技术特征：
1.一种全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，由水泥煅烧主系统、全氧燃烧子系统和co2捕集提纯系统组成；所述全氧燃烧子系统由子预热器单元、自富集炉、烟气预热单元、文丘里喉管、子高温风机、冷却器、子收尘器、中温循环风机、中温循环烟气供应管路、低温循环风机、低温循环烟气供应管路、燃料供应管路和工业氧气供应管路组成；所述子预热器单元的倒数第二级子旋风筒下料管与所述自富集炉的生料喂料管连接，所述子预热器单元的末级子旋风筒下料管与水泥煅烧主系统的窑尾烟室连接，所述子预热器单元的顶部出口风管上依次设置所述子高温风机、冷却器、子收尘器和子排风机；所述中温循环风机设置在中温循环烟气供应管路上，所述中温循环烟气供应管路一端与子高温风机和冷却器之间的管路连接，另一端与烟气预热单元连接；所述低温循环风机设置在低温循环烟气供应管路上，所述低温循环烟气供应管路一端与子收尘器气体出口的管路连接，另一端与燃料供应管路连接；所述烟气预热单元用于通过燃料将低温循环烟气和中温循环烟气进行预加热至900℃以上；所述烟气预热单元的底部烟气出口与所述文丘里喉管的底部进口连接，所述文丘里喉管的顶部出口与所述自富集炉的柱体底部连接，所述自富集炉的顶部出口与末级子旋风筒进口连接；所述燃料供应管路分别与烟气预热单元、文丘里喉管上部的喷煤管连接，所述工业氧气供应管路分别与烟气预热单元、文丘里喉管下部的氧气管连接；所述co2捕集提纯系统包括依次连接设置在子排风机出口管路上的分水罐、干燥床、吸附床、制冷机和精馏塔，所述精馏塔的顶部气体出口依次连接冷凝器和气液分离器，所述气液分离器的液体出口与精馏塔连接，所述精馏塔的底部液体出口连接再沸器入口，所述再沸器的气体出口与精馏塔连接，所述再沸器的液体出口与液态co2储罐连接。水泥生料分一部分至全氧燃烧子系统进行预热、分解，分解后的生料回到水泥煅烧主系统的回转窑煅烧生产水泥熟料。全氧燃烧子系统设置预热炉和自富集炉，燃料为煤粉，助燃空气为工业氧气，燃烧烟气和生料分解产生的co2形成浓度至80％以上的富co2烟气。富co2烟气在co2捕集提纯系统依次进行脱水干燥、脱硫脱硝、冷凝精馏后制备出co2质量分数至99％以上的液态co2产品。2.根据权利要求1所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，所述烟气预热单元包括燃烧器和预热炉，所述燃烧器安装在预热炉的顶部，燃烧器的头部伸入预热炉内，所述燃烧器包括由内至外依次同轴套装的油管、内一次风管、煤管和外一次风管，使燃烧器内由内至外依次形成中心油枪通道、内一次风通道、煤粉通道和外一次风通道；所述内一次风管和外一次风管的尾部均与工业氧气供应管路连接，所述煤管的尾部与燃料供应管路连接；所述油管、煤管和外一次风管的头部端口对齐，形成燃烧器的头部；所述内一次风管的头部与燃烧器的头部之间留有距离h0，使内一次风通道和煤粉通道在燃烧器的头部形成风煤预混通道；所述内一次风通道和煤粉通道之间设置有可沿燃烧器轴向前后移动的风煤预混调节环，使所述风煤预混通道的长度可在0～h0之间调节；所述预热炉从上至下由旋流室、变径段和炉膛组成，所述旋流室为蜗壳式结构，使从旋流室进口进入的烟气为蜗壳式切向旋流进入；
在所述预热炉内形成位于炉膛中心的富燃料区、位于富燃料区外部的富氧区、和位于富氧区与炉壁之间的富碳区。3.根据权利要求2所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，所述风煤预混调节环设置在内一次风管的内侧璧上。4.根据权利要求2所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，所述内一次风通道的进口及外一次风通道的出口处均设置有旋流器；所述外一次风通道外设有耐火材料层。5.根据权利要求2所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，在与所述内一次风管、外一次风管、文丘里喉管下部的氧气管连接的工业氧气供应管路上分别设置有流量控制器。6.根据权利要求2所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，所述旋流室的顶盖中心设置有燃烧器安装孔，所述燃烧器的头部通过燃烧器安装孔伸入至旋流室内；所述变径段的内直径从上至下逐渐变大。7.根据权利要求1所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，所述中温循环风机入口处的中温循环烟气供应管路上设置有中温循环风阀门，所述低温循环风机入口处的低温循环烟气供应管路上设置有低温循环风阀门。8.根据权利要求1所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，所述文丘里喉管从下至上分为下收缩段，喉区高速段和上扩张段，所述下收缩段插入所述氧气管，所述氧气管向下倾斜插入至靠近文丘里喉管轴向中心，氧气管与水平方向夹角为30～60
°
，使工业氧气与循环烟气混合均匀；所述上扩张段插入有所述喷煤管，所述喷煤管插入至靠近上扩张段内壁，使循环烟气和煤粉在上扩张段外侧形成的涡流低压区处混合；所述氧气管和喷煤管的数量分别为2～4支，沿圆周对称布置。9.根据权利要求1所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，所述生料喂料管设置在所述自富集炉的柱体底部。10.根据权利要求1所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的系统，其特征在于，所述分水罐出口和干燥床入口之间的管路上依次设置有压缩机组和稳压罐。11.一种基于权利要求1至10任一项所述的系统进行全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的方法，其特征在于，所述方法采用水泥煅烧主系统和全氧燃烧子系统并联运行进行空气燃烧和局部全氧燃烧，在预热预分解环节，生料流动路径为并联无交叉；在熟料煅烧环节，经过水泥煅烧主系统和全氧燃烧子系统分解后的两股生料共同进入回转窑煅烧，制备水泥熟料；在全氧燃烧子系统中，生料喂入子预热器单元，经过子预热器单元预热后喂入自富集炉预分解，然后进入回转窑煅烧；出自富集炉的烟气在子高温风机抽风下经过子预热器单元进行热交换，部分烟气作为中温循环烟气返回预热炉；剩余烟气再经冷却、收尘后，一部分用作低温循环烟气，剩余部分为富co2烟气进入co2捕集提纯系统，经过脱水干燥、脱硫脱硝、冷凝精馏后，制备出co2质量分数至99％以上的液态co2产品。12.根据权利要求11所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的方法，其特征在于，在所述自富集炉预分解生料采用两次全氧燃烧碳富集的方式进行生料分解，具体步骤如下：步骤一：从子收尘器气体出口的管路取低温循环烟气，低温循环烟气携带煤粉进入燃
烧器的煤粉通道；工业氧气分两股分别进入燃烧器的内一次风通道和外一次风通道，内一次风通道的工业氧气旋流进入，外一次风通道内的工业氧气旋流喷出，工业氧气供应的量满足预热炉内煤粉燃烧所需的氧气量，使煤粉喷出后在预热炉内燃烧稳定；从子高温风机和冷却器之间的管路取中温循环烟气，将中温循环烟气切向旋流引入预热炉的旋流室，在顶部旋流室的离心力下贴壁向下运动；煤粉和工业氧气从燃烧器喷出后在预热炉内着火燃烧，使预热炉内空间形成位于炉膛中心的富燃料区、位于富燃料区外部的富氧区、和位于富氧区与炉壁之间的富碳区；煤粉燃烧热量将中、低温循环烟气温度提升至900℃以上；步骤二：出烟气预热单元的900℃以上高温循环烟气反向向上运动；步骤三：高温循环烟气进入文丘里喉管，在文丘里喉管进口喷入工业氧气，使中心区氧浓度升高至30％以上；在文丘里喉管出口喷入煤粉，出口气体形成射流，在射流作用下使文丘里喉管上部外侧形成涡流低压区；步骤四：煤粉随循环烟气进入自富集炉燃烧放热，在自富集炉的生料喂料管喂入生料，使生料在自富集炉内完成分解，并释放co2，出自富集炉烟气干基co2浓度达80％以上，温度为850～1000℃。13.根据权利要求11或12所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的方法，其特征在于，所述煤粉细度控制80um筛余低于20％；所述工业氧气的氧气浓度不低于80％；所述低温循环烟气的温度低于150℃，co2浓度高于60％，o2浓度低于10％；所述中温循环烟气的温度低于400℃，co2浓度高于60％，o2浓度低于10％。14.根据权利要求12所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的方法，其特征在于，根据煤粉的燃烧特性，通过调节风煤预混调节环来调节风煤预混通道的长度，和/或通过调节进入内一次风通道和外一次风通道的工业氧气量，强化煤粉的着火与火焰稳定性，使煤粉喷出后在预热炉内燃烧稳定。15.根据权利要求12所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的方法，其特征在于，所述步骤三中，所述文丘里喉管的喉区高速段的截面平均风速为25～50m/s，上扩张段的出口截面平均风速为5～15m/s，喉区高速段风速为上扩张段出口风速的2倍以上。16.根据权利要求11所述的全氧燃烧生产水泥熟料联产液态co2的方法，其特征在于，制备液态co2产品的具过程如下：富co2烟气先经过分水罐进行初步脱水，分水后的烟气进入压缩机组加压，经过稳压罐后进入干燥床进行脱水干燥；干燥后的烟气进入吸附床脱除so
x
和no
x
杂质；出吸附床的富二氧化碳烟气进入制冷机制冷，之后进入精馏塔；在精馏塔内，轻组分杂质和少量二氧化碳在精馏塔顶部析出，析出的混合气经过冷凝器处理将二氧化碳再次凝结为液态，经过气液分离器后，液态二氧化碳返回精馏塔，剩余气体为排出系统；精馏塔底部的液态二氧化碳进入再沸器，将溶解在二氧化碳中的杂质返回精馏塔，出再沸器的液态二氧化碳输送至液态co2储罐。
技术总结
本发明公开了一种全氧燃烧生产水泥熟料联产液态CO2的系统及方法，由水泥煅烧主系统、全氧燃烧子系统和CO2捕集提纯系统组成，在预分解环节，主系统和子系统并联运行；在回转窑中，主系统和子系统产生的煅烧生料同时喂入窑内生产水泥熟料；减少了主系统与子系统之间相互干扰。全氧燃烧子系统中，将生料分解工序分为一次燃烧区和二次燃烧区串联运行，实现生料充分分解，抑制了煤粉燃烧NO
技术研发人员：陈昌华 代中元 林敏燕 武晓萍 万夫伟
受保护的技术使用者：中国建材集团有限公司
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/8/16