基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统的制作方法

1.本实用新型涉及水泥工艺技术领域，尤其涉及一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统。


背景技术：

2.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，为减小二氧化碳气体的排放对全球气候的影响，对二氧化碳的减排和捕集成为水泥行业必须解决的重大课题。
3.相关技术中，在窑尾的预热器出口处依次设置烟气降温装置和收尘器，再通过co2捕集装置对水泥生产中产生的二氧化碳进行捕集。为提高二氧化碳气体的浓度，在篦冷机处设置制氧装置，以提高窑尾烟室中的氧含量。如此，通过将高纯度的氧气代替空气送入至燃烧系统中，在对生料进行燃烧分解的同时，辅以烟气循环，可确保预热器出口处烟气中二氧化碳气体的浓度达到80％，甚至更高。
4.然而，在实际应用中，上述对二氧化碳的捕集方式需要额外配置制氧装置，并且捕集的气体中还含有较高浓度的氧气、氮气、二氧化硫等杂质气体，还需要投入空气分离系统，导致对二氧化碳捕集的成本高，能耗较大。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，用以解决现有的对二氧化碳的捕集方式存在成本高、能耗较大的问题。
6.本实用新型提供一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述水泥生产线包括依次连接的第一预热分解装置、回转窑和冷却机；所述系统包括：第二预热分解装置和风送设备；
7.所述第二预热分解装置和所述风送设备通过循环风道连通，并形成闭环系统；所述循环风道用于与二氧化碳捕捉装置连通；
8.所述第二预热分解装置与所述第一预热分解装置连接，以接收来自所述第一预热分解装置的生料；所述第二预热分解装置与所述回转窑连通，以通过所述回转窑处理所述生料分解后的固体产物；所述第二预热分解装置包括第二分解炉，所述第二分解炉内设有电加热器或气体燃烧器。
9.根据本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述第二预热分解装置还包括第二预热组件；
10.所述第二预热组件可接收未经所述第一预热分解装置预热的生料，所述第二分解炉可接收经过所述第一预热分解装置预热的生料；在所述风送设备的驱动下，所述第二分解炉产生的高温烟气输送至所述第二预热组件中，以对所述第二预热组件输送至所述第二分解炉的生料进行预热。
11.根据本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述第二预热
组件的顶端设有第二出气口和第二进料口，所述第二出气口与所述风送设备连通，所述第二进料口与所述第一预热分解装置的进料端连通；
12.所述第二预热组件的底端设有第二进气口、第一出料口和第二出料口；所述第二进气口与所述第二分解炉的出气端连通，所述第一出料口与所述第二分解炉的进料端连通，所述第二出料口与所述回转窑连通。
13.根据本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述第二预热组件包括至少两个旋风分离器；所述至少两个旋风分离器从上往下依次设置，并顺次串联。
14.根据本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述第二预热组件包括第一旋风分离器、第二旋风分离器、第三旋风分离器、第四旋风分离器和第五旋风分离器；
15.所述第一旋风分离器、所述第二旋风分离器、所述第三旋风分离器、所述第四旋风分离器和所述第五旋风分离器从上往下依次设置；
16.所述第二分解炉的出气端与所述第五旋风分离器的进气端连通，所述第五旋风分离器的出气端与所述第四旋风分离器的进气端连通，所述第四旋风分离器的出气端与所述第三旋风分离器的进气端连通，所述第三旋风分离器的出气端与所述第二旋风分离器的进气端连通，所述第二旋风分离器的出气端与所述第一旋风分离器的进气端连通，所述第一旋风分离器的出气端与所述风送设备连通；
17.所述第一旋风分离器的出料端与所述第三旋风分离器的出气端连通，所述第二旋风分离器的出气端还用于接收所述生料，所述第二旋风分离器的出料端与所述第四旋风分离器的出气端连通，所述第三旋风分离器的出料端与所述第五旋风分离器的出气端连通，所述第四旋风分离器的出料端与所述第二分解炉的进料端连通，所述第五旋风分离器的出料端与所述回转窑连通。
18.根据本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述第一预热分解装置包括：第一预热组件和第一分解炉；所述第一预热组件的顶端设有第一出气口和第一进料口，所述第一出气口用于排出低温烟气，所述第一进料口用于接收生料；
19.所述第一预热组件的底端设有第一进气口、第一出料端和第二出料端；所述第一进气口与所述第一分解炉的出气端连通，所述第一出料端与所述回转窑连通，所述第二出料端可选择性地与所述第一分解炉或所述第二分解炉连通。
20.根据本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述系统还包括：换热器；
21.所述冷却机通过回热风道与所述第一预热分解装置连通，所述换热器的一次侧设于所述循环风道上，所述换热器的二次侧设于所述回热风道上。
22.根据本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述系统还包括：支路风道、第一控制阀和第二控制阀；
23.所述支路风道的一端设于所述风送设备的出风端和所述第一预热分解装置之间的所述循环风道上，所述支路风道的另一端用于与所述二氧化碳捕捉装置连通；所述第一控制阀设于所述支路风道上，所述第一控制阀设于所述支路风道与所述第一预热分解装置之间的所述循环风道上。
24.根据本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，所述系统还包
括：二氧化碳浓度传感器和控制器；
25.所述二氧化碳浓度传感器设于所述循环风道上，以检测所述循环风道内二氧化碳气体的浓度；所述二氧化碳浓度传感器与所述控制器连接，所述控制器分别与所述第一控制阀和所述第二控制阀连接；
26.其中，所述控制器用于根据所述二氧化碳气体的浓度控制所述第一控制阀和所述第二控制阀的开度。
27.本实用新型提供的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，通过在现有水泥生产线的基础上设置二氧化碳捕集系统，可在风送设备的辅助下，利用电加热或对天然气、氢气等气体燃料燃烧时的放热，对碳酸盐进行预热和分解，实现在不引入其他杂质气体的条件下，获得高浓度的二氧化碳，并且对碳酸盐加热分解产生的固体产物也可继续用于水泥生产。
28.由此可见，本实用新型实现了水泥生产与二氧化碳捕集的耦合设计，可捕获较高浓度的二氧化碳，无需对捕获的气体进行分离，既减小了投入成本，又降低了能耗。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本实用新型提供的基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统的结构示意图之一；
31.图2是本实用新型提供的基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统的结构示意图之二；
32.图3是本实用新型提供的基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统的二氧化碳捕集方法的流程示意图。
33.附图标记：
34.11：第一预热分解装置；12：回转窑；13：冷却机；14：鼓风装置；111：第一预热组件；112：第一分解炉；21：第二预热分解装置； 22：风送设备；23：换热器；24：循环风道；25：支路风道；211：第二预热组件；212：第二分解炉；101：第一分料阀；102：第二分料阀；103：第一控制阀；104：第二控制阀；121：二氧化碳浓度传感器。
具体实施方式
35.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.下面结合图1-图3描述本实用新型的一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统。
37.如图1和图2所示，本实施例提供一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统，水泥
生产线包括依次连接的第一预热分解装置11、回转窑12和冷却机13，第一预热分解装置11与回转窑12的窑尾烟室连通，回转窑12的窑头端与冷却机13连通。
38.在实际应用中，冷却机13可以为篦冷机，在冷却机13的一侧设有鼓风装置14，鼓风装置14与冷却机13的高温端的进风口连通，通过鼓风装置14进入至冷却机13内的空气与冷却机13内的高温熟料进行换热，换热后形成的热风可以二次风、三次风的形式分别进入回转窑12和第一预热分解装置11。
39.进一步地，本实施例所示的二氧化碳捕集系统包括：第二预热分解装置21和风送设备22，风送设备22可选用高温风机。
40.第二预热分解装置21和风送设备22通过循环风道24连通，并形成闭环系统；循环风道24用于与二氧化碳捕捉装置连通。第二预热分解装置21与第一预热分解装置11连接，以接收来自第一预热分解装置11的生料。第二预热分解装置21与回转窑12连通，以通过回转窑12处理生料分解后的固体产物。
41.与此同时，第二预热分解装置21包括第二分解炉212，第二分解炉212内设有电加热器或气体燃烧器。第一预热分解装置11可通过第二分解炉212对生料进行加热分解，并可利用第二分解炉212加热过程中产生的高温烟气后续对来自第一预热分解装置11的生料进行预热。
42.如图1所示，本实施例所示的第二分解炉212可以为电加热炉，在电加热炉内设有电加热器，电加热器可以为盘绕于电加热炉的内壁上的电加热管。其中，本实施例采用电加热炉对生料进行加热分解，便于控制对生料的加热温度。
43.如图2所示，本实施例所示的第二分解炉212可以为可燃气体燃烧炉，在可燃气体燃烧炉的底端装有气体燃烧器，气体燃烧器的气体燃料的燃烧产物为二氧化碳和水当中至少一种，以避免在燃烧中产生气体杂物。例如，气体燃料包括天然气、煤气、氢气等。
44.在现有技术中，分解炉的燃料通常为以煤为主体的化石燃料，在利用化石燃料的燃烧所释放的热能对生料(碳酸盐)进行热分解时，分解炉排出的烟气中不仅含有二氧化碳气体，还含有大量的气态的硫氧化物和氮氧化物等污染物，为确保二氧化碳气体的纯度，后续最大的能耗问题在于空气分离系统。
45.相比而言，由于本实用新型利用电加热或气体燃料燃烧方式对生料进行热分解，第二预热分解装置21排出的烟气中仅含有大量的二氧化碳和少量水分，可减小气体污染物及其它杂质气体混入至二氧化碳气体中，从而缩减了后续所需的空气分离成本。
46.另外，考虑到现有的膜分离制氧装置存在投资成本大、运行能耗高的问题，相比于通过通氧来实现对二氧化碳捕集的方式，本实用新型降低了二氧化碳的捕集成本，确保了捕集的二氧化碳的纯度。
47.由上可知，本实用新型通过在现有水泥生产线的基础上设置二氧化碳捕集系统，可在风送设备22的辅助下，利用电加热或对天然气、氢气等气体燃料燃烧时的放热，对碳酸盐进行预热和分解，实现在不引入其他杂质气体的条件下，获得高浓度的二氧化碳，并且对碳酸盐加热分解产生的固体产物也可继续用于水泥生产。
48.如此，本实用新型实现了水泥生产与二氧化碳捕集的耦合设计，可捕获较高浓度的二氧化碳，无需对捕获的气体进行分离，既减小了投入成本，又降低了能耗。
49.在此应指出的是，在实际应用中，第二预热分解装置21的布置规模通常小于第一
预热分解装置11的布置规模，本实施例可根据对二氧化碳的捕集需求，配置第二预热分解装置21的布置规模，以有效控制成本。
50.在一些实施例中，第二预热分解装置21还包括第二预热组件211。第二预热组件211可接收未经第一预热分解装置11预热的生料，第二分解炉212可接收经过第一预热分解装置11预热的生料；在风送设备22的驱动下，第二分解炉212产生的高温烟气输送至第二预热组件211中，以对第二预热组件211输送至第二分解炉212的生料进行预热。
51.具体的地，第二预热组件211的顶端设有第二出气口和第二进料口，第二出气口与风送设备22连通，第二进料口通过第一分料阀101 与第一预热分解装置11的进料端连通。
52.第二预热组件211的底端设有第二进气口、第一出料口和第二出料口；第二进气口与第二分解炉212的出气端连通，第一出料口与第二分解炉212的进料端连通，第二出料口与回转窑12连通。
53.在实际应用中，可通过第一分料阀101控制一部分生料进入至第一预热分解装置11中，另一部分生料进入至第二预热组件211的第二进料口，再通过第二预热组件211进入至第二分解炉212中。
54.在第二分解炉212和风送设备22启动后，在风送设备22的驱动下，第二分解炉212产生的高温烟气输送至第二预热组件211中，对第二预热组件211输送至第二分解炉212的生料进行预热，并沿着循环风道24所提供的闭环路径循环流动。在循环风道24内的烟气中二氧化碳气体的浓度高于预设值时，可通过二氧化碳捕捉装置对烟气中的二氧化碳气体进行捕集。
55.当然，本实施例也可直接将经过第一预热分解装置11预热的生料通过第二分料阀102输送至第二分解炉212中，以提高第二分解炉212对生料的分解效率，降低能耗。在此情形下，本实施例也可控制第一分料阀101向第二预热组件211输送生料，基于这部分生料与第二分解炉212排出的高温烟气的热交换，在实现对投入至第二分解炉 212内的生料加热的同时，可避免第二分解炉212内的温度过高，从而对整个系统起到换热降温的效果。
56.在一些实施例中，第二预热组件211包括至少两个旋风分离器；至少两个旋风分离器从上往下依次设置，并顺次串联。
57.由于旋风分离器具有进气端、出气端和出料端，本实施例通过将至少两个旋风分离器顺次串联，既可确保第二分解炉212产生的高温烟气能够沿着各个旋风分离器提供的串联路径依次输送，也能确保未经预热的生料沿着各个旋风分离器所提供的串联路径输送至第二分解炉212，并在此过程中与高温烟气进行热交换，还可利用旋风分离器能够通过离心力分离气流中固体颗粒的特性，对生料分解后的固体产物(氧化钙)进行收集，以便将收集的固体产物集中输送至回转窑 12中，以用于水泥生产。
58.如图1和图2所示，本实施例所示的第二预热组件211包括第一旋风分离器a1、第二旋风分离器a2、第三旋风分离器a3、第四旋风分离器a4和第五旋风分离器a5。
59.第一旋风分离器a1、第二旋风分离器a2、第三旋风分离器a3、第四旋风分离器a4和第五旋风分离器a5从上往下依次设置。
60.第二分解炉212的出气端与第五旋风分离器a5的进气端连通，第五旋风分离器a5的出气端与第四旋风分离器a4的进气端连通，第四旋风分离器a4的出气端与第三旋风分离器a3的进气端连通，第三旋风分离器a3的出气端与第二旋风分离器a2的进气端连通，第二
旋风分离器a2的出气端与第一旋风分离器a1的进气端连通，第一旋风分离器a1的出气端与风送设备22连通。
61.第一旋风分离器a1的出料端与第三旋风分离器a3的出气端连通，第二旋风分离器a2的出气端还用于接收生料，第二旋风分离器 a2的出料端与第四旋风分离器a4的出气端连通，第三旋风分离器 a3的出料端与第五旋风分离器a5的出气端连通，第四旋风分离器 a4的出料端与第二分解炉212的进料端连通，第五旋风分离器a5 的出料端与回转窑12的窑尾烟室连通。
62.如图1和图2所示，第一预热分解装置11包括：第一预热组件 111和第一分解炉112；第一预热组件111的顶端设有第一出气口和第一进料口，第一出气口用于排出低温烟气，第一进料口用于接收生料。
63.第一预热组件111的底端设有第一进气口、第一出料端和第二出料端；第一进气口与第一分解炉112的出气端连通，第一出料端与回转窑12连通，第二出料端可选择性地与第一分解炉112或第二分解炉212连通。
64.进一步地，第一预热组件111第一旋风筒c1、第二旋风筒c2、第三旋风筒c3、第四旋风筒c4和第五旋风筒c5。
65.第一旋风筒c1、第二旋风筒c2、第三旋风筒c3、第四旋风筒 c4和第五旋风筒c5从上往下依次设置。
66.第二分解炉212的出气端与第五旋风筒c5的进气端连通，第五旋风筒c5的出气端与第四旋风筒c4的进气端连通，第四旋风筒c4 的出气端与第三旋风筒c3的进气端连通，第三旋风筒c3的出气端与第二旋风筒c2的进气端连通，第二旋风筒c2的出气端与第一旋风筒c1的进气端连通，第一旋风筒c1的出气端与风送设备22连通。
67.第一旋风筒c1的出料端与第三旋风筒c3的出气端连通，第二旋风筒c2的出气端还用于接收生料，第一旋风筒c2的出料端所对应的竖直风道通过第一分料阀101与第二旋风分离器a2的出气端所对应的竖直风道连通，第二旋风筒c2的出料端与第四旋风筒c4的出气端连通，第三旋风筒c3的出料端与第五旋风筒c5的出气端连通，第四旋风筒c4的出料端通过第二分料阀102可选择性地与第一分解炉112或第二分解炉212连通，第五旋风筒c5的出料端与回转窑12的窑尾烟室连通。
68.如图1和图2所示，本实施例的二氧化碳捕集系统还包括：换热器23。冷却机13通过回热风道与第一预热分解装置11连通，换热器23的一次侧设于循环风道24上，换热器23的二次侧设于回热风道上。其中，换热器23可采用列管式交换器。
69.在实际应用中，由于冷却机13内通入的空气与高温熟料进行换热，换热后的热风通过回热风道返回至第一预热分解装置11，本实施例基于换热器23的设置，可使得循环风道24内循环流动的烟气与回热风道内的热风进行热交换，可使得二氧化碳捕集系统利用水泥生产线的热能对生料进行加热分解，节约了能耗。
70.在一些实施例中，为实现对二氧化碳气体的捕集，本实施例所示的二氧化碳捕集系统还包括：支路风道25、第一控制阀103和第二控制阀104。第一控制阀103和第二控制阀104均可采用能够进行开度调节的翻板阀。
71.支路风道25的一端设于风送设备22的出风端和第一预热分解装置11之间的循环风道24上，支路风道25的另一端用于与二氧化碳捕捉装置连通；第一控制阀103设于支路风
道25上，第一控制阀103 设于支路风道25与第一预热分解装置11之间的循环风道24上。
72.进一步地，如图1和图2所示，本实施例所示的二氧化碳捕集系统还包括：二氧化碳浓度传感器121和控制器。其中，控制器在图1 和图2中未具体示意出。
73.二氧化碳浓度传感器121设于循环风道24上，以检测循环风道 24内二氧化碳气体的浓度；二氧化碳浓度传感器121与控制器连接，控制器分别与第一控制阀103和第二控制阀104连接；控制器可以包括单片机或plc控制器，控制器用于根据二氧化碳气体的浓度控制第一控制阀103和第二控制阀104的开度。
74.在实际应用中，在循环风道24内的二氧化碳气体的浓度高于预设值的情形下，控制第一控制阀103开启，并控制第二控制阀104达到预设开度，例如，预设开度为第二控制阀104的最大开度的 15％-35％，以在确保烟气在循环风道24内循环流动的情形下，通过二氧化碳捕捉装置实现对二氧化碳气体的捕集。
75.在循环风道24内的二氧化碳气体的浓度低于预设值的情形下，可控制第一控制阀103关闭，并控制第二控制阀104的开度达到最大，以基于第二预热分解装置21对生料的分解，使得循环风道24内二氧化碳气体的浓度逐渐升高。在二氧化碳气体的浓度高于预设值，并满足捕集要求时，再控制第一控制阀103开启，并控制第二控制阀104 达到预设开度，以对二氧化碳气体的捕集。
76.如图3所示，本实施例还提供一种如上所述的基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统的二氧化碳捕集方法，包括如下步骤：
77.步骤310，控制第一分料阀和第二分料阀当中至少一者的开关状态，以向第二分解炉内输送生料，控制第二分解炉和风送设备启动运行。
78.步骤320，在循环风道内的二氧化碳气体的浓度高于预设值的情形下，控制第一控制阀开启，并控制第二控制阀达到预设开度。
79.具体的，本实施例可对二氧化碳捕集方法配置人机交互模块，人机交互模块、二氧化碳浓度传感器、温度传感器分别与控制器通信连接，控制器分别与第二分解炉、风送设备、第一分料阀、第二分料阀、第一控制阀及第二控制阀通信连接。
80.其中，人机交互模块包括触摸屏控制器，温度传感器用于检测第二分解炉内的温度，二氧化碳浓度传感器用于检测循环风道内的烟气中二氧化碳气体的浓度。
81.在实际应用中，操作者可根据第二分解炉的炉温和二氧化碳气体的浓度，手动向人机交互模块输入控制指令，控制器相应于该控制指令，控制第一分料阀和第二分料阀的开关状态，以控制向第二分解炉内输入生料。
82.当然，控制器也可基于内置的控制程序，根据第二分解炉的炉温和二氧化碳气体的浓度，自动对第一分料阀、第二分料阀、第一控制阀及第二控制阀的开关状态进行控制，从而自动实现捕集较高浓度的二氧化碳气体。
83.在实际生产中，二氧化碳气体在第二分解炉中的浓度较高，第二分解炉需要的平衡分解温度为950-1000℃。
84.与此同时，本实施例可根据第二分解炉的处理能力的大小，控制第一预热组件的底端向第二分解炉分料的分料量达到最大化，停止向第二分解炉输送化石燃料，使得第二预热分解装置对所有的生料进行预热和分解，第一预热组件仅仅利用回转窑的烟气废热对输送至第二分解炉的生料进行预热。
85.另外，由于本实施例的二氧化碳捕集方法的实现基于上述实施例所示的二氧化碳捕集系统，二氧化碳捕集系统的具体结构参照上述实施例，则本实施例所示的二氧化碳捕集方法包括了上述实施例的全部技术方案，因此，至少具有上述全部技术方案所取得的所有有益效果，在此不再一一赘述。
86.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。