基于CO2等离子体热风炉的水泥生产和CO2分解气回收系统及方法与流程

本发明属于化工生产技术领域，涉及一种基于co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收系统及方法。

背景技术：

水泥的生产过程是将石灰石caco3、al2o3、页岩等原料，依次经破碎、配料、原料磨粉、生料预热分解、烧结和水泥磨粉。预热分解是在预热器和回转窑之间增加预预分解炉，利用回转窑尾的上升烟道，加设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在预分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90％以上。在水泥生产中存在的问题是，由于生料预热、熟料烧结温度较高，一般在1450～1600℃，且水泥产量较大，采用煤粉向系统供热，煤粉的消耗大，成本高，且不环保；同时石灰石发生分解反应caco3→cao+co2，此过程产生的co2分解气，co2其浓度约30％，若这部分气体可以作为产品回收，由于浓度不高，后期应用时可能还需要进一步提浓处理，增加处理过程；若直接排放则造成资源浪费；同时生产系统中，从回转窑出来排出的气体中，有硫和氮气的存在，气体还需进行脱硫和脱硝处理，才能保证清洁生产的要求，流程长，工艺复杂，成本高。

技术实现要素：

针对现有水泥生产和co2分解气回收时存在的技术问题，本发明提供一种co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收系统及方法，采用co2等离子体热风炉向水泥生产工序供热，节约能源，系统产生的co2分解气浓度可达99％，可作为产品进行直接回收，或不部分回用，实现清洁生产；且工艺流程短，成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收方法包括以下步骤：

1)co2作为气源经等离子体热风炉形成co2等离子体热风气体；

2)采用步骤1)形成的co2等离子体热风气体分别向水泥生产的生料分解工序、熟料烧结工序供热，分别达到生料分解、熟料烧结所需的温度，生料经分解、烧结生成熟料和co2分解气；

3)熟料送至下一工序生产水泥，co2分解气经收集冷却后，直接回收、或部分返回作为气源，或部分返回等离子体热风炉调节co2等离子体热风气体的温度。

进一步的，所述步骤2)中，生料分解工序所供的热量与熟料烧结工序所供热量的比重为3：2。

一种实现基于co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收方法的系统包括预分解炉、回转窑和等离子体热风炉；所述预分解炉经回转窑与预分解炉相连通；所述等离子体热风炉包括炉体以及设置在炉体外壳上的等离子体发生器；所述等离子体发生器与炉体内部相连通；所述炉体上设置热风气体出口；所述热风气体出口分别与预分解炉和回转窑相连通；所述等离子体发生器上设置与等离子体发生器相连通的启动气源入口；所述启动气源入口外接co2气体管路；所述启动气源入口与预分解炉相连通；所述预分解炉上分别设置生料入口和分解料出口，所述回转窑上分别设置物料进口和熟料出口；所述分解料出口与物料进口相连通。

进一步的，所述等离子体发生器为一个或多个。

进一步的，所述炉体上还设置调温气体入口；所述调温气体入口分别与回转窑和预分解炉相连通。

进一步的，所述系统还包括冷却罐；所述预分解炉经过冷却罐后分别与调温气体入口和启动气源入口相连通。

进一步的，所述系统还包括设置在冷却罐与启动气源入口之间的第一控制阀。

进一步的，所述系统还包括设置在冷却罐与调温气体入口之间的第二控制阀。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的基于co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收方法包括以下步骤：1)co2作为气源经等离子体热风炉形成co2等离子体热风气体；2)采用步骤1)形成的co2等离子体热风气体分别向水泥生产的生料分解工序、熟料烧结工序供热，分别达到生料分解、熟料烧结所需的温度，生料经分解、烧结生成熟料和co2分解气；3)熟料送至下一工序生产水泥，co2分解气经收集冷却后，直接回收、或部分返回作为气源，或部分返回等离子体热风炉调节co2等离子体热风气体的温度。通过等离子体热风气体向水泥生产系统供热，从而替代现有的煤粉供热方式，实现加热方式的清洁生产，且等离子体发生器能产生较高的温度，满足生料分解和熟料烧结所需的温度要求，节约资源。

2、本发明提供，实现基于co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收方法的系统包括预分解炉、回转窑和等离子体热风炉；所述预分解炉与回转窑相连通；所述等离子体热风炉包括炉体以及设置在炉体外壳上的等离子体发生器；所述等离子体发生器与炉体内部相连通；所述炉体上设置热风气体出口；所述热风气体出口分别与预分解炉和回转窑相连通；所述等离子体发生器上设置与等离子体发生器相连通的启动气源入口；所述启动气源入口外接co2气体管路；所述启动气源入口分别与回转窑和预分解炉相连通。分解气出口出来的气体中含有co2气体，主要是石灰石分解过程产生的以及气源带入系统的，且启动气源由co2提供，因此回转窑产生的co2分解气浓度可达99％，可以作为气源进行循环利用，且浓度高，可直接回收利用，节约资源，实现清洁生产。

3、本发明中，所述炉体上还设置调温气体入口；所述调温气体入口分别与回转窑和预分解炉相连通。基于co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收系统还包括冷却罐；所述回转窑经过冷却罐后分别调温气体入口和启动气源入口相连通；所述预分解炉经过冷却罐后分别调温气体入口和启动气源入口相连通。整个生产线中采用co2作为启动气源，不会带入含硫和含氮的气体，因此，最后出来的分解气不需要经过脱硫脱硝处理，可直接回收；或作为调温气源进入炉体内，调节控制炉体内热风气体的温度，保证分解与回转窑正常工作；或是作为启动气源循环利用，工艺流程短，成本低。

附图说明

图1为本发明提供的水泥生产及co2分解气回收系统示意图；

其中：

1—预分解炉；2—回转窑；3—等离子体热风炉；4—炉体；5—等离子体发生器；6—启动气源入口；7—热风气体出口；8—调温气体入口；9—冷却罐；10—第一控制阀；11—第二控制阀。

具体实施方式

现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。

实施例

参见图1，本实施例提供的基于co2等离子体热风炉的水泥生产及co2分解气回收系统包括预分解炉1、回转窑2和等离子体热风炉3；预分解炉1经回转窑2与预分解炉1相连通；等离子体热风炉3包括炉体4以及设置在炉体4外壳上的等离子体发生器5；等离子体发生器5与炉体4内部相连通；炉体4上设置热风气体出口7；热风气体出口7分别与预分解炉1和回转窑2相连通。炉体4上还设置与回转窑2相连的调温气体入口8。炉体4内部铺设保温层和耐火层

本实施例中，预分解炉1上分别设置生料入口和分解料出口，生料入口与分解料出口相连通；回转窑2上分别设置物料进口和熟料出口；分解料出口与物料进口相连通。物料进口与熟料出口相连通。预分解炉1上还分别设置第一出气口(在预分解炉1顶端)和第一进气口(在预分解炉下端)；回转窑2上还分别设置第二进气口和第二出气口，热风气体出口7分别与第一进气口和第二进气口相连通；第二出气口经预分解炉1与第一出气口相连通，第一出气口与调温气体入口8相连通。

本实施例提供的等离子体发生器5上设置与等离子体发生器5内部相连通的启动气源入口6；启动气源入口6外接co2气体管路；预分解炉1与启动气源入口6相连通。

等离子体热风炉3还包括置于炉体4外且与等离子体发生器5电性相连的电源。使用时，通过电源控制等离子体发生器5工作或断开。

本实施例提供的等离子体发生器5为2个；2个等离子体发生器分布在炉体4外壳上。

本实施例提供的基于co2等离子体热风炉的水泥生产及co2分解气回收系统还包括与预分解炉1相连通的冷却罐9；预分解炉1经过冷却罐9分别与调温气体入口8和启动气源入口6相连通。第一出气口与冷却罐9相连通，并经过冷却罐9分别与调温气体入口8和启动气源入口6相连通。

在冷却罐9与启动气源入口6之间还设置第一控制阀10；在冷却罐9与调温气体入口8之间还设置第二控制阀11。

本实施例提供的基于co2等离子体热风炉的水泥生产和co2分解气回收系统，其生产和回收方法包括以下步骤：

1)co2作为气源经等离子体热风炉形成co2等离子体热风气体；

2)采用步骤1)形成的co2等离子体热风气体分别向水泥生产的生料分解工序、熟料烧结工序供热，分别达到生料分解、熟料烧结所需的温度，生料经分解、烧结生成熟料和co2分解气；

3)熟料送至下一工序生产水泥，co2分解气经收集冷却后，直接回收、或部分返回作为气源，或部分返回等离子体热风炉调节co2等离子体热风气体的温度。

本实施例中，步骤2)中，生料分解工序所供的热量与熟料烧结工序所供热量的比例为3：2。实施时，这一比例是根据预分解炉1与回转窑2所需的温度得出的，具体的，在实施时，等离子体热风炉3形成的co2等离子热风气体经分压分成两路，从第一进气口吹入预分解炉1，从第二进气口吹入回转窑2内。

本实施例中，生料经破碎和原料磨磨成粉末，生料从生料入口进入预分解炉1中，预分解炉1上下密闭，隔绝空气、隔绝烟气，使用等离子体热风炉3形成的co2等离子热风气体从第一进气口吹入预分解炉1中向预分解炉1供热至温度950℃(最高1000℃)，进入预分解炉1中的生料在此温度下，其中的石灰石发生分解反应caco3→cao+co2，生成大量的co2；其他碳酸盐分解成分解产物(氧化物)和co2，经预热后分解的生料从分解料出口送至回转窑2的物料进口处，分解料进入回转窑2内，继续利用等离子体热风炉3形成的co2等离子热风气体从第二进气口吹入回转窑2中，使得回转窑2内的温度达到温度1300℃，最高1450℃下，生料中未分解的物料进一步发生分解反应生成分解产物(氧化物)和co2烟气，已经分解的分解产物在回转窑2内烧结形成熟料，从熟料出口排出，后经冷却，经水泥磨后得到水泥，且生成的co2烟气从回转窑2中的第二出气口出来，并从分解炉1底部吹入预分解炉1内，提高预分解炉1内的温度，提高分解效率，最后生成的co2从预分解炉1顶部第一出气口排出至冷却罐9内，

本实施例中，co2等离子热风气体的形成过程是：启动气源co2通过等离子发生器2进入炉体4后，在等离子体发生器5的作用下形成高温co2等离子热风气体。

本实施例中，等离子体热风炉3形成的co2等离子热风气体同时向预分解炉1和回转窑2提供热源，等离子体热风炉3形成的co2等离子热风气体经分压分成两路，产生的co2等离子热风气体有60％进入预分解炉1中，剩余40％进入回转窑2中，等离子体热风炉3通过等离子体发生器5形成高温co2等离子热风气体能满足分解和烧结对温度的需求，替代现有的煤粉供热，供热过程清洁化，且成本低。

本实施例中，由于分解过程产生的气体主要为co2分解气，等离子体热风炉3的气源采用的也是co2，从回转窑2末端出来的尾气中co2的含量可高达99％，可将这些气体直接收集至冷却罐9中，作为产品直接回收，节约资源；通过回收尾气也可作为调温气源从调温气体入口8进入炉体4内，控制生产工序所需的温度维持在预分解和烧结所需的温度；也可作为等离子发生器5的启动气源，部分返回，实现生产系统产生的分解气的循环利用，减少气源原料的消耗，降低成本。此外，整个系统中co2气体在不断循环，无含硫、含氮气体进入系统，从回转窑2末端排出的气体无需经过脱硫脱硝处理，可直接回收，减小生产工艺流程。