CN117824374B - 一种新型干法水泥熟料回转窑回收二氧化碳系统及回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统及回收方法，属于干法水泥熟料回转窑回收CO2技术领域，包括水泥回转窑、分解炉、篦冷机、C1、C2、C3、C4、C5五级预热器，C3、C4预热器之间设置烟气输入管道和分解炉的排烟道连通，同时设置CO2输出管道和加热系统连接，加热系统和C5级预热器连接进行CO2循环，该CO2输出管道和CO2回收系统连接。本发明采用外加电磁加热CO2内循环系统或利用原煅烧窑的预分解炉、C1‑C5旋风筒预热器、篦冷机余热回收等系统的便利条件，并按工艺要求加以改造，即可实现对烟气中CO2的低成本回收。
Description
技术领域
本发明属于干法水泥熟料回转窑回收CO2技术领域，尤其涉及一种新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统及回收方法。
背景技术
据2018年统计，水泥生产产生的CO2排放量约占全球CO2排放总量的7%。水泥工业可以通过采取各种不同的技术措施来降低CO2排放，例如提高能量效率、使用替代燃料、使用替代原料以及降低水泥中熟料掺量等。然而，这些技术在很大程度上已经被采用，减排效果有限。
CO2捕获和储存（CCS）可以显著地减少水泥工业CO2排放，其被认为是水泥工业进一步全面碳减排的重大举措。目前采用的CO2捕获技术有：MEA化学吸收法、纯氧燃烧法、冷却氨水法、膜分离法、分体式钙循环法和集成式钙循环法等6种CO2捕获工艺。
这些技术工艺不符合当前建材行业的实际情况，这些技术工艺无一例外地都存在投资费用过大和运营成本过高的缺点，在水泥行业很难推行。
水泥工业可以通过采取上述各种不同的技术措施来减少CO2排放，但减排效果有限，有的只是限排措施（如实施碳交易等）。CO2捕获和储存（CCS）可以显著地减少水泥工业CO2排放，其被认为是水泥工业进一步全面CO2减排的重大举措，而目前现有技术中的CO2捕获和储存（CCS）系统过于复杂或者系统的成本过高，不利于大规模的推广应用。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种新型的干法水泥熟料回转窑回收CO2系统及回收方法，该系统实施简便，成本低。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统，包括水泥回转窑、分解炉、篦冷机、C1、C2、C3、C4、C5五级预热器，C3、C4预热器之间设置烟气输入管道和分解炉的排烟道连通，同时设置CO2输出管道和加热系统连接，加热系统和C5级预热器连接进行CO2循环，该CO2输出管道和CO2回收系统连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：烟气输入管道和CO2输出管道之间C3、C4预热器的连通管道上设置密封下料器，包括下料关风器，烟气输入管道和分解炉连通，分解炉和篦冷机之间设置有三次风管。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述加热系统包括电磁加热器，CO2输出管道和余热锅炉换热器一连接，余热锅炉换热器一和高温除尘器连接，高温除尘器同时和电磁加热器以及余热锅炉换热器二连接，同时余热锅炉换热器二和CO2回收系统连接，余热锅炉换热器一和余热锅炉换热器二都和余热锅炉及其发电系统连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述加热系统包括串联的设置在篦冷机上的过热器一和设置在分解炉的过热器二，CO2输出管道穿入三次风管内部连通到篦冷机的过热器一，CO2输出管道上设置有高温除尘器或金属滤筒。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述CO2回收系统包括依次连接的换热器、精除尘设备、压缩液化设备和CO2储罐。
本发明技术方案的进一步改进在于：C5预热器和水泥回转窑的连接管道上设置密封下料器二。
一种新型干法水泥熟料回转窑回收CO2的方法，使用上述水泥熟料回转窑回收CO2系统，包括以下步骤：
S1、篦冷机、水泥回转窑以及分解炉补燃的烟气通过烟气输入管道进入预热器；
S2、由于密封下料器的作用，该烟气经由C3、C2、C1预热器然后排出；
S3、水泥回转窑的炉料自分解产生的一部分CO2由CO2输出管道进入电磁加热器，将CO2加热至1000-1050℃再送回C5、C4预热器热解已预热到一定温度的炉料；
S4、在C4/C5预热器中被热解的CO2先汇入循环的CO2气流中，由CO2输出管道进入高温除尘器或金属滤筒后，一部分返回循环系统，一部分进入回收系统；
S5、进入回收系统的CO2再进行深度处理，包括换热处理，将气体温度降至31℃，再进行精除尘、压缩液化后得以回收。
一种新型干法水泥熟料回转窑回收CO2的方法，使用上述水泥熟料回转窑回收CO2系统，包括以下步骤：
S1、水泥回转窑的烟气和篦冷机的烟气在分解炉汇集，通过烟气输入管道流经C3、C2、C1预热器，同时将余热传给预热器内的水泥原料；
S2、被加热的CO2由CO2输出管道流经三次风管进行换热，然后流经篦冷机烟气烟道、篦冷机的过热器一、分解炉的过热器二、C5/C4预热器；
S3、在C4/C5预热器中被热解的CO2先汇入循环的CO2气流中，由CO2输出管道进入高温除尘器或金属滤筒后，一部分返回循环系统，一部分进入回收系统；
S4、进入回收系统的CO2再进行深度处理，包括换热处理，将气体温度降至31℃，再进行精除尘、压缩液化后得以回收。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
现有技术中水泥煅烧窑的设计会将五级预热器中产生的烟气和CO2都排出进行统一处理，本发明在传统的五级预热器中C3和C4预热器中间设置了烟气输入管道和分解炉的排烟道连通，同时设置CO2输出管道和加热系统连接，由于C4和C5预热器中温度较高，水泥料热解产生较多较纯的CO2，现有技术中这部分CO2被浪费，本申请的设计可以捕获利用这部分CO2，节能减排，而且整个系统不用进行大规模的改动。
本发明相比CCUS等其它工艺技术，节约投资50.0%~70.0%，运营费用降低60%~80%，技术先进、工艺新颖，节能减排幅度大，效果好，且运行简单。
附图说明
图1是本发明实施例一新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统示意图；
图2是本发明实施例一新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统框图；
图3是本发明实施例二新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统示意图；
图4是本发明实施例二新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统框图；
其中，1、水泥回转窑，2、分解炉，3、篦冷机，4、预热器，5、入料管道，6、烟气输入管道，7、密封下料器，8、CO2输出管道，9、冷烟室，10、上升烟道，11、密封下料器二，12、过热器二，13、三次风管，14电磁加热器，15、过热器一，16、余热锅炉换热器一，17、高温除尘器，18、余热锅炉及其发电系统，19、余热锅炉换热器二。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
如图1、2所示，一种新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统，包括水泥回转窑1、分解炉2、篦冷机3、C1、C2、C3、C4、C5五级预热器4，即五级旋风筒预热器，C3、C4预热器之间设置烟气输入管道6和分解炉2的排烟道连通，同时设置CO2输出管道8依次和余热锅炉换热器一16、高温除尘器连接17，高温除尘器17和电磁加热器14连接，同时高温除尘器17和余热锅炉换热器二19连接，余热锅炉换热器二19同时和CO2回收系统连接，同时余热锅炉换热器一16和余热锅炉换热器二19都和余热锅炉及其发电系统18连接。
加热系统和C5级预热器连接进行CO2循环。烟气输入管道6和CO2输出管道8之间C3、C4预热器的连通管道上设置密封下料器7，如下料关风器等，烟气输入管道6和分解炉2连通，分解炉2和篦冷机3之间设置有三次风管。
CO2回收系统包括依次连接的换热器、精除尘设备、压缩液化设备和CO2储罐。
将均化好的生料粉通过入料管道5进入C2预热器出口风管中，在气流的带动下进入C1预热器，依次进入C2、C3、C4、C5预热器中，生料粉在五级旋风预热器中完成预热和预分解后，回转窑的冷烟室9和C5预热器相连，生料粉喂入冷烟室9，进入回转窑进行熟料的烧成。在回转窑中，预分解后的物料进一步分解并发生一系列的化学物理反应，生成以硅酸盐为主要成份的物料，即称为水泥熟料。
回转窑1的窑尾的冷烟室9上设置上升烟道10连接分解炉2，回转窑1的烟气由此流到分解炉2进而由烟气输入管道6进入预热器4内。
上述水泥熟料回转窑回收CO2系统的CO2回收方法，包括以下步骤：
S1、篦冷机3、水泥回转窑1以及分解炉2补燃的烟气通过烟气输入管道6进入预热器4对生料粉进行预热；
S2、由于密封下料器7的作用，该烟气经由C3、C2、C1预热器然后排出统一处理，不会进入C4和C5预热器中，密封下料器7不影响生料粉进入C4预热器中，C4预热器中上窜的气流也不会进入C3预热器中；
S3、水泥回转窑1的炉料自分解产生的一部分CO2由CO2输出管道8进入余热锅炉换热器一16进行换热之后进入高温除尘器17除尘，之后进入电磁加热器14，将CO2加热至1000℃~1050℃再送回C5、C4预热器热解已预热到一定温度的炉料，即生料粉，由于CO2加热的温度高，将炉料热解产生更多的CO2；
S4、在C4/C5预热器中被热解的CO2先汇入循环的CO2气流中，由CO2输出管道8进入高温除尘器或金属滤筒后，一部分继续按照上步骤返回循环系统，一部分进入余热锅炉换热器二19换热之后一部分进入回收系统，经过余热锅炉换热器一16和余热锅炉换热器二19的换热蒸汽进入余热锅炉及其发电系统18进行利用；
S5、进入回收系统的CO2再进行深度处理，包括换热处理，将气体温度降至31℃，再进行精除尘、压缩液化后得以回收。
实施例2
一种新型干法水泥熟料回转窑回收CO2系统，包括水泥回转窑1、分解炉2、篦冷机3、C1、C2、C3、C4、C5五级预热器4，即五级旋风筒预热器，C3、C4预热器之间设置烟气输入管道6和分解炉2的排烟道连通，设置CO2输出管道8和加热系统连接，加热系统和C5级预热器连接进行CO2循环，该CO2输出管道8和CO2回收系统连接。加热系统包括串联的设置在篦冷机上的过热器一15和设置在分解炉的过热器二12，CO2输出管道8穿入三次风管内部连通到篦冷机的过热器一15，CO2输出管道8上设置有高温除尘器或金属滤筒。如图3、4所示，C3、C4预热器之间设置烟气输入管道6和分解炉2的排烟道连通，同时设置CO2输出管道8和高温除尘器连接，CO2输出管道8为设置在三次风管13内部一个密闭的二氧化碳管道，篦冷机中的过热器一15通过管道传输CO2到设置在分解炉的过热器二12中，经过加热又进入C5/C4预热器。
生料粉的加入过程以及进入回转窑进行熟料的烧成和实施例1相同。
上述水泥熟料回转窑回收CO2系统的CO2回收方法，包括以下步骤：
S1、水泥回转窑1的烟气和篦冷机3的烟气在分解炉2汇集，通过烟气输入管道6流经C3、C2、C1预热器，同时将余热传给预热器4内的水泥原料；
S2、被加热的CO2由CO2输出管道8流经三次风管13进行换热，然后流经篦冷机烟气烟道、篦冷机的过热器一15、分解炉2的过热器二12、C5/C4预热器，由于从分解炉2排除的CO2经过了三次风管的烟道换热、篦冷机的过热器一15、分解炉2的过热器二12加热后气体高达1000℃~1050℃，能够迅速将水泥生料中的CaCO3等碳酸盐分解，所产生的CO2被移出回收；
S3、在C4/C5预热器中被热解的CO2先汇入循环的CO2气流中，由CO2输出管道8进入高温除尘器或金属滤筒后，一部分返回循环系统，一部分进入回收系统；
S4、进入回收系统的CO2再进行深度处理，包括换热处理，将气体温度降至31℃，再进行精除尘、压缩液化后得以回收。
在水泥煅烧窑系统中，C1-C5旋风筒预热器中在C4、C5预热器中产生较多较纯的CO2，而在C1-C3预热器中产生的CO2量较少，本发明采用外加电磁加热CO2内循环系统或利用原煅烧窑的预分解炉、C1-C5旋风筒预热器、篦冷机余热回收等系统的便利条件，并按工艺要求加以改造，即可实现对烟气中CO2的低成本回收，主要回收的是C4、C5预热器中产生的CO2，C1-C3预热器中产生的CO2作为废气排出，利用本申请的系统使得C4、C5预热器中产生尽量多的纯CO2进行收集。
本发明同时也适用于C1、C2、C3、C4预热器和与C3、C4预热器相连分解炉的四级预热器等其他新型干法回转窑的预分解系统CO2的回收方法。对于四级预热器而言，其C1、C2预热器相当于五级预热器的C1、C2、C3预热器过程和作用；其C3、C4预热器相当于五级预热器的C4、C5预热器过程和作用。
以上所述是本发明的部分实施方式，不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种新型干法水泥熟料回转窑回收二氧化碳系统，包括水泥回转窑（1）、分解炉（2）、篦冷机（3）、C1、C2、C3、C4、C5五级预热器（4），其特征在于：C3、C4预热器之间设置烟气输入管道（6）和分解炉（2）的排烟道连通，同时设置CO2输出管道（8）和加热系统连接，加热系统和C5级预热器连接进行CO2循环，该CO2输出管道（8）和CO2回收系统连接，烟气输入管道（6）和CO2输出管道（8）之间C3、C4预热器的连通管道上设置密封下料器（7），包括下料关风器，烟气输入管道（6）和分解炉（2）连通，分解炉（2）和篦冷机（3）之间设置有三次风管；所述加热系统包括电磁加热器（14），CO2输出管道（8）和余热锅炉换热器一（16）连接，余热锅炉换热器一（16）和高温除尘器（17）连接，高温除尘器（17）同时和电磁加热器（14）以及余热锅炉换热器二（19）连接，同时余热锅炉换热器二（19）和CO2回收系统连接，余热锅炉换热器一（16）和余热锅炉换热器二（19）都和余热锅炉及其发电系统（18）连接。
2.一种新型干法水泥熟料回转窑回收二氧化碳系统，包括水泥回转窑（1）、分解炉（2）、篦冷机（3）、C1、C2、C3、C4、C5五级预热器（4），其特征在于：C3、C4预热器之间设置烟气输入管道（6）和分解炉（2）的排烟道连通，同时设置CO2输出管道（8）和加热系统连接，加热系统和C5级预热器连接进行CO2循环，该CO2输出管道（8）和CO2回收系统连接，烟气输入管道（6）和CO2输出管道（8）之间C3、C4预热器的连通管道上设置密封下料器（7），包括下料关风器，烟气输入管道（6）和分解炉（2）连通，分解炉（2）和篦冷机（3）之间设置有三次风管；所述加热系统包括串联的设置在篦冷机上的过热器一（15）和设置在分解炉的过热器二（12），CO2输出管道（8）穿入三次风管内部连通到篦冷机的过热器一（15），CO2输出管道（8）上设置有高温除尘器或金属滤筒。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种新型干法水泥熟料回转窑回收二氧化碳系统，其特征在于：所述CO2回收系统包括依次连接的换热器、精除尘设备、压缩液化设备和CO2储罐。
4.根据权利要求1或2任一项所述的一种新型干法水泥熟料回转窑回收二氧化碳系统，其特征在于：C5预热器和水泥回转窑的连接管道上设置密封下料器二（11）。
5.新型干法水泥熟料回转窑回收二氧化碳的方法，其特征在于：使用权利要求1的水泥熟料回转窑回收二氧化碳系统，包括以下步骤：
S1、篦冷机（3）、水泥回转窑（1）以及分解炉（2）补燃的烟气通过烟气输入管道（6）进入预热器（4）；
S2、由于密封下料器（7）的作用，该烟气经由C3、C2、C1预热器然后排出统一处理；
S3、水泥回转窑（1）的炉料自分解产生的一部分CO2由CO2输出管道（8）经过余热锅炉换热器一、高温除尘器进入电磁加热器（14），将CO2加热至1000-1050℃再送回C5、C4预热器热解已预热到一定温度的炉料；
S4、在C4/C5预热器中被热解的CO2先汇入循环的CO2气流中，由CO2输出管道（8）进入高温除尘器或金属滤筒后，一部分返回循环系统，一部分进入余热锅炉及发电系统进行换热，另一部分进入回收系统；
S5、进入回收系统的CO2再进行深度处理，包括换热处理，将气体温度降至31℃，再进行精除尘、压缩液化后得以回收。
6.新型干法水泥熟料回转窑回收二氧化碳的方法，其特征在于：使用权利要求2的水泥熟料回转窑回收二氧化碳系统，包括以下步骤：
S1、水泥回转窑（1）的烟气和篦冷机（3）的烟气在分解炉（2）汇集，通过烟气输入管道（6）流经C3、C2、C1预热器，同时将余热传给预热器（4）内的水泥原料；
S2、被加热的CO2由CO2输出管道（8）流经三次风管（13）进行换热，然后流经篦冷机烟气烟道、篦冷机的过热器一（15）、分解炉（2）的过热器二（12）、C5/C4预热器；
S3、在C4/C5预热器中被热解的CO2先汇入循环的CO2气流中，由CO2输出管道（8）进入高温除尘器或金属滤筒后，一部分返回循环系统，一部分进入回收系统；
S4、进入回收系统的CO2再进行深度处理，包括换热处理，将气体温度降至31℃，再进行精除尘、压缩液化后得以回收。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101792276A (zh) * | 2010-02-25 | 2010-08-04 | 东南大学 | 适合分离捕集co2的部分全氧型水泥生产方法 |
| CN107235647A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-10-10 | 中国建筑材料科学研究总院 | 应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101792276A (zh) * | 2010-02-25 | 2010-08-04 | 东南大学 | 适合分离捕集co2的部分全氧型水泥生产方法 |
| CN107235647A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-10-10 | 中国建筑材料科学研究总院 | 应用于水泥熟料生产工艺的氧气/二氧化碳燃烧技术 |
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