[发明专利]一种全氧燃烧循环预热生产水泥熟料的系统及方法

说明书

本发明提供一种全氧燃烧循环预热生产水泥熟料的系统及方法，系统包括预热器、分解炉、烟室、回转窑以及冷却机，预热器包括常规预热器和烟气循环预热器，冷却机包括第一冷却区和第二冷却区，第一冷却区包括第一冷却分区和第二冷却分区，第一冷却分区的进口通入高浓度纯氧和二氧化碳烟气的混合气，第一冷却分区出口与回转窑进风口连通，第一冷却分区出口排出第一冷却气体作为二次风进入回转窑的进风口，第二冷却分区进口通入二氧化碳烟气，第二冷却分区出口通过第一管道与回转窑进风口连通，控制第二冷却分区出口排出的第二冷却气体作为四次风进入回转窑的进风口，从而调整回转窑内混合气体中O₂浓度，进而控制回转窑全氧燃烧的火焰温度。

技术领域

本发明属于水泥工艺技术领域，尤其涉及一种全氧燃烧循环预热生产水泥熟料的系统及方法。

背景技术

随着全球气候变暖，二氧化碳的排放受到广泛关注。水泥生产过程会产生大量的二氧化碳，据统计，生产1t水泥会排放0.6～0.7t二氧化碳。水泥窑废气中二氧化碳主要来源于以下两个方面：

1、燃料燃烧烟气中生成的二氧化碳，占比约40％。

2、原料中碳酸盐分解产生的二氧化碳，占比约60％。

国际能源署(IEA)和水泥可持续发展倡议组织(CSI)合作开发的《2050水泥技术路线图》指出：碳捕集与封存技术是目前水泥行业减少二氧化碳排放最可行的新技术，预计在2050年可减少二氧化碳排放量56％。其中全氧燃烧技术在碳捕集与封存技术中发展前景较好。

全氧燃烧是指用工业氧气代替空气来燃烧燃料，可以使燃料燃烧更加完全，全氧燃烧相比空气燃烧有如下诸多优点：

1)全氧燃烧过程与空气燃烧相比，空气中约79％的氮气不再参与燃烧，可以提高火焰温度；

2)烟气中氮气含量少，燃烧产物为三原子产物，三原子物质的传热效果高于双原子的物质，提高加热效率；

3)氮气不再参与排烟，可以大幅减少烟气量，减少排烟热损失；

4)全氧燃烧技术能够节约燃料，减少NOx的排放，达到净化环境的要求。

目前，全氧燃烧技术在浮法玻璃、玻纤窑上应用广泛，在水泥窑的应用处于研发阶段，水泥窑主要是在分解炉以及回转窑内采用全氧燃烧技术。

其中，在水泥窑内采用全氧燃烧的一种方案如下：

将原有的冷却机分为第一冷却区和第二冷却区，第一冷却区通入纯氧和二氧化碳烟气的混合气与熟料进行换热，换热后的混合气一部分进入回转窑，另一部分进入分解炉，供回转窑以及分解炉内燃料全氧燃烧，第二冷却区通入常规空气与熟料进行换热，换热后的空气进行余热利用或排放。

上述方案存在如下问题：

1、通入回转窑内O₂/CO₂混合气中O₂浓度不易调整，从而无法控制回转窑全氧燃烧的火焰温度，这是因为通入第一级冷却区O₂/CO₂混合气中O₂浓度难以在实际生产运行过程中灵活调整。原因是：O₂/CO₂混合气通过冷却机第一冷却区后再进入回转窑供燃料燃烧，由于冷却机设备结构和篦床面积在运行过程中是固定不变的，第一冷却区的篦床面积对应的冷却风量相对固定，因此，若增加循环烟气量可降低O₂/CO₂混合气中O₂浓度，但会造成冷却风量增加，冷却风量增加会导致篦床阻力增加；若降低循环烟气量可增加O₂/CO₂混合气中O₂浓度，但会造成冷却风量降低，冷却风量降低会导致熟料在第一冷却区冷却不充分。