由在线型分解炉改造的水泥窑系统及制备水泥熟料的方法与流程

[0001]
本发明属于水泥生产设备技术领域，具体涉及由在线型分解炉改造的水泥窑系统及制备水泥熟料的方法。


背景技术：

[0002]
作为一种主要的温室气体，co2的大量排放加剧了全球温室效应，世界各国均普遍面临着实现碳减排、缓解全球气候变化的艰巨任务。为更好发展全球经济和保护自然环境，世界各国都相继制定了碳减排战略目标。在中国，水泥行业已成为仅次于电力行业的第二大co2排放源。据统计，2018年全国水泥熟料产量接近19亿吨，在现有技术水平下，每生产1吨水泥熟料的co2排放量约为0.84吨，co2排放量在2018年已达到15.96亿吨。因此，减缓水泥工业高co2排放问题刻不容缓。
[0003]
对碳减排技术的研究，国内外已有不少报导，但这些研究主要面向电力、煤炭和钢铁等行业，水泥行业相关的碳减排技术报导相对较少。目前水泥行业采用的碳减排技术方案为燃烧前捕集和燃烧后捕集。其中燃烧前捕集是指对燃料在燃烧前进行预处理，分离出燃料中的碳。由于水泥熟料生产工艺特点，燃烧前co2捕集的一个显著缺点是仅能分离出燃料燃烧产生的co2，而生料煅烧产生的约60％的co2随烟气排放了，这部分的co2没有得到任何处理。此外，燃烧前捕集技术相比其他co2捕集技术熟料煅烧过程对氢燃烧的条件非常苛刻，需要对回转窑燃烧器进行特殊设计，因此该技术在水泥行业中可行性较低，可以被排除。水泥行业燃烧后捕集技术主要是指对燃烧后的烟气进行捕集或者分离出co2，主要的技术包括吸收法、吸附法、膜吸收法和矿物碳化法等。由于水泥工业窑尾烟气的压力小、体积流量大、co2浓度低，且含有大量的粉尘和n2，上述方法均存在碳捕集效率低、捕集流量小、系统复杂、设备投资大或者运行成本偏高的问题。
[0004]
因此，亟需研发一种系统简单、设备投资小、运行成本低且具有富集co2功能的水泥窑系统。


技术实现要素：

[0005]
为改善上述技术问题，本发明提供一种由在线型分解炉改造的水泥窑系统，所述水泥窑系统包括第一列旋风预热器、第二列旋风预热器、分解炉、烟室、回转窑、冷却机、热交换器、切换部件；
[0006]
第一列旋风预热器、第二列旋风预热器的进风口连接分解炉，第一列旋风预热器、第二列旋风预热器的出料口连接烟室；分解炉与烟室相连接，烟室连接回转窑；回转窑与冷却机相连接；
[0007]
冷却机上设置有三次风管，所述三次风管上设置有切换部件，三次风管通过切换部件分为两路，一路是三次风管连接热交换器，热交换器通过管道连接分解炉；另一路是三次风管直接连接分解炉。
[0008]
根据本发明的实施方案，所述切换部件选自阀门。
[0009]
根据本发明的实施方案，所述阀门选自闸板阀或蝶阀等。
[0010]
根据本发明的实施方案，所述阀门包括第一阀门、第二阀门、第三阀门；所述第一阀门、第三阀门设置在三次风管上，第二阀门设置在连接热交换器与分解炉的管道上；
[0011]
所述第一阀门设置在连接冷却机与热交换器的三次风管上，所述第二阀门设置在连接热交换器与分解炉的管道上；所述第三阀门设置在连接冷却机与分解炉的三次风管上。
[0012]
根据本发明的实施方案，所述第一阀门为阀b，所述第二阀门为阀c，所述第三阀门为阀a。
[0013]
根据本发明的实施方案，第一列旋风预热器和第二列旋风预热器的最下一级旋风分离器的进风口连接分解炉；
[0014]
第一列旋风预热器和第二列旋风预热器的最下一级旋风分离器的出料口连接烟室。
[0015]
进一步地，第一列旋风预热器和第二列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器的进料口均通过管道连接分解炉。
[0016]
根据本发明的实施方案，第一列旋风预热器和第二列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器的出料口均通过管道连接分解炉，所述管道可以包含或不包含支路；
[0017]
当所述管道不包含支路时，第一列旋风预热器和第二列旋风预热器对分解炉单点进料；当所述管道包含支路时，第一列旋风预热器和第二列旋风预热器对分解炉多点进料；第一列旋风预热器、第二列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器的出料口与分解炉连接的输送管道均包括输送干路和输送支路，输送支路的数量为2个以上；各个输送支路之间并联，输送干路与输送支路的连接处设置有分料阀；所述分料阀可以调节由输送干路进入各个输送支路的物料量；进而实现分解炉的多点进料。
[0018]
根据本发明的实施方案，所述第一列旋风预热器、第二列旋风预热器的级数选自3～7级。
[0019]
根据本发明的实施方案，所述热交换器上设置有一个以上的气体入口、一个以上的气体出口；
[0020]
其中一个气体出口连接余热利用或处理系统；所述余热利用或处理系统包括余热锅炉发电、烘干物料或其他进行余热利用或处理的装置；
[0021]
所述冷却机选自篦式冷却机、单筒冷却机、多筒冷却机中的一种。
[0022]
根据本发明的实施方案，所述第一列旋风预热器、第二列旋风预热器上设置有生料喂入口，生料喂入口设置在第一列旋风预热器、第二列旋风预热器的最上面第一级旋风分离器的进口风管处，或者设置在第一列旋风预热器、第二列旋风预热器的最上面第二级旋风分离器的进口风管处。
[0023]
根据本发明的实施方案，所述分解炉上设置燃料入口，燃料入口的数量为1个以上。
[0024]
本发明还提供使用上述由在线型分解炉改造的水泥窑系统制备水泥熟料的方法，所述制备水泥熟料的方法包括：
[0025]
将生料分别加入第一列旋风预热器、第二列旋风预热器，生料在旋风预热器内与烟气进行换热；
[0026]
第一列旋风预热器和第二列旋风预热器预热后的生料通过一点或多点进入分解炉；
[0027]
分解炉分解完成的热生料离开分解炉分别进入第一列和第二列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器，经过气固分离后通过烟室进入回转窑，在回转窑内煅烧形成熟料，熟料由回转窑出口进入冷却机，随后经冷却机冷却，得到水泥熟料；
[0028]
回转窑内形成的窑气进分解炉；回转窑内形成的窑气和分解炉内形成的烟气经第一列旋风预热器和第二列旋风预热器的气固换热后分别由第一列和第二列最上面一级旋风分离器的出口排出；
[0029]
三次风通过切换部件分为两路，通过调节切换部件选择以下任意一路：一路是三次风通过三次风管进入热交换器，循环烟气和氧气的混合气体或氧气进入热交换器，三次风与循环烟气和氧气的混合气体或氧气通过热交换器进行热量交换，热量交换完成的循环烟气和氧气的混合气体或氧气进入分解炉，热量交换完成的三次风进入余热利用或处理系统；另一路是三次风管内的三次风不经热交换器进入分解炉，即三次风通过三次风管直接进入分解炉。
[0030]
根据本发明的实施方案，三次风通过阀门分为两路，通过调节阀门选择以下任意一路：一路是第三阀门关闭、第一阀门和第二阀门打开，三次风通过三次风管进入热交换器，循环烟气和氧气的混合气体或氧气进入热交换器，三次风与循环烟气和氧气的混合气体或氧气通过热交换器进行热量交换，热量交换完成的循环烟气和氧气的混合气体或氧气进入分解炉，分解炉内为富氧燃烧，此时所述水泥窑系统为co2自富集型水泥窑；另一路是第三阀门打开、第一阀门和第二阀门关闭，三次风管内的三次风直接进入分解炉，此时所述水泥窑系统为在线型水泥窑。
[0031]
根据本发明的实施方案，按气体流向而言，空气经冷却机对高温熟料进行冷却，换热完成的空气分为以下三路：第一路高温空气作为二次风直接进入回转窑内供燃料燃烧；第二路空气分为两种情况：当第三阀门全关、第一阀门和第二阀门全开时，系统作为co2自富集型水泥窑，三次风通过热交换器与循环烟气和氧气的混合气体或氧气进行热量交换，热量交换完成的循环烟气和氧气的混合气体或氧气进入分解炉，热量交换完成的三次风进入余热利用或处理系统；当第三阀门全开、第一阀门和第二阀门全关时，系统作为在线型水泥窑，此时三次风直接进分解炉内供燃料燃烧，分解炉内不再供入循环烟气和氧气的混合气体或氧气；第三路温度较高的空气进入余热利用或处理系统，例如进入余热锅炉发电，发电完成的烟气通过余风处理后经烟囱排入大气。
[0032]
根据本发明的实施方案，冷却机的出风为第一路、第二路、第三路；或为第一路单独出风，第二路和第三路组合出风。
[0033]
根据本发明的实施方案，第二路和第三路组合出风为第二路和第三路共用一个出风管。
[0034]
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0035]
1.本发明创造性地将co2自富集型水泥窑与在线型水泥窑集于同一系统，可根据需要将系统切换为co2自富集型水泥窑或在线型水泥窑。
[0036]
2.当水泥窑作为co2自富集型水泥窑时，在分解炉内可实现co2自富集过程，保证第一列和第二列旋风预热器出口烟气co2浓度＞50％(常规生产线旋风预热器出口烟气co2浓
度约为25～35％)，改善了现有技术中旋风预热器出口烟气co2浓度低，净化提纯困难的问题，可以较大程度降低后续烟气中co2捕集提纯的投资成本和运行成本。
[0037]
3.本发明无需对回转窑和冷却机进行重新设计，适用于对现有大多数水泥窑系统进行改造，大大简化工艺流程，降低改造成本。也可用于对新建水泥生产线的设计。
附图说明
[0038]
图1是本发明实施例中由在线型分解炉改造的水泥窑系统图。其中，1-a列旋风预热器的生料喂入口，2-b列旋风预热器的生料喂入口，3-分料阀，4-分解炉，5-分解炉的燃料入口，6-烟室，7-回转窑，8-回转窑的燃料入口，9-冷却机；10-三次风管，11-阀b，12-阀c，13-阀a，14-热交换器，1401-气体入口，1402-气体出口，15-a列旋风预热器的烟气出口，16-b列旋风预热器的烟气出口，17-风机。
具体实施方式
[0039]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0041]
如图1所示，由在线型分解炉改造的水泥窑系统包括a列旋风预热器、b列旋风预热器、分解炉(4)、烟室(6)、回转窑(7)、冷却机(9)、热交换器(14)、阀a(13)、阀b(11)、阀c(12)、分料阀(3)。a列旋风预热器、b列旋风预热器上设置有生料喂入口，a列旋风预热器的生料喂入口(1)和b列旋风预热器的生料喂入口(2)分别设置在a列旋风预热器、b列旋风预热器的最上面第一级旋风分离器的进口风管处。a列旋风预热器的最下一级旋风分离器和b列旋风预热器的最下一级旋风分离器的进风口均通过管道连接分解炉(4)，a列旋风预热器、b列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器的出料口均通过管道连接分解炉(4)；a列旋风预热器、b列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器的进料口均通过管道连接分解炉(4)；a列旋风预热器、b列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器的出料口均通过管道连接烟室(6)。分解炉(4)与烟室(6)相连接，烟室(6)连接回转窑(7)；回转窑(7)与冷却机(9)相连接；冷却机(9)上设置有三次风管(10)；三次风管(10)上设置有阀a(13)、阀b(11)，阀c(12)设置在连接热交换器(14)与分解炉(4)的管道上。三次风管(10)通过阀门分为两路，一路是三次风管(10)连接热交换器(14)，热交换器(14)通过管道连接分解炉(4)；另一路是三次风管(10)直接连接分解炉(4)。阀b(11)设置在连接冷却机(9)与热交换器(14)的三次风管(10)上，阀c(12)设置在连接热交换器(14)与分解炉(4)的管道上；阀a(13)设置在连接冷却机(9)与分解炉(4)的三次风管(10)上。a列旋风预热器和b列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器的出料口均通过管道连接分解炉(4)；连接a列旋风预热器、b列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器的出料口与分解炉(4)的输送管道均包括输送干路和输送支路，a列和b列所述输送
支路的数量均为两个；各个输送支路之间并联，输送干路与输送支路的连接处设置有分料阀(3)；分料阀(3)可以调节由输送干路进入各个输送支路的物料量，进而实现分解炉的多点进料。分解炉(4)上设置分解炉的燃料入口(5)，燃料入口的数量为4个，可以实现燃料的多点进料。回转窑(7)上设置有回转窑的燃料入口(8)。冷却机(9)选自篦式冷却机、单筒冷却机、多筒冷却机等中的一种。
[0042]
通过阀门的切换，系统可以切换为以下三种情况的任一种：
[0043]
第一种情况：阀a(13)全关，阀b(11)和阀c(12)全开，系统为co2自富集型水泥窑。
[0044]
三次风通过三次风管(10)进入热交换器(14)，氧气通过气体入口(1401)进入热交换器(14)，三次风与氧气在热交换器(14)内进行热量交换，热量交换完成的氧气进入分解炉(4)，热量交换完成的三次风通过设置在热交换器(14)上的气体出口(1402)进入余热利用或处理系统。
[0045]
生料分别喂入a列旋风预热器和b列旋风预热器，生料经旋风分离器和连接风管与烟气多次换热，最终生料可预热至700～800℃；预热完成的生料经过a列旋风预热器和b列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器进入分解炉(4)。分解炉(4)内燃料燃烧释放大量热量供生料分解，分解完成的热生料离开分解炉(4)，离开分解炉(4)的生料经a列旋风预热器和b列旋风预热器最下一级旋风分离器气固分离后进入回转窑(7)，在回转窑(7)内煅烧形成熟料，熟料由回转窑(7)出口进入冷却机(9)，随后经冷却机(9)冷却至65℃+环境温度；回转窑(7)内产生的窑气进入分解炉(4)，分解炉(4)内为富氧燃烧，回转窑(7)内产生的窑气和分解炉(4)内燃料燃烧和生料分解产生的烟气从分解炉(4)出口分别进入a列旋风预热器和b列旋风预热器最下一级旋风分离器，与热生料完成气固分离后进入a列旋风预热器和b列旋风预热器倒数第二级旋风分离器，在旋风分离器和连接风管内对生料进行多次预热，最终从a列旋风预热器的烟气出口(15)和b列旋风预热器的烟气出口(16)离开；a列和b列旋风预热器出口烟气温度为300～400℃，烟气中co2浓度＞50％，经过干燥净化和捕集提纯等一系列工艺后co2浓度可达到99％以上，然后进行资源化处理或封存。环境温度下的空气经冷却机(9)对从回转窑出口进入冷却机(9)的高温熟料进行冷却，换热完成后的空气分为三路：第一路空气进入回转窑(7)内作为供燃料燃烧的高温二次风(900～1200℃)，第二路空气是高温三次风(800～1000℃)，三次风通过三次风管(10)进入热交换器(14)内，氧气进热交换器(14)内，氧气与三次风通过热交换器(14)进行热量交换，热量交换完成的氧气进分解炉(4)，热量交换完成的三次风进入余热利用或处理系统。第三路空气(250～450℃)进入余热锅炉发电或其他余热利用或处理系统，发电完成或其他余热利用、处理系统的烟气通过余风处理后经烟囱排入大气。
[0046]
第二种情况：阀a(13)全关，阀b(11)和阀c(12)全开，系统为co2自富集型水泥窑。
[0047]
物料及气体的流向与第一种情况相同，不同之处在于：将a列旋风预热器或b列旋风预热器或a、b两列旋风预热器出口排放的烟气的一部分作为循环烟气，将循环烟气和氧气的混合气体通过气体入口(1401)进入热交换器(14)，三次风与循环烟气和氧气的混合气体在热交换器(14)内进行热量交换，热量交换完成的循环烟气和氧气的混合气体进入分解炉(4)，分解炉(4)内为富氧燃烧。
[0048]
a列和b列旋风预热器出口烟气温度为300～400℃，烟气中co2浓度＞50％。
[0049]
第三种情况：阀a(13)全开，阀b(11)和阀c(12)全关，此时所述系统为在线型水泥
窑。
[0050]
生料分别喂入a列旋风预热器和b列旋风预热器，生料经旋风分离器和连接风管与烟气多次换热，最终生料可预热至700～800℃；预热完成的生料从a列旋风预热器和b列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器进入分解炉(4)。分解炉(4)内燃料燃烧释放大量热量供生料分解，分解完成的热生料离开分解炉(4)经a列旋风预热器和b列旋风预热器最下一级旋风分离器气固分离后通过烟室(6)进入回转窑(7)，在回转窑(7)内煅烧形成熟料，熟料由回转窑(7)出口进入冷却机(9)，随后经冷却机(9)冷却至65℃+环境温度。
[0051]
回转窑(7)内产生的窑气进入分解炉(4)，回转窑(7)产生的窑气和分解炉(4)内燃料燃烧和生料分解产生的烟气从分解炉(4)出口分别进入a列旋风预热器和b列旋风预热器最下一级旋风分离器，与热生料完成气固分离后进入a列旋风预热器和b列旋风预热器倒数第二级旋风分离器，在旋风分离器和连接风管内对生料进行多次预热，最终从a列旋风预热器和b列旋风预热器最上一级旋风分离器出口离开。a列旋风预热器和b列旋风预热器出口烟气温度为300～400℃，烟气中co2浓度25～35％，经过余热锅炉发电、烘干原料磨和烟气处理系统后排入大气。环境温度下的空气经冷却机(9)对从回转窑(7)出口进入冷却机(9)的高温熟料进行冷却，换热完成后的空气分为三路：第一路空气进入回转窑(7)内作为供燃料燃烧的高温二次风(900～1200℃)，第二路空气是三次风(800～1000℃)，三次风通过三次风管(10)进分解炉(4)，供分解炉(4)内的燃料燃烧。第三路空气(250～450℃)进入余热锅炉发电或其他余热利用或处理系统，发电完成或其他余热利用、处理系统的烟气通过余风处理后经烟囱排入大气。
[0052]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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