CN203095880U

CN203095880U - 一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集co2的设备

Info

Publication number: CN203095880U
Application number: CN2012207039371U
Authority: CN
Inventors: 白玉龙; 王昀睿
Original assignee: XI'AN RICH ENERGY-SAVING ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: XI'AN RICH ENERGY-SAVING ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2022-12-19

Abstract

本实用新型公开了一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO₂的设备，设备包括依次连接的原料破碎机、原料筛分机、原料均化仓、原料粉磨机、原料计量装置和密闭环形煅烧炉；所述密闭环形煅烧炉分别与CO₂捕集机构以及篦冷机相连；所述篦冷机依次连接有熟料储存仓、熟料计量装置，熟料计量装置和混合材备料机构分别与水泥磨相连，水泥磨与水泥储存仓相连。本实用新型设备结构紧凑、投资强度小、运行成本低、易于维护；利用该设备实现水泥生产并捕集CO₂的工艺条件成熟，步骤简单，能高效捕集水泥生产过程中产生的CO₂。

Description

一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO2的设备

技术领域

本实用新型涉及一种生产水泥的设备，尤其是涉及一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并实现二氧化碳捕集的设备。

背景技术

水泥，粉状无机胶凝材料，是一种既能在水中硬化又能在空气中硬化并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的建筑材料，长期以来被广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程，是国民经济的基础原材料。水泥是典型的资源和能源消耗型产品，其生产工艺过程主要包括生料制备、熟料煅烧、水泥制成3个阶段，需要消耗大量的石灰石原料、煤和电力等资源和能源，是工业部门中排放二氧化碳（CO₂）的大户。

与电力、钢铁等其它行业部门相比，水泥工业CO₂排放的一个显著特点是它不仅包括燃料燃烧产生的CO₂和各工艺过程间接消耗的电力，还包括石灰石中碳酸钙和碳酸镁分解产生的CO₂。据统计，由水泥工业导致的CO₂排放约占全球人为CO₂排放量的8%。CO₂是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效益的贡献率高达55%，由于CO₂等温室气体排放引起的气候变化已成为全世界关注的焦点问题。为此，水泥工业也受到政府间气候变化专门委员会（IPCC）的特别关注，2007年《中国应对气候变化国家方案》也明确指出水泥工业是中国应对气候变化的重点领域。另一方面，CO₂又是一种多用途的工业原材料，在食品加工保鲜、饮料、化肥、防火、石油开采等行业应用广泛。目前，我国是世界上水泥产量最大的国家，约占全世界水泥产量的60%左右，据统计，2011年我国水泥工业年生产水泥20.6亿吨，如果按平均每吨水泥排放0.7吨CO₂计，产生约14亿吨CO₂。对水泥生产过程中产生的CO₂进行捕集，既可以减少大量温室气体的排放，又可回收有经济价值的CO₂产品，具有广阔的推广运用前景。

研究表明，现有水泥生产过程中，碳酸盐分解、燃料燃烧和电力消耗所排放的CO₂分别约占总排放量的59%、32%和6%。为降低水泥行业的CO₂排放，实现水泥行业的可持续发展，各科研单位、企业也在实践中也重点从以上三个方面出发，提出和采用了许多针对性的的减排措施，包括：使用替代原料（如以部分电石渣代替石灰石）和替代燃料（如以废旧二次燃料代替煤）、添加混合材以减少熟料用量、提高热效及电效、对窑尾CO₂进行捕集回收等。以上措施对于控制水泥工业CO₂排放具有一定成效，但减排空间仍然有限，水泥工业CO₂排放量大的问题仍然没有得到解决，原因包括以下几个方面：（1）鉴于对水泥品质和燃料热值的要求，各种替代原料、燃料及混合材的替代加入量均不宜过大；（2）对于选定的生产工艺和设备，热效及电效的提高率较低；（3）对窑尾CO₂进行捕集回收成本极高。因此，必须继续寻找新的生产工艺及设备，开发新的生产设备推进水泥工业的碳减排工作。

基于目前水泥的生产和研究状况，还没有一种可以切实解决水泥工业CO₂排放量过高问题的生产设备。不难发现，水泥生产工艺设备中，熟料煅烧过程中碳酸盐分解及燃料燃烧是CO₂排放量巨大的最主要原因，但由于在现有的工艺中，熟料煅烧过程为敞开式环境，碳酸盐分解生产的CO₂混入了燃料燃烧产生的废气及空气中的N₂成分，使得窑尾排出的CO₂浓度较低，仅为15%左右，这给后续CO₂的分离回收带来巨大的困难，成本较高。鉴于此，寻找一种在密闭环形煅烧炉内进行，并实现窑尾高浓度CO₂捕集回收的工艺，必然为实现国内外水泥行业可持续发展和碳捕集提供可能，也将产生良好的经济效益和环保效益。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并实现二氧化碳捕集的设备。该设备结构紧凑、投资强度小、运行成本低、易于维护，具有良好的工业化应用前景；利用该设备实现水泥生产并捕集CO₂的工艺条件成熟，步骤简单，能高效捕集水泥生产过程中产生的CO₂。

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

提供一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO₂的设备，包括对石灰石及校正料（如铁矿石）等原料进行破碎的原料破碎机、以及将破碎后的原料进行筛分的原料筛分机，筛分机通过传送带与将不同原料按比例混合以达到生产要求化学成分的原料均化仓相连，原料均化仓与原料粉磨机相连，所述原料粉磨机通过上料皮带连接原料计量装置，所述原料计量装置与密闭环形煅烧炉相连；所述密闭环形煅烧炉分别与CO₂捕集机构以及篦冷机相连；所述篦冷机连接有熟料储存仓，熟料储存仓与熟料计量装置相连，熟料计量装置和混合材备料机构分别与水泥磨的进料端相连，水泥磨的出料端与水泥储存仓相连。

优选地，所述CO₂捕集机构包括与密闭环形煅烧炉相连的冷却器，冷却器与除尘净化装置相连通，除尘净化装置依次通过管道连接压缩机、冷凝器后，与CO₂储罐相连。

优选地，所述混合材备料机构包括混合材破碎机、与混合材破碎机相连的混合材筛分机，所述混合材筛分机与混合材储存仓相连，所述混合材储存仓与混合材计量装置相连，所述混合材计量装置通过上料皮带与水泥磨进料端相连。

优选地，所述密闭环形煅烧炉包括由外环炉墙、内环炉墙、炉顶和转动的炉底构成的炉腔，所述炉腔内布置有多个辐射加热装置，所述外环炉墙与内环炉墙之间设置有隔墙，将外环炉墙与内环炉墙之间的环形腔隔离为预热区I、加热区II和高温煅烧区III；所述预热区的起始端设有密闭进料装置，所述高温煅烧区III的尾端分别设有密闭出料装置和CO₂排出口；所述密闭进料装置与原料计量装置出口相对接；所述密闭出料装置与篦冷机相对接；所述CO₂排出口通过管道与冷却器相连。

优选地，所述辐射加热装置中的加热管为蓄热式辐射加热管。

优选地，所述冷却器连接有冷却塔，所述冷却塔分别与所述冷却器热介质入口及回收介质入口相连。

本实用新型提供的设备具有以下有益效果：

1、相对于现有设备，本实用新型提供的设备采用在完全隔绝空气的条件下对生料进行煅烧，炉内生产的CO₂未混入其他气体成分，纯度可达99%及以上，有利于CO₂后续利用及处理。

2、设备简单，CO₂捕集成本低，对系统的腐蚀小，节约能源；

3、采用蓄热式加热辐射管最大程度地保留了燃气产生的热量，排烟温度低，不需要设置预热回收系统，节约了投资成本；

4、设备设计燃料在辐射管内燃烧，不进入炉内，可很好地控制炉内气氛，辐射管数量和位置有利于提高炉膛内温度分布的均匀性，有利于煅烧反应进行，煅烧效率高，煅烧时间短；

5、冷却系统封闭循环，冷却介质循环利用，大大降低运行维护费用。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并实现CO₂捕集的设备流程图；

图2为本实用新型实施例中密闭环形煅烧炉俯视图；

图3为本实用新型实施例的工艺流程图。

图中：1、原料破碎机；2、原料筛分机；3、原料均化仓；4、原料粉磨机；5、原料计量装置；6、密闭环形煅烧炉；6a、密闭进料装置；6b、密闭出料装置；6c、CO₂排出口；6d、辐射加热装置；7、冷却器；8、除尘净化装置；9、压缩机；10、冷凝器；11、CO₂储罐；12、冷却塔；13、篦冷机；14、熟料储存仓；15、熟料计量装置；16、混合材破碎机；17、混合材筛分机；18、混合材储存仓；19、混合材计量装置；20、水泥磨；21、水泥储存仓；22、外环炉墙；23、内环炉墙；24、炉顶；25、炉底。

I、预热区；II、加热区；III、高温煅烧区。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型提供的生产水泥并实现CO₂捕集的设备和利用该设备生产水泥并捕集CO₂的工艺做出详细说明。

图1所示为一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO₂的设备，包括对石灰石及校正料（如铁矿石）等原料进行破碎的原料破碎机1、将破碎后的原料进行筛分的原料筛分机2以及将不同原料按比例混合以达到生产要求化学成分的原料均化仓3，原料均化仓3与原料粉磨机4相连，原料粉磨机4通过上料皮带连接原料计量装置5，原料计量装置5与密闭环形煅烧炉6相连；密闭环形煅烧炉6分别与，包括有CO₂冷却器7的CO₂捕集机构和篦冷机13相连；篦冷机13连接有熟料储存仓14，熟料储存仓14与熟料计量装置15相连，熟料计量装置15和混合材备料机构分别与水泥磨20的进料端相连，水泥磨20的出料端与水泥储存仓21相连。

其中，包括有CO₂冷却器7的CO₂捕集机构中有与密闭环形煅烧炉6相连的冷却器7，冷却器7与除尘净化装置8相连通，除尘净化装置8依次通过管道连接压缩机9、冷凝器10后，与CO₂储罐11相连。

混合材备料机构包括对混合材（石膏、其它矿物质材料等）进行破碎的混合材破碎机16、与混合材破碎机16相连的将破碎后的混合材进行筛分的混合材筛分机17，混合材筛分机17与混合材储存仓18相连，混合材储存仓18与混合材计量装置19相连，混合材计量装置19通过上料皮带与水泥磨20进料端相连。

如图2所示，密闭环形煅烧炉6包括由外环炉墙22、内环炉墙23、炉顶24和转动的炉底25构成的炉腔，炉底25可以转动，炉腔内布置有多个辐射加热装置6d，炉腔内划分为预热区I、加热区II、高温煅烧区III；预热区I的起始端设有密闭进料装置6a，高温煅烧区III的尾端分别设有密闭出料装置6b和CO₂排出口6c；密闭进料装置6a与原料计量装置5相对接；密闭出料装置6b与篦冷机13相对接；CO₂排出口6c通过管道与冷却器7相连。CO₂冷却器7与除尘净化装置8相连通，除尘净化装置8依次通过管道连接压缩机9、冷凝器10后，与CO₂储罐11相连。

在具体的实施例中，CO₂冷却器7连接有冷却塔12，冷却塔12分别与冷却器7热水入口及回收冷却水入口相连。

在具体的实施例中，篦冷机13连接有熟料储存仓14，熟料储存仓14与熟料计量装置15相连，熟料计量装置15通过上料皮带与水泥磨20的进料端相连，水泥磨20的出料端与水泥储存仓21相连。

在具体实施例中，所述辐射加热装置6d中的加热管为蓄热式辐射加热管。

如图3所示，上述设备对应的水泥生产工艺流程如下：

1）原料预处理：经筛选合格的石灰石、校正料等经原料破碎机1适度破碎粒度为5-15cm后，经由原料筛分机2进行筛分，合格粒度的筛下料输送至原料均化仓3，各原料之间的比例应满足水泥生产化学反应的要求；

上述校正料为可以提供Fe₂O₃、Al₂O₃和SiO₂等成分的物料，为铁矿石、矾土、页岩、粘土或砂的一种或多种混合物；

2）生料制备：将达到入炉要求的混合料经原料粉磨机4共同粉磨后形成生产要求的生料；

3）熟料煅烧：将步骤2）达到生产要求的生料经密闭进料装置6a布入密闭环形煅烧炉6内，生料中的各成分进入炉内后随炉底25转动，依次经过预热区I、加热区II、高温煅烧区III。在密闭环形煅烧炉6内，辐射式加热装置6d中的辐射加热管产生大量热量，并经由辐射加热管将热量辐射至炉内，使炉腔内各区温度达到水泥熟料煅烧的生产要求。炉内高温使加入的物料发生化学与物理反应，将生料烧结为熟料。密闭环形煅烧炉预热区I的温度为800-1000℃，物料在预热区I的停留时间为1-5min；加热区II的温度为1000-1250℃，物料在加热区II的停留时间为2-10min；高温煅烧区III的温度为1250-1450℃，物料在高温煅烧区III的停留时间为3-15min；

4）出料：熟料经由密闭出料装置6b输送至篦冷机13进行冷却；

5）碳捕集：生料煅烧为熟料过程中生成的高浓度CO₂气体经CO₂排出口6c进入冷却器7，并输送至除尘净化装置8进行净化处理，经净化后的高浓度CO₂经压缩机9、冷凝器10的作用后，得到液态CO₂封存于CO₂储罐11中；

6）混合材制备：将混合材（为高炉矿渣、粉煤灰、石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣或其他与水泥无化学反应的工业废渣的一种或多种混合）经混合材破碎机16适度破碎后（破碎粒度为5-15cm），再经混合材筛分机进行筛分，将合格粒度的筛下料输送至混合材储存仓18；

7）水泥制成：将熟料与混合材成分按照满足水泥生产的质量比进行混合后，经水泥磨20一起粉磨为水泥。最终水泥产品均化、储存于水泥储存仓21中，然后分配到包装站生成袋装水泥或者灌装车（散装水泥）进行运输。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims

1.一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO₂的设备，包括对石灰石及校正料进行破碎的原料破碎机（1）、以及将破碎后的原料进行筛分的原料筛分机（2），其特征在于，所述筛分机（2）通过传送带与原料均化仓（3）相连，原料均化仓（3）与原料粉磨机（4）相连，所述原料粉磨机（4）通过上料皮带连接原料计量装置（5），所述原料计量装置（5）与密闭环形煅烧炉（6）相连，所述密闭环形煅烧炉（6）分别与CO₂捕集机构以及篦冷机（13）相连；所述篦冷机（13）连接有熟料储存仓（14），熟料储存仓（14）与熟料计量装置（15）相连，熟料计量装置（15）和混合材备料机构分别与水泥磨（20）的进料端相连，水泥磨（20）的出料端与水泥储存仓（21）相连。

2.根据权利要求1所述的一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO₂的设备，其特征在于，所述CO₂捕集机构包括与密闭环形煅烧炉（6）相连的冷却器（7），冷却器（7）与除尘净化装置（8）相连通，除尘净化装置（8）依次通过管道连接压缩机（9）、冷凝器（10）后，与CO₂储罐（11）相连。

3.根据权利要求1所述的一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO₂的设备，其特征在于，所述混合材备料机构包括混合材破碎机（16）、与混合材破碎机（16）相连的混合材筛分机（17），所述混合材筛分机（17）与混合材储存仓（18）相连，所述混合材储存仓（18）与混合材计量装置（19）相连，所述混合材计量装置（19）通过上料皮带与水泥磨（20）进料端相连。

4.根据权利要求1所述的一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO₂的设备，其特征在于，所述密闭环形煅烧炉（6）包括由外环炉墙（22）、内环炉墙（23）、炉顶（24）和转动的炉底（25）构成的炉腔，所述炉腔内布置有多个辐射加热装置（6d），所述外环炉墙（22）与内环炉墙（23）之间设置有隔墙，将外环炉墙（22）与内环炉墙（23）之间的环形腔隔离为预热区I、加热区II和高温煅烧区III；所述预热区I的起始端设有密闭进料装置（6a），所述高温煅烧区III的尾端分别设有密闭出料装置（6b）和CO₂排出口（6c）；所述密闭进料装置（6a）与原料计量装置（5）出口相对接；所述密闭出料装置（6b）与篦冷机（13）相对接；所述CO₂排出口（6c）通过管道与冷却器（7）相连。

5.根据权利要求4所述的一种利用密闭环形煅烧炉生产水泥并捕集CO₂的设备，其特征在于，所述辐射加热装置（6d）中加热管采取蓄热式辐射加热管。

6.根据权利要求1所述的利用密闭环形煅烧炉生产水泥并实现二氧化碳捕集的设备，其特征在于，所述冷却器（7）连接有冷却塔（12），所述冷却塔（12）分别与所述冷却器热介质入口及回收介质入口相连。