CN220485559U - 一种基于碳减排的石灰窑装备 - Google Patents

Abstract

一种基于碳减排的石灰窑装备，该石灰窑装备包括双膛石灰窑。所述双膛石灰窑包括镜像设置的两个炉膛，两个炉膛之间设有连接通道。两个炉膛的上部均设有窑顶阀。所述窑顶阀分别与所在炉膛、助燃风管道或烟气排出管道相连接。烟气排出管道分别与成品管道和循环管道连接，其中，成品管道连接至CO₂成品系统，循环管道连接至炉膛。从循环管道上分出存储管道连接至缓储塔。本实用新型设置带有缓储塔的CO₂回收系统，缓储塔的增设既能防止石灰窑尾气CO₂浓度较低时只能外排的资源浪费，又能通过烟气循环提高烟气中CO₂浓度，实现CO₂的逐步富集，在生产石灰的同时，获得高纯度CO₂气体。

Description

一种基于碳减排的石灰窑装备

技术领域

本实用新型涉及一种石灰生产装置，具体涉及一种基于碳减排的石灰窑装备，属于石灰生产技术领域。

背景技术

石灰是重要的工业原料，在冶金、建筑等领域有广泛的应用。2020年国内石灰产量约3亿吨，产业规模庞大。但同时，石灰生产会造成大量的CO₂排放。据统计，生产1kg石灰会产生1.1kgCO₂排放，以此估计，我国石灰生产过程向大气中排放的CO₂总量超过3亿吨/年，在全行业碳减排碳达峰背景下，开发低CO₂排放的石灰生产工艺和技术，成为本领域技术研究的热点和难点。

双膛石灰竖窑是目前应用较广的、技术较先进的工业石灰生产装备，它采用双膛蓄热煅烧的工艺，可以获得极致的热效率。煅烧环节所需的热量采用化石燃料燃烧直接供热的方式提供，冷却环节冷媒介质采用常温空气，预热环节则利用煅烧和冷却环节产生的高温烟气作为热源。这样的工艺设计能够充分的利用烟气余热，具有较高的燃料利用效率。但是，由于煅烧烟气与冷却空气混合，尾气中N₂等杂质气体较多，导致外排尾气中CO₂浓度较低，一般仅为20～30％，使得对尾气中CO₂的富集捕集技术难度大、成本高。导致现阶段石灰窑尾气中CO₂富集捕集几乎为零，产生严重的温室气体排放和资源浪费。

图2是现阶段使用最广泛的双膛石灰窑的结构示意图。它主要由相互镜像的两个窑膛组成，两个窑膛中间设置有气体相互连通的连接通道。窑膛中部设置有埋入式的煤粉喷枪，侧部设置有进助燃风和出烟气用的通道，底部设置有冷却风管道，顶部设置有烟气管道，烟气管道的末端连接有除尘器。生产过程中，石灰物料从窑膛顶部送入燃烧膛，助燃风(O₂：21％，N₂：79％)从侧部送入燃烧膛，煤粉由输送风(O₂：21％，N₂：79％)从煤粉喷枪送入燃烧膛，煤粉在燃烧膛内燃烧产生高温烟气，加热石灰物料，使石灰物料迅速升温并分解生成CaO和CO₂。生成的高温CaO向下运动，被冷却风(O₂：21％，N₂：79％)冷却至100℃以下后从炉膛底部排出，形成成品CaO。冷却高温CaO产生的高温空气和煅烧产生的高温烟气从连接通道进入蓄热膛，与蓄热膛冷物料进行换热后，温度降至约120℃后从顶部的烟气出口排出，经由烟气管道末端的除尘器除尘净化后排入周围环境。两个窑膛周期性的交换角色，完成石灰的连续煅烧。

上述现有装备结构下，在助燃、冷却和煤粉输送环节都往系统引入大量O₂和N₂等杂质气体(相对于副产物CO₂而言)，导致外排烟气中的CO₂含量很低，一般仅为20～30％。CO₂富集、捕集成本与烟气中CO₂初始浓度呈负相关，CO₂浓度越低，富集捕集成本越高。现有装备下石灰生产尾气CO₂浓度太低导致富集捕集成本高，成为制约石灰生产过程中CO₂回收利用的主要障碍。

实用新型内容

针对上述现有技术中由于CO₂富集捕集难度大导致的CO₂排放量大、资源浪费的问题，本实用新型提出一种基于碳减排的石灰窑装备及其控制方法。在本实用新型的方案中，石灰窑的烟气排出管道分别与成品管道和循环管道连接，成品管道连接至CO₂成品系统即作为CO₂成品直接产出，循环管道连接至炉膛为炉膛各工序所需CO₂气体实现自循环供给，避免了外来空气引入N₂等杂质成分对CO₂的稀释。循环管道上还分出存储管道连接至缓储塔，缓储塔的设置既能防止石灰窑尾气CO₂浓度不够时只能外排的资源浪费，又能通过烟气循环提高烟气中CO₂浓度，从而使烟气中CO₂浓度逐步富集、达到保证产品品质的目的。由此，采用本实用新型方案能够大幅提高石灰生产过程尾气CO₂浓度，在生产石灰的同时，获得高纯度CO₂气体副产物。

根据本实用新型的第一种实施方案，提供一种基于碳减排的石灰窑装备。

一种基于碳减排的石灰窑装备，该石灰窑装备包括双膛石灰窑。所述双膛石灰窑包括镜像设置的两个炉膛，两个炉膛之间设有连接通道。两个炉膛的上部均设有窑顶阀。所述窑顶阀分别与所在炉膛、助燃风管道或烟气排出管道相连接。烟气排出管道分别与成品管道和循环管道连接，其中，成品管道连接至CO₂成品系统，循环管道连接至炉膛。从循环管道上分出存储管道连接至缓储塔。

在本实用新型中，炉膛的中部设有埋入式的燃料喷枪。所述循环管道分出三条管道，分别为冷却风管道、燃料输送风管道和助燃烟气管道。其中，冷却风管道连接至炉膛底部的冷却风入口，燃料输送风管道连接至燃料喷枪的入口，助燃烟气管道连接至助燃风管道的入口。助燃风管道上还连接有氧气输送管道。

作为优选，助燃风管道上设有混合器。所述混合器包括两个入口和一个出口，其中，混合器的出口通过助燃风管道与窑顶阀连接，混合器的两个入口分别与助燃烟气管道和氧气输送管道连接。

在本实用新型中，所述缓储塔上连接有放散管道和回流管道。回流管道连接至循环管道，且连接位置位于循环管道上分出存储管道位置的下游。

作为优选，存储管道上设有入口阀。在循环管道上、位于存储管道与回流管道之间设有短接阀。

作为优选，放散管道上设有放散阀。回流管道上设有回流阀。

作为优选，该石灰窑装备还包括设置在烟气排出管道与成品管道和循环管道连接位置的烟气分配器。

作为优选，在循环管道上分出三条管道的位置设有分流器。

在本实用新型中，冷却风管道上设有冷却装置。优选，所述冷却装置为水浴池或空气冷却器。

在本实用新型中，烟气排出管道上设有除尘器。优选，所述除尘器为电除尘器或布袋除尘器。

作为优选，在烟气排出管道上、位于除尘器的下游设有CO₂浓度检测装置。

作为优选，所述缓储塔上安装有压力检测装置。在本申请中，CO₂浓度检测装置和压力检测装置等相关检测装置，未在附图中示出。

根据本实用新型的第二种实施方案，提供一种基于碳减排的石灰窑装备的控制方法。

一种基于碳减排的石灰窑装备的控制方法或控制第一实施方案中所述石灰窑装备生产石灰的方法，该方法包括以下步骤：

1)石灰石物料从炉膛顶部进入，氧气输送管道和助燃烟气管道两者所输送的纯氧和循环烟气在混合器内混合形成O₂与CO₂混合气的助燃风，助燃风经由助燃风管道从窑顶阀送入炉膛，燃料以燃料输送风管道输送的循环烟气作为载体从燃料喷枪送入炉膛，燃料与助燃风在炉膛内燃烧放热并形成高温烟气，石灰石物料被加热升温并完成煅烧分解，生成CaO并释放CO₂气体。

2)冷却风管道将经由冷却装置冷却后的循环烟气从炉膛底部送入，冷却风将生成的高温CaO进行冷却，冷却完成的CaO从炉膛底部排出，得到成品石灰。

3)冷却形成的高温废气与煅烧形成的高温烟气一并通过连接通道进入另一炉膛，高温烟气穿过炉膛内冷的石灰石料床，石灰石料床被预热升温，烟气温度降低形成低温热风从炉膛顶部的窑顶阀进入烟气排出管道。

4)低温热风经除尘器除尘，得到主要成分为CO₂的洁净烟气，而后根据烟气中CO₂的浓度是否达到高纯度CO₂产品要求和缓储塔的压力状态，进而确定分别送入CO₂成品系统、缓储塔及分流器的烟气量，从而实现在生产石灰的同时，制备高纯度CO₂气体。

在本实用新型中，在步骤4)中，所述根据烟气中CO₂的浓度是否达到高纯度CO₂产品要求和缓储塔的压力状态，进而确定分别送入CO₂成品系统、缓储塔及分流器的烟气量，具体包括以下子步骤：

401)获得系统内冷却风管道、燃料输送风管道和助燃烟气管道分别所需的循环烟气量，从而得到分流器所需的循环烟气量。

402)通过CO₂浓度检测装置测量烟气分配器所在位置烟气中的CO₂浓度，判断CO₂浓度是否达到高纯度CO₂产品要求。

a)若CO₂浓度达标，则通过压力检测装置进一步判断缓储塔内的压力是否超下限。

若检测到缓储塔内的压力已超下限，则操作相应阀门，使得除尘后的洁净烟气按照分流器所需的循环烟气量送入分流器，剩余烟气进入CO₂成品系统。

若检测到缓储塔内的压力未超下限，此时除尘后的洁净烟气全部进入CO₂成品系统，分流器所需的循环烟气量由缓储塔提供。

b)若CO₂浓度未达标，则通过压力检测装置进一步判断缓储塔内的压力是否达上限。

若检测到缓储塔内的压力已达上限，则操作相应阀门，使得除尘后的洁净烟气按照分流器所需的循环烟气量送入分流器，剩余烟气进入缓储塔，同时缓储塔通过放散管道外排相应的烟气量。

若检测到缓储塔内的压力未达上限，此时除尘后的洁净烟气按照分流器所需的循环烟气量送入分流器，剩余烟气进入缓储塔。

在本实用新型中，所述子步骤401)具体包括：

①根据步骤2)中所得到的成品石灰的量计算冷却风量，即得到冷却风管道所需的循环烟气量。

②根据成品石灰的量计算燃料供应量，依据燃料供应量计算燃料输送风量，即得到燃料输送风管道所需的循环烟气量。

③根据燃料供应量和O₂与CO₂混合气的助燃风中CO₂和O₂的浓度，计算获得氧气输送管道所需的纯氧量，及助燃烟气管道所需的循环烟气量。

④根据步骤①-③，获得分流器所需的循环烟气量。

作为优选，步骤1)中所述O₂与CO₂混合气的助燃风中O₂的体积占比为27～31％，CO₂的体积占比为69～73％。

针对现有石灰生产过程中由于CO₂富集捕集难度大导致的CO₂排放量大、资源浪费的问题，本实用新型提出一种基于碳减排的石灰窑装备。所述石灰窑装备包括双膛石灰窑，其主要由相互镜像的两个炉膛组成，两个炉膛之间设置有气体相互连通的连接通道。其中一个炉膛为燃烧膛，包括位于上部的煅烧膛和位于下部的冷却膛，另一个炉膛为蓄热膛，即石灰窑的预热膛(两个炉膛周期性的交换角色，从而完成石灰的连续煅烧)。两个炉膛的上部均设有窑顶阀。其中，燃烧膛的窑顶阀与该炉膛和助燃风管道相连接，用于容纳助燃风进入；蓄热膛的窑顶阀与该炉膛和烟气排出管道相连接，用于容纳烟气排出。烟气排出管道分别与成品管道和循环管道连接，成品管道连接至CO₂成品系统即作为CO₂成品直接产出，循环管道连接至炉膛为炉膛各工序所需CO₂气体实现自循环供给，也就是说，本申请通过烟气循环即实现系统内各工序所需烟气的自循环供给，从而避免了外来空气引入N₂等杂质成分对CO₂的稀释。循环管道上还分出存储管道连接至缓储塔，缓储塔的设置既能防止石灰窑尾气CO₂浓度较低时只能外排的资源浪费，又能通过烟气循环提高烟气中CO₂浓度，从而使烟气中CO₂浓度逐步富集、达到保证产品品质的目的。由此，本实用新型能够大幅提高石灰生产过程尾气CO₂浓度，在生产石灰的同时，获得高纯度CO₂气体副产物。

在本实用新型中，作为燃烧膛的炉膛中部(即煅烧膛)设有埋入式的燃料喷枪(例如煤粉喷枪)，所述循环管道分出冷却风管道、燃料输送风管道、助燃烟气管道三条支路。其中，冷却风管道连接至燃烧膛的底部(即冷却膛的冷却风入口)。燃料输送风管道连接至燃料喷枪。助燃烟气管道连接至助燃风管道的入口，且助燃风管道上同时连接有氧气输送管道。由此，在本实用新型的方案中，煅烧膛所需的助燃风由常用的空气助燃风改为由O₂与CO₂混合形成的富氧助燃风，冷却膛所采用的冷却介质也由常用的空气改为CO₂气流，基于此，煅烧膛和冷却膛两者所产生的高温烟气的主要成分均为CO₂气体，避免了现有技术在燃料燃烧和基于空气的冷却过程中引入O₂和N₂等杂质成分对CO₂的稀释，实现了CO₂气体的富集，大大提升石灰生产尾气中CO₂浓度。故而，本实用新型能够通过烟气循环的方式，将煅烧膛和冷却膛产生的高温烟气(即高纯度CO₂气体)在预热膛预热石灰石物料后分别用于冷却气体、燃料输送、助燃风的混合，从而实现系统内冷却气体、燃料输送载气、助燃风的混合等工序所需CO₂气体的自循环供给，在生产石灰的同时，获得高纯度CO₂气体。此外，冷却风管道上还设有冷却装置(例如水浴池或空气冷却器)，也就是说，预热物料后排出的烟气先经过冷却降温后再作为冷却介质输送至冷却工序，从而加强对煅烧生成的高温CaO的冷却效果，以确保得到的成品石灰冷却完全。

作为优选，为加强助燃风的混匀效果，本申请在助燃风管道上增设混合器。混合器的两个入口分别与助燃烟气管道和氧气输送管道连接，混合器的出口与助燃风管道连接。通过对助燃烟气管道与氧气输送管道分别输送的CO₂气体和氧气的量的控制，实现对混合器内混合后所形成助燃风中CO₂气体和氧气的浓度控制，从而将符合要求的助燃风通过助燃风管道输送至煅烧膛。

一般来说，CO₂气体不做助燃成分，本实用新型打破常规，在煅烧膛中将传统的空气助燃风改为由O₂与CO₂气体混合形成的富氧助燃风。首先，空气助燃风替换为O₂与CO₂混合气的助燃风，能够避免空气中的N₂等杂质成分对CO₂的稀释，燃料燃烧后的生成物也主要为CO₂，进一步提高煅烧工序产生的烟气中CO₂的浓度；其次，O₂与CO₂混合气的助燃风相较于空气助燃风，两者的惰性成分分别为CO₂和N₂，而CO₂和N₂两者的热物性不同(CO₂的比热容约为840j/kg-K，N₂的比热容约为740j/kg-K)，而且，N₂和O₂等双原子分子辐射能力弱，CO₂这种3原子分子辐射能力强，即采用O₂-CO₂混合气助燃产生的烟气的辐射能力相较于空气助燃更强，与物料的传热也更强，故而本申请方案中的O₂与CO₂混合气的助燃风更能满足石灰窑装备内的传热，提高生产效率。另外，若助燃风采用纯氧，则很可能会出现O₂未反应完全，即在燃料燃烧过程中存在引入O₂等杂质成分对CO₂稀释的情况；同时，采用纯氧作为助燃剂，会极大的提高燃料燃烧温度，使得火焰温度高达1700℃甚至更高，大大的超过了CaCO₃的煅烧温度上限(1050℃)，很容易在成品CaO表面形成过熔，使产品质量下降；同时纯氧燃烧产生的烟气量仅为传统空气助燃下的1/5～1/4，烟气量的大幅减少也不利于烟气与石灰石物料之间的换热，影响煅烧速率和煅烧效果；同样的，CO₂和O₂两者的热物性不同，CO₂的比热容明显大于O₂的比热容，即在助燃风中引入CO₂成分既能够保证系统传热，提升煅烧效果，又能够大大提高石灰生产过程尾气中CO₂浓度，实现在生产石灰的同时，对CO₂气体的循环回收利用，从而有效克服现有石灰生产工艺CO₂排放量大、资源浪费的问题。

在本申请中，考虑到对燃烧温度的控制，在石灰窑这种多孔介质空间燃烧中，为维持与空气助燃相似的燃烧温度，保持适宜的燃烧氛围，确保煅烧效果和产品质量，在所述O₂与CO₂气体混合形成的助燃风中，O₂的浓度(体积占比)一般维持在27～31％，CO₂的体积占比则为69～73％。其中，具体的浓度值与燃料种类和热值有关。例如，在使用石灰窑上典型燃料高炉煤气时，O₂的浓度这一值约为27～28％。

在本实用新型中，石灰窑烟气循环系统在开启过程中，会经历一个由非稳态转变成稳态的过程。在开始阶段，烟气中的CO₂浓度较低，随着烟气循环的进行，CO₂浓度逐渐升高至稳定值。这一非稳态过程中产生的烟气CO₂浓度较低，如果直接送入CO₂成品系统，则会影响成品质量，如果直接外排，则会造成资源浪费。因此，本实用新型提出了带缓储塔的CO₂回收系统，非稳态过程中的烟气进缓储塔，稳态过程的高浓度烟气则进入CO₂成品系统，如此设置既防止了资源浪费，又保证了产品品质。

另外，在石灰生产过程中，也会出现非正常工况等情况。一般，在正常工况下，本申请烟气循环后的CO₂浓度符合产品要求(可通过CO₂浓度检测装置进行检测)，此时，一部分烟气送入石灰窑内，保证正常的生产(石灰冷却、燃料载体、助燃风掺混介质等)，剩余部分则全部进入CO₂成品系统。而在非正常工况下，烟气循环后的CO₂浓度不符合产品要求，此时，一部分烟气进入石灰窑内，保证正常的生产(石灰冷却、燃料载体、助燃风掺混介质等)，剩余部分烟气则送入缓储塔进行储存。待到烟气循环后的CO₂浓度符合产品要求后，此时，全部或部分高浓度CO₂烟气直接进入CO₂成品系统，保证正常生产循环进入炉膛的烟气则全部或部分由缓储塔提供。如此设置，即可以通过炉膛的烟气循环，将缓储塔内低CO₂浓度的烟气，提纯成高CO₂浓度的烟气，实现CO₂的完全回收。

本实用新型还在缓储塔上连接有放散管道和回流管道。其中，放散管道直接与大气连接，用于在缓储塔内CO₂储存量达到限值时(可通过缓储塔上的压力检测装置进行判断)对外放散泄压。回流管道则回到循环管道，用于将缓储塔内的气体重新送入石灰窑系统循环，进一步提纯CO₂。为便于控制，本申请在放散管道上设置放散阀，在回流管道上设置回流阀，并在存储管道上设置入口阀。本申请还在循环管道上、位于存储管道与回流管道之间设置短接阀，用于将烟气不经过缓储塔直接循环进入石灰窑系统。

本实用新型在石灰窑的烟气排出管道与成品管道和循环管道连接的位置设有烟气分配器，通过烟气分配器的调节，实现石灰窑预热工序后排出的烟气在CO₂成品系统和烟气自循环之间的流量分配。相应的，本实用新型在循环管道上分出冷却风管道、燃料输送风管道、助燃烟气管道三条管道的位置设有分流器，通过分流器的调节，实现循环烟气分别作为冷却风、燃料输送载气、用于助燃风混合的按需分配。

采用上述石灰窑装备进行石灰生产，在生产过程中，石灰石物料(主要成分CaCO₃)从炉膛顶部送入，工业纯氧与循环烟气(主要成分为CO₂和未反应的O₂)在助燃风混合器内混合形成一定浓度的O₂-CO₂混合气后从窑顶阀位置送入，燃料(例如煤粉)以循环烟气为载气从设置在炉膛中部的燃料喷枪(例如煤粉喷枪)送入炉膛。燃料与助燃风在炉膛内燃烧放热并形成高温烟气，利用对流和辐射换热方式将物料迅速加热至反应温度(约1050℃)并完成煅烧分解，生成生石灰(CaO)并释放CO₂。循环烟气作为冷介质的冷却风从炉膛底部送入，将高温生石灰冷却至100℃以下，从炉膛底部排出，形成成品石灰。冷却完形成的高温废气则与煅烧形成的高温烟气一道，通过连接通道送入蓄热膛。高温烟气穿过蓄热膛内冷的石灰料床后，温度降至约130～150℃后，从蓄热膛顶部的窑顶阀进入烟气排出管道。此时，烟气内含有大量粉尘，经过除尘器(电除尘器后布袋除尘器等)后，得到主要成分为CO₂的洁净烟气。除尘后的烟气根据CO₂含量是否达到高纯度CO₂产品要求和缓储塔内压力状态，确定分别送入CO₂成品系统和缓储塔的烟气的比例。未达浓度要求的烟气，一部分进入缓储塔内缓存待用，一部分烟气直接送入分流器。分流器分别将烟气送入冷却风管道、燃料输送风管道和助燃烟气管道。冷却风管道上设置有水浴池(或空气冷却器)，用以将烟气冷却至约20℃。通过上述系统，将石灰窑形成的含大量CO₂气体的烟气通过烟气循环的方式，进行进一步富集提纯，并采用烟气+纯氧作为助燃剂、采用烟气作为燃料载气，杜绝N₂进入石灰窑系统，从而在生产生石灰的同时，制备高纯度CO₂气体。

本实用新型还提出了基于上述石灰窑装备采用石灰窑尾气循环法提纯CO₂的控制方法。具体控制流程如下：

401)获得系统内冷却风管道、燃料输送风管道和助燃烟气管道分别所需的循环烟气量，从而得到分流器所需的循环烟气量。具体包括：

①根据所获得的成品石灰的量计算冷却风量，即得到冷却风管道所需的循环烟气量。具体计算过程如下：

忽略冷却过程的散热损失，冷却过程高温CaO将热量传递给冷却风，因此有：

Q_l·C_p,x·Δt_l＝m_cao·C_p,cao·Δt_cao。

由此可得所需冷却风量：

式中：Q_l为冷却风管道所需的循环烟气量。m_cao为成品石灰的量。C_p,cao为氧化钙的比热容。Δt_cao为冷却前后成品石灰的温降，一般取900～1000℃。C_p,x为循环烟气的比热容。Δt_l为冷却前后循环烟气的温升，一般取500～900℃。

②根据成品石灰的量计算燃料供应量，依据燃料供应量计算燃料输送风量，即得到燃料输送风管道所需的循环烟气量。具体计算过程如下：

煤粉供应量：

m_c＝k_c·m_cao。

式中：m_c为煤粉供应量。k_c为生产单位CaO产品所需的煤粉量，其具体值与炉膛的热效率和煤粉热值相关，典型值为0.125～0.150kg/kg-CaO。

燃料输送风量：

Q_s＝k_s·m_c。

式中：Q_s为燃料输送风管道所需的循环烟气量。k_s为输送单位质量的煤粉所需的输送风量，具体值与煤粉粒度和粘度等物性有关，一般取2～5Nm³/kg-煤粉。

两式联立有：

Q_s＝k_s·k_c·m_cao。

③根据燃料供应量和O₂-CO₂混合气的助燃风中CO₂和O₂的浓度(例如在助燃风中O₂体积占比为27％，CO₂体积占比为73％)，计算获得氧气输送管道所需的纯氧量，及助燃烟气管道所需的循环烟气量。具体计算过程如下：

在计算过程中，认为供入的O₂量正好与煤粉燃烧消耗的理论需氧量相当，且循环烟气中主要成分为CO₂，其中可能存在少量未反应的O₂忽略不计(浓度一般不超过2～3％)。则有：

Q_o＝k_o·m_c。

式中：Q_o为氧气输送管道所需的纯氧量。k_o为燃烧单位质量的煤粉所需的理论需氧量，与煤粉种类等有关，一般取1.75～2Nm³/kg-煤粉。Q_z为助燃烟气管道所需的循环烟气量，X_co2和X_O2分别是助燃风中CO₂和O₂的浓度，一般取73％和27％。

④根据步骤①-③，获得分流器所需的循环烟气量。具体计算过程如下：

Q_tot＝Q_l+Q_s+Q_z。

式中：Q_tot为分流器所需的循环烟气量。

402)通过CO₂浓度检测装置测量烟气分配器所在位置烟气中的CO₂浓度，判断CO₂浓度是否达到高纯度CO₂产品要求。一般来说，高纯度CO₂产品的CO₂浓度要求超过90％，一些特殊用途的CO₂浓度要求超过95％，所述高纯度CO₂产品的CO₂浓度要求可根据具体需要进行设置。

a)若CO₂浓度达标，则通过压力检测装置进一步判断缓储塔内的压力是否超下限。

若检测到缓储塔内的压力已超下限，则操作相应阀门(打开短接阀，关闭入口阀、放散阀、回流阀)，使得除尘后的洁净烟气按照分流器所需的循环烟气量送入分流器，剩余烟气进入CO₂成品系统。

若检测到缓储塔内的压力未超下限，此时(打开回流阀，关闭入口阀、短接阀、放散阀)除尘后的洁净烟气全部进入CO₂成品系统，分流器所需的循环烟气量由缓储塔提供。需要说明的是，若缓储塔内存储的烟气量不足以提供分流器所需的循环烟气量，则不足部分由除尘后的洁净烟气补齐，此时即回到了前述缓储塔内压力超下限的步骤。

b)若CO₂浓度未达标，则通过压力检测装置进一步判断缓储塔内的压力是否达上限。

若检测到缓储塔内的压力已达上限，则操作相应阀门(打开入口阀、短接阀、放散阀，关闭回流阀)，使得除尘后的洁净烟气按照分流器所需的循环烟气量送入分流器，剩余烟气进入缓储塔，同时缓储塔通过放散管道外排相应的烟气量。

若检测到缓储塔内的压力未达上限，此时(打开入口阀、短接阀，关闭放散阀、回流阀)除尘后的洁净烟气按照分流器所需的循环烟气量送入分流器，剩余烟气进入缓储塔。需要说明的是，若剩余烟气量超出此时缓储塔内能够存储烟气的量，则多余烟气通过放散管道外排，此时即回到了上述缓储塔内压力达上限的步骤。

通过上述控制流程，可以将未达CO₂浓度要求的烟气进行定向循环，从而使烟气中CO₂浓度逐步富集，直至浓度达到产品要求。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益技术效果：

1、本实用新型设置带有缓储塔的CO₂回收系统，缓储塔的增设既能防止石灰窑尾气CO₂浓度较低时只能外排的资源浪费，又能通过烟气循环提高烟气中CO₂浓度，实现CO₂的逐步富集，在生产石灰的同时，获得高纯度CO₂气体。

2、本实用新型将煅烧工序中常用的空气助燃风改为由O₂与CO₂气体混合形成的富氧助燃风，同时将冷却工序的冷却介质由常用的空气改为CO₂气流，从而避免了现有技术中N₂等杂质成分对CO₂的稀释，大幅度提高石灰生产过程尾气CO₂浓度，即在生产石灰的同时，实现CO₂的资源化利用。

3、本实用新型将煅烧工序和冷却工序产生的两股高温CO₂气体进行混合预热物料后分流用于下游的冷却气体、煤粉输送、助燃风的混合及高纯度CO₂成品的产出，通过对CO₂气体的富集与循环，实现系统内冷却气体、燃料输送载气、助燃风的混合等工序所需CO₂气体的自循环供给，同时获得高纯度CO₂气体，从而有效克服现有石灰生产工艺CO₂排放量大、资源浪费的问题。

4、本实用新型在增设缓储塔的基础上提出采用石灰窑尾气循环法提纯CO₂的控制方法，通过灵活的烟气循环控制，实现烟气中CO₂的循环富集，既防止了资源浪费，又达到了保证产品品质的目的。

附图说明

图1为本实用新型一种基于碳减排的石灰窑装备的结构示意图；

图2为现有技术双膛石灰窑的结构示意图。

附图标记：

1：双膛石灰窑；101：炉膛；102：连接通道；103：窑顶阀；104：燃料喷枪；2：CO₂成品系统；3：缓储塔；4：混合器；5：烟气分配器；6：分流器；7：冷却装置；8：除尘器；

K1：入口阀；K2：短接阀；K3：放散阀；K4：回流阀；

L1：助燃风管道；L2：烟气排出管道；L3：成品管道；L4：循环管道；L401：冷却风管道；L402：燃料输送风管道；L403：助燃烟气管道；L5：存储管道；L6：氧气输送管道；L7：放散管道；L8：回流管道。

具体实施方式

下面对本实用新型的技术方案进行举例说明，本实用新型请求保护的范围包括但不限于以下实施例。

根据本实用新型的实施方案，提供一种基于碳减排的石灰窑装备。

一种基于碳减排的石灰窑装备，该石灰窑装备包括双膛石灰窑1。所述双膛石灰窑1包括镜像设置的两个炉膛101，两个炉膛101之间设有连接通道102。两个炉膛101的上部均设有窑顶阀103。所述窑顶阀103分别与所在炉膛101、助燃风管道L1或烟气排出管道L2相连接。烟气排出管道L2分别与成品管道L3和循环管道L4连接，其中，成品管道L3连接至CO₂成品系统2，循环管道L4连接至炉膛101。从循环管道L4上分出存储管道L5连接至缓储塔3。

在本实用新型中，炉膛101的中部设有埋入式的燃料喷枪104。所述循环管道L4分出三条管道，分别为冷却风管道L401、燃料输送风管道L402和助燃烟气管道L403。其中，冷却风管道L401连接至炉膛101底部的冷却风入口，燃料输送风管道L402连接至燃料喷枪104的入口，助燃烟气管道L403连接至助燃风管道L1的入口。助燃风管道L1上还连接有氧气输送管道L6。

作为优选，助燃风管道L1上设有混合器4。所述混合器4包括两个入口和一个出口，其中，混合器4的出口通过助燃风管道L1与窑顶阀103连接，混合器4的两个入口分别与助燃烟气管道L403和氧气输送管道L6连接。

在本实用新型中，所述缓储塔3上连接有放散管道L7和回流管道L8。回流管道L8连接至循环管道L4，且连接位置位于循环管道L4上分出存储管道L5位置的下游。

作为优选，存储管道L5上设有入口阀K1。在循环管道L4上、位于存储管道L5与回流管道L8之间设有短接阀K2。

作为优选，放散管道L7上设有放散阀K3。回流管道L8上设有回流阀K4。

作为优选，该石灰窑装备还包括设置在烟气排出管道L2与成品管道L3和循环管道L4连接位置的烟气分配器5。

作为优选，在循环管道L4上分出三条管道的位置设有分流器6。

在本实用新型中，冷却风管道L401上设有冷却装置7。优选，所述冷却装置7为水浴池或空气冷却器。

在本实用新型中，烟气排出管道L2上设有除尘器8。优选，所述除尘器8为电除尘器或布袋除尘器。

作为优选，在烟气排出管道L2上、位于除尘器8的下游设有CO₂浓度检测装置。

作为优选，所述缓储塔3上安装有压力检测装置。

实施例1

如图1所示，一种基于碳减排的石灰窑装备，该石灰窑装备包括双膛石灰窑1。所述双膛石灰窑1包括镜像设置的两个炉膛101，两个炉膛101之间设有连接通道102。其中一个炉膛为燃烧膛，包括煅烧膛和冷却膛，另一个炉膛为蓄热膛，即为预热膛。两个炉膛101周期性的交换角色，完成石灰的连续煅烧。

两个炉膛101的上部均设有窑顶阀103。其中，燃烧膛上设置的窑顶阀与该炉膛和助燃风管道L1相连接。蓄热膛上设置的窑顶阀与该炉膛和烟气排出管道L2相连接。烟气排出管道L2分别与成品管道L3和循环管道L4连接，其中，成品管道L3连接至CO₂成品系统2，循环管道L4连接至炉膛101。从循环管道L4上分出存储管道L5连接至缓储塔3。

实施例2

重复实施例1，只是作为燃烧膛的炉膛101的中部(即煅烧膛)设有埋入式的燃料喷枪104。所述循环管道L4分出三条管道，分别为冷却风管道L401、燃料输送风管道L402和助燃烟气管道L403。其中，冷却风管道L401连接至炉膛101底部的冷却风入口，燃料输送风管道L402连接至燃料喷枪104的入口，助燃烟气管道L403连接至助燃风管道L1的入口。助燃风管道L1上还连接有氧气输送管道L6。

实施例3

重复实施例2，只是助燃风管道L1上设有混合器4。所述混合器4包括两个入口和一个出口，其中，混合器4的出口通过助燃风管道L1与窑顶阀103连接，混合器4的两个入口分别与助燃烟气管道L403和氧气输送管道L6连接。

实施例4

重复实施例3，只是所述缓储塔3上连接有放散管道L7和回流管道L8。回流管道L8连接至循环管道L4，且连接位置位于循环管道L4上分出存储管道L5位置的下游。

实施例5

重复实施例4，只是存储管道L5上设有入口阀K1。在循环管道L4上、位于存储管道L5与回流管道L8之间设有短接阀K2。

实施例6

重复实施例5，只是放散管道L7上设有放散阀K3。回流管道L8上设有回流阀K4。

实施例7

重复实施例6，只是该石灰窑装备还包括设置在烟气排出管道L2与成品管道L3和循环管道L4连接位置的烟气分配器5。

实施例8

重复实施例7，只是在循环管道L4上分出三条管道的位置设有分流器6。

实施例9

重复实施例8，只是冷却风管道L401上设有冷却装置7。所述冷却装置7为水浴池。

实施例10

重复实施例8，只是冷却风管道L401上设有冷却装置7。所述冷却装置7为空气冷却器。

实施例11

重复实施例9，只是烟气排出管道L2上设有除尘器8。所述除尘器8为电除尘器。

实施例12

重复实施例10，只是烟气排出管道L2上设有除尘器8。所述除尘器8为布袋除尘器。

实施例13

重复实施例12，只是在烟气排出管道L2上、位于除尘器8的下游设有CO₂浓度检测装置。

实施例14

重复实施例13，只是所述缓储塔3上安装有压力检测装置。

Claims (18)

1.一种基于碳减排的石灰窑装备，其特征在于：该石灰窑装备包括双膛石灰窑(1)；所述双膛石灰窑(1)包括镜像设置的两个炉膛(101)，两个炉膛(101)之间设有连接通道(102)；两个炉膛(101)的上部均设有窑顶阀(103)；所述窑顶阀(103)分别与所在炉膛(101)、助燃风管道(L1)或烟气排出管道(L2)相连接；烟气排出管道(L2)分别与成品管道(L3)和循环管道(L4)连接，其中，成品管道(L3)连接至CO₂成品系统(2)，循环管道(L4)连接至炉膛(101)；从循环管道(L4)上分出存储管道(L5)连接至缓储塔(3)。

2.根据权利要求1所述的石灰窑装备，其特征在于：炉膛(101)的中部设有埋入式的燃料喷枪(104)；所述循环管道(L4)分出三条管道，分别为冷却风管道(L401)、燃料输送风管道(L402)和助燃烟气管道(L403)；其中，冷却风管道(L401)连接至炉膛(101)底部的冷却风入口，燃料输送风管道(L402)连接至燃料喷枪(104)的入口，助燃烟气管道(L403)连接至助燃风管道(L1)的入口；助燃风管道(L1)上还连接有氧气输送管道(L6)。

3.根据权利要求2所述的石灰窑装备，其特征在于：助燃风管道(L1)上设有混合器(4)；所述混合器(4)包括两个入口和一个出口，其中，混合器(4)的出口通过助燃风管道(L1)与窑顶阀(103)连接，混合器(4)的两个入口分别与助燃烟气管道(L403)和氧气输送管道(L6)连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的石灰窑装备，其特征在于：所述缓储塔(3)上连接有放散管道(L7)和回流管道(L8)；回流管道(L8)连接至循环管道(L4)，且连接位置位于循环管道(L4)上分出存储管道(L5)位置的下游。

5.根据权利要求4所述的石灰窑装备，其特征在于：存储管道(L5)上设有入口阀(K1)；在循环管道(L4)上、位于存储管道(L5)与回流管道(L8)之间设有短接阀(K2)。

6.根据权利要求4所述的石灰窑装备，其特征在于：放散管道(L7)上设有放散阀(K3)；回流管道(L8)上设有回流阀(K4)。

7.根据权利要求5所述的石灰窑装备，其特征在于：放散管道(L7)上设有放散阀(K3)；回流管道(L8)上设有回流阀(K4)。

8.根据权利要求1-3、5-7中任一项所述的石灰窑装备，其特征在于：该石灰窑装备还包括设置在烟气排出管道(L2)与成品管道(L3)和循环管道(L4)连接位置的烟气分配器(5)；和/或

在循环管道(L4)上分出三条管道的位置设有分流器(6)。

9.根据权利要求4所述的石灰窑装备，其特征在于：该石灰窑装备还包括设置在烟气排出管道(L2)与成品管道(L3)和循环管道(L4)连接位置的烟气分配器(5)；和/或

在循环管道(L4)上分出三条管道的位置设有分流器(6)。

10.根据权利要求2或3所述的石灰窑装备，其特征在于：冷却风管道(L401)上设有冷却装置(7)。

11.根据权利要求10所述的石灰窑装备，其特征在于：所述冷却装置(7)为水浴池或空气冷却器。

12.根据权利要求1-3、5-7、9、11中任一项所述的石灰窑装备，其特征在于：烟气排出管道(L2)上设有除尘器(8)。

13.根据权利要求4所述的石灰窑装备，其特征在于：烟气排出管道(L2)上设有除尘器(8)。

14.根据权利要求8所述的石灰窑装备，其特征在于：烟气排出管道(L2)上设有除尘器(8)。

15.根据权利要求12所述的石灰窑装备，其特征在于：所述除尘器(8)为电除尘器或布袋除尘器。

16.根据权利要求13或14所述的石灰窑装备，其特征在于：所述除尘器(8)为电除尘器或布袋除尘器。

17.根据权利要求12所述的石灰窑装备，其特征在于：在烟气排出管道(L2)上、位于除尘器(8)的下游设有CO₂浓度检测装置；和/或

所述缓储塔(3)上安装有压力检测装置。

18.根据权利要求13-15中任一项所述的石灰窑装备，其特征在于：在烟气排出管道(L2)上、位于除尘器(8)的下游设有CO₂浓度检测装置；和/或

所述缓储塔(3)上安装有压力检测装置。