一种可捕集二氧化碳的碳酸盐煅烧系统的制作方法

1.本发明涉及工业废气处理技术领域，尤其涉及一种可捕集二氧化碳的碳酸盐煅烧系统。


背景技术：

2.据统计，工业排放的温室气体量约占全球温室气体总排放量的 28%（温室气体90%为二氧化碳），其中水泥行业排放的温室气体（年排放约40亿吨）约占全球温室气体总排放量的8%。2020年，我国水泥行业碳排放约13.75亿吨，占当前全国碳排放总量（约102亿吨）约13.5%，在工业行业中仅次于钢铁（钢铁碳排放量约占全国15%）。水泥行业排放的二氧化碳总量65%来自于石灰石（碳酸钙）的分解，而以煅烧碳酸盐原料（包括石灰石、碳酸镁等）生产水泥熟料（水泥和石灰）和氧化镁为主的碳酸盐煅烧行业，在煅烧过程中便会产生大量二氧化碳。
3.目前，碳酸碳煅烧行业一般采用燃烧的煤粉作为热源煅烧碳酸盐原料，煅烧结束后，煅烧烟气中的二氧化碳含量约为30%，此时回收二氧化碳便需要使用多种化学药剂将二氧化碳分离出来，存在回收率低、成本高以及使用化学药剂导致二次污染等问题，碳酸盐煅烧行业的减排任重道远。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可捕集二氧化碳的碳酸盐煅烧系统，实现二氧化碳完全回收，生产可销售的二氧化碳产品，最大化回收和梯级利用煅烧余热，具有显著的社会效益和良好的经济效益。
5.为解决上述技术问题，本发明是采用下述方案实现的：本发明提供了一种可捕集二氧化碳的碳酸盐煅烧系统，包括原料制备系统、煅烧窑、气体加热炉、气固分离装置、二氧化碳回收系统、高温冷却器和余热发电装置；所述原料制备系统连接所述煅烧窑，用于制备碳酸盐原料并输送碳酸盐原料至所述煅烧窑；所述气体加热炉连接所述煅烧窑，用于电加热气体并传递热量至所述煅烧窑；所述煅烧窑用于煅烧碳酸盐原料产生煅烧成品和二氧化碳；所述气固分离装置连接所述煅烧窑，用于分离煅烧成品和二氧化碳；所述二氧化碳回收系统连接所述气固分离装置的二氧化碳出口，用于预热、干燥碳酸盐原料以及捕集二氧化碳生产二氧化碳产品；所述高温冷却器连接所述气固分离装置的煅烧成品出口，用于回收煅烧成品的余热辅助加热热源气体；所述余热发电装置连接所述高温冷却器的煅烧成品出口，利用煅烧成品的余热进行发电供给生产。
6.优选的，所述原料制备系统包括依次连接的原料磨、预热器和给料装置；所述原料磨用于磨制碳酸盐原料；所述预热器用于预热碳酸盐原料；所述给料装置连接所述煅烧窑，用于输送碳酸盐原料至所述煅烧窑。
7.优选的，所述二氧化碳回收系统包括窑尾风机、窑尾除尘器、二氧化碳纯化装置和
二氧化碳储罐；所述预热器与所述气固分离装置的二氧化碳出口连接，所述窑尾风机的进气口连接所述预热器的二氧化碳出口，出气口连接所述原料磨；所述窑尾除尘器的进气口连接所述原料磨的排气口，出气口连接所述二氧化碳纯化装置，粉尘排出口连接所述预热器；所述二氧化碳纯化装置与所述二氧化碳储罐连接。
8.优选的，所述预热器设置为多级预热器。
9.优选的，所述煅烧窑包括外窑和旋转内窑；所述气体加热炉连接所述外窑，用于电加热气体并输送高温气体至所述外窑；所述外窑接触连接所述旋转内窑，用于传递高温气体的热量至所述旋转内窑；所述旋转内窑分别连接所述原料制备系统和所述气固分离装置，用于接收碳酸盐原料、煅烧碳酸盐原料产生煅烧成品和二氧化碳以及输送煅烧成品和二氧化碳至气固分离装置。
10.优选的，所述气体加热炉的最大加热温度为1400摄氏度；所述气体为空气或惰性气体。
11.优选的，所述高温冷却器的进气口连接所述外窑，出气口连接所述气体加热炉；所述高温冷却器的煅烧成品入口连接所述气固分离装置的煅烧成品出口，煅烧成品出口连接所述余热发电装置。
12.优选的，所述高温冷却器为耐高温蓄热式换热器，所述高温冷却器中所述气体和所述煅烧成品相接触。
13.优选的，还包括成品库，所述成品库连接所述余热发电装置的煅烧成品出口，用于保存冷却后的煅烧成品。
14.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：1、本发明采用电加热的气体作为碳酸盐煅烧的热源，使得煅烧分解后产生的气体均为二氧化碳，有利于二氧化碳的捕集，可实现二氧化碳零排放，不需要使用化学药剂进行烟气和二氧化碳的分离步骤，降低了二氧化碳的回收成本，避免二次污染问题，具有显著的社会效益。
15.2、本发明针对余热热源的性质，采取多种余热利用回收措施，实现了能量梯级利用和回收最大化，大大提高了余热的回收利用率，从而提高煅烧行业整体能源利用率，减低成本，同时通过二氧化碳纯化装置得到可销售的二氧化碳产品，具有良好的经济效益。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的一种可捕集二氧化碳的碳酸盐煅烧系统的系统示意图；图中：1、原料制备系统；1-1、原料磨；1-2、预热器；1-3、给料装置；2、煅烧窑；2-1、外窑；2-2、旋转内窑；3、气体加热炉；4、气固分离装置；5、二氧化碳回收系统；5-1、窑尾风机；5-2、窑尾除尘器；5-3、二氧化碳纯化装置；5-4、二氧化碳储罐；6、高温冷却器；7、余热发电装置；8、成品库。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.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“安装”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.如图1所示，本实施例提供了一种可捕集二氧化碳的碳酸盐煅烧系统，包括原料制备系统1、煅烧窑2、气体加热炉3、气固分离装置4、二氧化碳回收系统5、高温冷却器6、余热发电装置7和成品库8。原料制备系统1连接煅烧窑2，用于制备碳酸盐原料并输送碳酸盐原料至煅烧窑2；气体加热炉3连接煅烧窑2，用于电加热气体并传递热量至煅烧窑2；煅烧窑2用于煅烧碳酸盐原料产生煅烧成品和二氧化碳；气固分离装置4连接煅烧窑2，用于分离煅烧成品和二氧化碳；二氧化碳回收系统5连接气固分离装置4的二氧化碳出口，用于预热、干燥碳酸盐原料以及捕集二氧化碳生产二氧化碳产品；高温冷却器6连接气固分离装置4的煅烧成品出口，用于回收煅烧成品的余热辅助加热热源气体；余热发电装置7连接高温冷却器6的煅烧成品出口，利用煅烧成品的余热进行发电供给生产。
21.具体地，原料制备系统1包括原料磨1-1、预热器1-2和给料装置1-3。原料磨1-1用于碳酸盐原料的磨制与干燥，原料磨1-1通过管道与预热器1-2连接，原料磨1-1通过管道与二氧化碳回收系统5的窑尾风机5-1连接，利用窑尾风机5-1排出的二氧化碳干燥碳酸盐原料。预热器1-2通过管道与气固分离装置4的二氧化碳气体出口连接，预热器1-2利用二氧化碳的余热来预热碳酸盐原料，实现了二氧化碳余热回收与能量的梯级利用。预热后的原料进入给料装置1-3，给料装置1-3连接煅烧窑2的旋转内窑2-2。其中，预热器1-2可根据实际预热需求设置为多级预热器。
22.煅烧窑2包括外窑2-1和旋转内窑2-2。外窑2-1通过管道与气体加热炉3连接，旋转内窑2-2与外窑2-1接触连接。气体加热炉3利用电能加热空气或者氮气等一类的惰性气体输送至外窑2-1中，外窑2-1将热量传递给旋转内窑2-2中的碳酸盐原料，旋转内窑2-2能够旋转，使得窑内的原料能够均匀受热，加快碳酸盐分解及烧结反应速度，原料吸收高温气体的热量后分解、烧结，得到二氧化碳气体与水泥熟料或者氧化镁等煅烧成品；冷却后的气体进入高温冷却器6中与煅烧成品进行热交换，然后进入到气体加热炉3再次加热，达到碳酸盐原料煅烧要求的温度后继续送至外窑2-1，如此循环往复，形成高温气体的闭式循环。其中，气体加热炉3能够根据需求设定高温气体的温度，最高温度为1400摄氏度。该系统采用电加热的气体作为碳酸盐煅烧的热源，使得煅烧分解后产生的气体均为二氧化碳，有利于二氧化碳的捕集，可实现碳二氧化碳零排放，不需要使用化学药剂进行烟气和二氧化碳的分离步骤，降低了二氧化碳的回收成本，避免二次污染问题，具有显著的社会效益。
23.气固分离装置4与煅烧窑2的旋转内窑2-2连接，气固分离装置4用于将二氧化碳与煅烧成品进行分离：分离后的二氧化碳通过气固分离装置4上部管道与原料制备系统1的预
热器1-2连接，煅烧成品通过气固分离装置4底部管道与高温冷却器6连接。
24.二氧化碳回收系统5包括窑尾风机5-1、窑尾除尘器5-2、二氧化碳纯化装置5-3和二氧化碳储罐5-4。窑尾风机5-1的进气口通过管道与预热器1-2上部的二氧化碳气体出口连接，窑尾风机5-1的出气口通过管道与原料磨1-1连接，利用窑尾风机5-1排出的二氧化碳干燥碳酸盐原料。窑尾除尘器5-2的进气口通过管道与原料磨1-1排气口连接，窑尾除尘器5-2分离出的粉尘通过管道进入预热器1-2，窑尾除尘器5-2的出气口通过管道与二氧化碳纯化装置5-3连接，二氧化碳纯化装置5
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3通过管道与二氧化碳储罐5-4连接。除尘后的二氧化碳经过纯化后得到可再次利用的二氧化碳产品，二氧化碳产品通过管道进入二氧化碳储罐5-4储存，实现回收二氧化碳余热的同时捕捉二氧化碳生产可销售的二氧化碳产品，增加了经济收益。
25.高温冷却器6的进气口连接外窑2-1，出气口连接气体加热炉3；高温冷却器6的煅烧成品入口连接气固分离装置4的煅烧成品出口，煅烧成品出口连接余热发电装置7。高温冷却器6为耐高温蓄热式换热器，进入高温冷却器6的气体和煅烧成品相互接触产生热交换：煅烧成品对冷却后的热源气体进行加热，气体加热后回到气体加热炉3中，高温气体在气体加热炉3、外窑2-1和高温冷却器6三者之间形成闭式自循环；气体也对高温的煅烧成品形成初步冷却，初步冷却后的煅烧成品进入余热发电装置7中。余热发电装置7连接高温冷却器6的煅烧成品出口，利用煅烧成品的余热进行发电，产生的电能可供企业生产使用，例如为气体加热炉3提供电能，实现煅烧成品余热的梯级利用，提高了余热的利用效率。
26.此外，该系统还包括成品库8，成品库8连接余热发电装置7的煅烧成品出口，完全冷却后的煅烧成品进入成品库8中进行保存。
27.应当理解的是，本实施例未详细描述的内容均为现有技术。
28.上述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。