[發明專利]局部鈣循環與純氧燃燒耦合的水泥生產碳捕集裝置及工藝

有效

• 申請號: 202110375622.2
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113509834B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 張同生;汪偉;郭奕群;韋江雄;余其俊
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D53/83
• 分類號: B01D53/83;B01D53/62;C01B32/50
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種局部鈣循環與純氧燃燒耦合的水泥生產碳捕集裝置及工藝，包括預熱器?碳化爐?回轉窯模塊、純氧燃燒分解爐模塊以及輔助與純化裝置，預熱器?碳化爐?回轉窯模塊包括生料進料裝置、第一系列旋風預熱器、碳化爐、第二系列旋風預熱器、煙室、回轉窯、三次風管、回轉窯燃燒器以及冷卻機；純氧燃燒分解爐模塊包括分解爐、分解爐燃燒器、第三系列旋風預熱器以及增壓風機；輔助與純化裝置包括第一SNCR裝置、第二SNCR裝置、分風裝置、第一分料裝置、第二分料裝置、第一換熱裝置、第二換熱裝置、冷凝除水裝置、CO₂收集與儲存裝置、除塵裝置、SCR裝置、煙氣排出裝置；通過模塊化分離與耦合，降低CO₂捕集與利用難度，具有良好的經濟性。

技術領域

本發明涉及水泥生產與鈣循環碳捕集交叉技術領域，特別涉及一種局部鈣循環與純氧燃燒耦合的水泥生產碳捕集裝置及工藝。

背景技術

隨國家經濟的快速發展，中國的CO₂排放量逐年提高，2017年排放量達94.3億噸，其中水泥工業是我國CO₂主要排放源之一(年排放約20.0億噸，約占21％)。因此，我國碳減排壓力極大，降低水泥工業碳排放尤為重要且迫在眉睫。

水泥工業碳減排主要通過煙氣純化捕集實現，目前主要捕集工藝包括：化學吸收法、膜分離法、純氧燃燒法與鈣循環法等?；瘜W吸收法是先對水泥窯煙氣加壓，然后采用熱鉀溶液、氨水或有機胺等液體吸收CO₂，再通過脫硫床、干燥床脫硫除水，利用固體吸附劑脫除磷、砷、氮氧化物(NO_x)等雜質，最終得到工業級或食品級CO₂。膜分離法則是利用膜對氣體分子直徑的選擇性，在一定壓強作用下部分氣體通過分子膜，進而實現CO2的富集與分離。純氧燃燒法是通過氧氣助燃顯著提高燃料的燃燒效率、降低NOx排放，大幅度提高煙氣中CO₂濃度以便碳捕集。鈣循環法則是利用水泥窯系統中大量存在的CaO吸收CO₂生成CaCO₃，再在分解爐中重新分解釋放CO2并進行捕獲，即通過“CaO-CaCO₃-CaO”循環實現水泥窯煙氣中CO₂的自富集。

綜上，采用化學吸收與膜分離法進行碳捕集時需要大量化學試劑與膜材料，且均需對煙氣進行加壓與減壓操作，極大地提高碳捕集成本。此外，水泥窯煙氣流量大、粉塵與酸性氣體含量高，膜分離法難以持續、高通量地進行CO₂分離與純化，大大縮短了吸收劑循環壽命。相比而言，純氧燃燒法與鈣循環法充分利用燃料特性與水泥窯系統高鈣特點，可從源頭提高水泥窯煙氣中CO₂的濃度，大大緩解水泥窯煙氣尾端處理與捕獲難度，具有較強的碳捕集潛力。由于鈣循環過程中活性急劇下降、循環效率低，且實現水泥窯全系統純氧環境成本極高，阻礙了純氧燃燒與鈣循環工藝在水泥窯煙氣碳捕集領域的推廣和應用。

發明內容

為解決背景技術中所提及的技術問題，本發明提供一種局部鈣循環與純氧燃燒耦合的水泥生產碳捕集裝置及工藝。

本發明所采用的技術方案是：一種局部鈣循環與純氧燃燒耦合的水泥生產碳捕集裝置，包括預熱器-碳化爐-回轉窯模塊、純氧燃燒分解爐模塊以及輔助與純化裝置，所述預熱器-碳化爐-回轉窯模塊包括生料進料裝置、第一系列旋風預熱器、碳化爐、第二系列旋風預熱器、煙室、回轉窯、三次風管、回轉窯燃燒器以及冷卻機；所述純氧燃燒分解爐模塊包括分解爐、分解爐燃燒器、第三系列旋風預熱器以及增壓風機；所述輔助與純化裝置包括第一SNCR裝置、第二SNCR裝置、分風裝置、第一分料裝置、第二分料裝置、第一換熱裝置、第二換熱裝置、冷凝除水裝置、CO₂收集與儲存裝置、除塵裝置、SCR裝置、煙氣排出裝置；