部煅烧带1-1的900℃~1100℃的高温烟气恒定。
进一步,所述的自动化控制系统9可以根据竖炉石灰窑炉内中部煅烧带1-1的900℃~1100℃的温度设定,自动调节炉顶循环气控制阀组2-1的流量,同时根据控制阀组5-1、5-2的空燃比设定,调节高温烟气炉5出口的高温烟气温度,将中部煅烧带1-1的废气温度调整至900℃~1100℃所需的生产温度。
Claims (5)
1.一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法,包括竖炉石灰窑炉、绿电电加热装置、CO2换热装置、CO2液化装置,燃烧高温烟气炉、蒸汽用户、绿电供给装置,喷射器,自动化控制系统,其特征在于:竖炉石灰窑炉煅烧设备的上、下烧嘴及喷射器为高温CO2喷射器,通过绿电供给装置给绿电电加热装置提供电力,将竖炉石灰窑炉炉顶的循环气加热至800℃,由于电加热的功率加热气体能力只能到800℃,通过高温烟气炉燃烧较低热值的高炉煤气产生1300℃的高温烟气,与电加热装置加热后的800℃炉顶循环气进行掺混,达到竖炉石灰窑炉的900℃~1100℃煅烧温度条件,通过喷射器,双排20组,将900℃~1100℃的高温掺混烟气喷入所述石灰窑炉的煅烧带内对石灰石进行煅烧,煅烧后的烟气与石灰石分解生成的二氧化碳混合,向上在上部预热带中对石灰石进行预热,在上部预热带内,石灰石被加热至其煅烧温度,上部预热带的热量来自于中部煅烧带煅烧后的烟气与石灰石分解生成的二氧化碳混合的废烟气,上部预热带预热石灰石原料后,温度降至300℃,产生的一部分废烟气进入电加热装置继续加热到800℃,继续与高温烟气炉燃烧高炉煤气产生的1300℃高温烟气进行掺混,通过喷射器喷入所述的中部煅烧带,循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法,其特征在于:上部预热带预热石灰石原料后,产生的另一部分300℃废烟气通过换热装置进行换热产生蒸汽给蒸汽用户使用,经过换热的废烟气温度降低至35-40℃,分成两路,一路由竖炉石灰窑炉底吸入进入冷却带内,与中部煅烧带下行的热的石灰氧化钙进行热交换,温度降低后通过出料系统排出竖炉石灰窑炉,35-40℃的冷却废烟气由冷却带下部进入石灰窑内,通过与石灰氧化钙换热后成为高温废烟气,与竖炉石灰窑炉炉顶的废烟气汇合,循环使用;经过换热的废烟气温度降低至35-40℃,分成两路后,另一路其为系统平衡用气,即高温烟气炉燃烧产生的废烟气量,送入CO2液化装置进行液化储存捕集。
3.根据权利要求1所述的一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法,其特征在于:所述的电加热装置的炉顶循环气进口设置有控制阀组,通过自动化控制系统,调节炉顶循环气的流量,确保中部煅烧带的900℃~1100℃的高温烟气恒定。
4.根据权利要求1所述的一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法,其特征在于:所述的高温烟气炉设置有高炉煤气烧嘴及其控制阀组及助燃空气烧嘴及其控制阀组,通过自动化控制系统,设定一定的空燃比,确保中部煅烧带的900℃~1100℃的高温烟气恒定。
5.根据权利要求1所述的一种竖炉石灰窑降低CO2排放的方法,其特征在于:所述的自动化控制系统根据竖炉石灰窑炉内中部煅烧带的900℃~1100℃的温度设定,自动调节炉顶循环气控制阀组的流量,同时根据控制阀组的空燃比设定,调节高温烟气炉出口的高温烟气温度,将中部煅烧带的废气温度调整至900℃~1100℃所需的生产温度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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