一种适用于水泥窑的二氧化碳纯化捕集的系统的制作方法

本实用新型属于建材生产环保处置设备技术领域，尤其涉及一种适用于水泥窑的二氧化碳纯化捕集的系统。

背景技术：

全球气候变暖、海平面上升等环境问题日益严峻，温室效应将严重威胁人类的生存。我国是全球最大温室气体排放国，2019年我国co2排放量约97亿吨，约占全球碳排放(330亿吨)的1/3。水泥行业是我国工业co2的重要排放行业，中国水泥产量连续近三十年来居世界第一，生产吨熟料排放co2量约0.8吨，总体上，水泥约占工业生产碳排放总量的8-10％左右。水泥行业目前已被国家列为必须进行低碳治理的重点，碳减排不仅是水泥工业面临的严峻挑战，也是实现水泥工业科技进步的重要机遇。

水泥工业降低碳排放的途径主要有四种：减少水泥中的熟料含量、使用替代燃料、改进单位热耗、碳捕集和碳封存(ccs)，前三种方案虽在世界上多个水泥厂中普遍使用，但还是受到各种因素的限制，如某些地区缺乏胶凝混合材、燃料来源限制等，且最终可行性还要取决于能否满足水泥应用的质量标准，因此行业内对能够大幅减少水泥碳排放量的ccs技术就更为关注。目前，水泥行业已实现采用化学吸附法来捕集纯化窑尾废气中的二氧化碳，并已建成国内首个示范项目，项目投资额达上亿元。水泥窑尾烟气中co2浓度仅为20％左右，且有害酸性气体如so2、nox等较多，该示范项目系统运行成本高昂，且回收的二氧化碳品质较低。各运行指标中，烟气中co2浓度是影响ccs成本的最大因素，如何提高烟气中co2浓度是ccs亟需突破的难题。

技术实现要素：

针对现有技术所存在的问题和不足，本实用新型提供了一种适用于水泥窑的二氧化碳纯化捕集的系统及方法，将水泥窑生产烟气和生料分解产生的烟气相互隔绝，相较于现有碳捕集系统，能显著降低碳捕集成本，且二氧化碳气体浓度能极大提高。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种适用于水泥窑的二氧化碳纯化捕集的系统，包括预热器、筒型立窑、以及碳捕集装置，所述筒型立窑包括物料通道和烟气通道，所述烟气通道内设置燃烧器，所述燃烧器在所述烟气通道内燃烧产生高温传递至所述物料通道，所述预热器中生料的一部分进入所述物料通道受热分解出co2，co2气体通向所述碳捕集装置被捕集。

进一步的，所述物料通道围绕在所述烟气通道的外侧，所述物料通道的内壁面敷设耐火保温材料。

进一步的，预热器从上至下包括c11、c12、c2、c3、c4及c5段，所述预热器c4段出口与所述物料通道之间设置第一支路，所述c4段出口的生料通向所述物料通道；所述预热器c5段出口与所述第一管路之间设置第二支路，所述预热器c5段出口的生料与所述c4段出口的生料预混后通向所述物料通道；所述物料通道的出口与所述物料通道的入口之间设置第三支路。

进一步的，所述物料通道中产生的co2气体依次通过换热装置、除尘器，再由风机送入碳捕集装置捕集。

进一步的，还包括分解炉，所述物料通道的出口的高温物料送入所述分解炉利用，所述烟气通道内的高温气体通入所述分解炉中利用。

进一步的，所述筒型立窑的物料通道的入口和出口还分别设有布料装置和出料装置；第一支路、第二支路、第三支路，以及物料通道的出口和分解炉之间的管路上均设有翻板阀门。

进一步的，所述燃烧器还设置分煤装置，所述分解炉还设有供煤管道，所述分煤装置与所述供煤管道相连；所述系统还包括篦冷机，所述燃烧器还与所述篦冷机连接，由所述篦冷机为所述燃烧器提供高温空气。

本实用新型的有益效果：

(1)本系统可基于现有水泥窑生产系统进行改造，投资额较小，补热燃烧器分支利用现有分解炉上燃烧器的分煤。

(2)预热器c4出口的生料温度在600℃左右，筒型立窑的物料通道入口分别与筒型立窑物料通道的出口物料(900-1000℃)和预热器c5出口物料(700-800℃)直接接触，能有效提高进入筒型立窑的预混物料温度，燃烧器仅需补充较少的能量，就能满足碳酸钙的分解温度(850-900℃)。

(3)筒型立窑分为物料通道和烟气通道，煤粉燃烧的复杂烟气和物料碳酸盐分解的高co2气体不直接接触，减少了co2气体中的其他有害酸性气体含量。

(4)物料通道和烟气通道的分区，二氧化碳气体浓度由烟气中的20％上升至80％以上，碳捕集实施成本大大降低。

附图说明

图1为本实用新型的设备布置图；

图2为筒型立窑的截面图；

其中：1、水泥回转窑；2、分解炉；3、预热器；4、篦冷机；5、筒型立窑；5-1、外壁；5-2、内壁；5-3、物料通道；5-4、烟气通道；6、燃烧器；7、分煤装置；8、换热装置；9、除尘器；10、风机；11、碳捕集装置。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，一种适用于水泥窑的二氧化碳纯化捕集的系统，包括水泥回转窑1、分解炉2、预热器3、篦冷机4、筒型立窑5、燃烧器6、分煤装置7、换热装置8、除尘器9、风机10及碳捕集装置11。

在系统中设置筒型立窑5，如图2所示，该筒型立窑5包括外壁5-1和内壁5-2，内壁5-2在中心围成烟气通道5-4，外壁5-1在内壁5-2的外侧围成物料通道5-3，外壁5-1的内壁面敷设耐火保温材料，为筒型立窑5实现保温功能。

筒型立窑5的烟气通道5-4底部设有燃烧器6，燃烧器6分别与分煤装置7和篦冷机4相连，而分煤装置7与水泥窑系统的分解炉2的供煤管道相连。

这里设燃烧器6的目的：燃烧器6中的燃料为煤，一般煤粉燃烧能产生1000℃以上的高温，该高温可加热并分解生料中的caco3，产生co2；而水泥窑系统本身在分解炉2处已设有一燃烧器，在为分解炉2的燃烧器供煤粉管路中设置一分支路，为筒型立窑5的燃烧器6的分煤装置7提供煤粉，该分煤装置7为燃烧器6输送煤粉。篦冷机4则是为该燃烧器6提供高温空气。

预热器3从上至下包括c11、c12、c2、c3、c4及c5段，生料在预热器3内从上至下经c4段、c5段落出。

其中，预热器c4段出口与物料通道之间设置第一支路，c4段出口的生料送入筒型立窑5的物料通道5-3进行高温分解。

预热器c5段出口与第一管路之间设置第二支路，所述预热器c5段出口的一部分生料与所述c4段出口的生料预混后，换热升温后共同进入筒型立窑5的物料通道5-3加热分解产生，另一部分送入分解炉2中焚烧分解；

为提高生料的吸热效率，物料通道的出口与物料通道的出口之间设置第三支路，使得筒型立窑5中物料通道5-3的出口高温物料的一部分也通入物料通道5-3的入口，使吸热后的高温物料(900-1000℃)与生料直接混合换热。

经测试，预热器3的c4段出口的生料温度在600℃左右，预热器3的c5段出口的生料温度700-800℃，而燃烧器6在筒型立窑5的烟气通道5-4中产生1000℃以上的温度，烟气通道5-4的高温传递至物料通道5-3中，使得物料通道5-3中温度能达到900-1000℃，即能够达到碳酸钙的分解温度(850-900℃)，对生料进行高温分解产生co2气体，物料通道5-3的出口物料的温度为900-1000℃。

从筒型立窑5的物料通道5-3出来的生料以及一部分从预热器3的c5段出口的生料，进入分解炉2中焚烧分解后，进步一进入水泥回转窑1中焚烧，直至在篦冷机4中形成熟料，而烟气从水泥回转窑进入分解炉后，再依次经过预热器的c5、c4、c3、c2、c12、c11段对垃圾生料进行预热。

燃烧器在筒型立窑5的烟气通道5-4中燃烧煤粉产生的高温废气送入分解炉2进一步处理，而物料通道5-3中分解生料产生的co2气体依次通过换热装置8、除尘器9，再由风机10送入碳捕集装置11通过化学吸附法捕集。

第一支路、第二支路、第三支路，以及物料通道5-3的出口和分解炉2之间的管路上均设有翻板阀门，用于控制管路的开启和闭合；筒型立窑5的物料通道5-3的入口和出口还分别设有布料装置和出料装置。

本实施例还提供一种适用于水泥窑的二氧化碳纯化捕集的方法，预热器3的c4出口的生料进入筒型立窑5的物料通道5-3受热分解，如温度不够，可将预热器3的c4出口的生料与从预热器3的c5出口的生料先预混，换热升温后进入筒型立窑5的物料通道5-3，也可以将筒型立窑5物料通道5-3的出口高温物料也参与预热器3的c4和/或c5出口的生料预混；燃烧器6在筒型立窑5的烟气通道5-3内喷煤燃烧产生高温烟气，高温烟气通过筒型立窑5的内壁加热物料通道5-3内的生料，生料中碳酸盐受热后分解产生二氧化碳气体；富含二氧化碳的气体经换热装置8换热冷却、除尘器9除尘后送入碳捕集装置10化学吸附；受热分解后的剩余物料、煤粉燃烧后的高温废气均各自送入分解炉2继续利用。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。