废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置及工艺，废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置包括纯氧燃烧分解炉模块、预热器‑碳化炉‑回转窑模块、辅助与纯化模块。碳捕集工艺利用废弃物干燥与热裂解降低回转窑窑尾烟气温度，裂解产物还原烟气中的NOx，在碳化炉适宜温度下CaO与烟气中CO

【技术实现步骤摘要】
废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置及工艺
本专利技术涉及水泥生产、钙循环碳捕集与废弃物协同处置交叉
，特别涉及一种废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置及工艺。
技术介绍
随国家经济的快速发展，中国的CO2排放量逐年提高，2017年排放量达94.3亿吨，其中水泥工业是我国CO2主要排放源之一(年排放约20.0亿吨，约占21％)。因此，我国碳减排压力极大，降低水泥工业碳排放尤为重要且迫在眉睫。水泥工业碳减排主要通过烟气纯化捕集实现，目前主要捕集工艺包括：化学吸收法、膜分离法、纯氧燃烧法与钙循环法等。化学吸收法是先对水泥窑烟气加压，然后采用热钾溶液、氨水或有机胺等液体吸收CO2，再通过脱硫床、干燥床脱硫除水，利用固体吸附剂脱除磷、砷、氮氧化物(NOx)等杂质，最终得到工业级或食品级CO2。膜分离法则是利用膜对气体分子直径的选择性，在一定压强作用下部分气体通过分子膜，进而实现CO2的富集与分离。纯氧燃烧法是通过氧气助燃显著提高燃料的燃烧效率、降低NOx排放，大幅度提高烟气中CO2浓度以便碳捕集。钙循环法则是利用水泥窑系统中大量存在的CaO吸收CO2生成CaCO3，再在分解炉中重新分解释放CO2并进行捕获，即通过“CaO-CaCO3-CaO”循环实现水泥窑烟气中CO2的自富集。综上，采用化学吸收与膜分离法进行碳捕集时需要大量化学试剂与膜材料，且均需对烟气进行加压与减压操作，极大地提高碳捕集成本。此外，水泥窑烟气流量大、粉尘与酸性气体含量高，膜分离法难以持续、高通量地进行CO2分离与纯化，大大缩短了吸收剂循环寿命。相比而言，纯氧燃烧法与钙循环法充分利用燃料特性与水泥窑系统高钙特点，可从源头提高水泥窑烟气中CO2的浓度，大大缓解水泥窑烟气尾端处理与捕获难度，具有较强的碳捕集潜力。由于钙循环过程中活性急剧下降、循环效率低，实现水泥窑全系统纯氧环境成本极高。此外，新型干法水泥窑系统中窑尾烟气温度高达1200℃左右，明显高于CaCO3的分解温度，显著降低了CaO循环捕获CO2能力与效率；燃料燃烧过程中产生的NOx，也会成为纯氧燃烧烟气杂质，增加了CO2纯化与捕集难度，最终阻碍了纯氧燃烧与钙循环工艺在水泥窑烟气碳捕集领域的推广和应用。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中所提及的技术问题，本专利技术提供一种废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置及工艺。本专利技术所采用的技术方案是：一种废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置，包括预热器-碳化炉-回转窑模块、纯氧燃烧分解炉模块以及辅助与纯化装置，所述预热器-碳化炉-回转窑模块包括生料进料装置、第一系列旋风预热器、碳化炉、第二系列旋风预热器、废弃物进料装置、废弃物干燥与热裂解装置、烟室、回转窑、三次风管、回转窑燃烧器以及冷却机；所述纯氧燃烧分解炉模块包括分解炉、分解炉燃烧器、第三系列旋风预热器以及增压风机；所述辅助与纯化装置包括第一SNCR装置、第二SNCR装置、分风装置、第一分料装置、第二分料装置、第一换热装置、第二换热装置、冷凝除水装置、CO2收集与储存装置、除尘装置、SCR装置、烟气排出装置；三次风管与烟室的出口均连接废弃物干燥与热裂解装置的进风口，废弃物干燥与热裂解装置的出风口连接第二系列旋风预热器，碳化炉的进风口与第二系列旋风预热器的出风口相连，第一系列旋风预热器的进风口与碳化炉的出风口相连，第一系列旋风预热器的出风口与第二换热装置、除尘装置、SCR装置依次相连；分解炉的出风口与第三系列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器进风口相连，第三系列旋风预热器的第一级旋风分离器的出风口连接分风装置，分风装置其中一个出口连接增压风机，并与分解炉的进风口相连，分风装置的另一出口与第一换热装置、冷凝除水装置、CO2收集与储存装置依次相连；生料由生料进料装置喂入第一系列旋风预热器的第一级旋风分离器进风管，第一系列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器的出料口与碳化炉相连；第一系列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器的出料口、废弃物干燥与热裂解装置的出料口均连接第二系列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器进风管，在废弃物干燥与热裂解装置处增设第一SNCR装置；第二系列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器的出料口通过第二分料装置与分解炉相连；分解炉的出口与第三系列旋风预热器的进风管连接，第三系列旋风预热器的出料口通过第一分料装置分别与碳化炉及回转窑的窑尾相连接，在分解炉处增设第二SNCR装置；烟室下部与回转窑窑尾连接，回转窑的窑头与回转窑燃烧器、冷却机连接。至少具有以下有益效果：对水泥窑系统中的纯氧燃烧分解炉模块与预热器-碳化炉-回转窑模块进行分离式设计，耦合水泥窑系统局部纯氧燃烧与局部钙循环，将分解炉产生的CaO部分喂入碳化炉高效捕集CO2，再将固碳产物CaCO3传输至分解炉完成CO2释放，实现了水泥窑烟气中CO2的高效捕集与超高浓度自富集，降低后续CO2捕集与利用难度，具有良好的经济性。同时，纯氧燃烧分解炉模块与预热器-碳化炉-回转窑模块进行分离式设计，一方面使回转窑内产生的氯碱硫等挥发性物质无法进入分解炉模块；另一方面第一系列预热器内生料中硫化物分解释放的SO2等杂质气体也无法进入分解炉模块，均有利于纯氧燃烧分解炉模块获得超高浓度、较为纯净的CO2烟气，进一步降低了后续纯化、利用等难度。进一步地，所述第一系列旋风预热器的旋风分离器级数为4～7级，第二系列旋风预热器的旋风分离器级数为1～2级，第三系列旋风预热器的旋风分离器级数为1～2级。进一步地，所述碳化炉具有多级缩口结构，每级缩口结构上方均设置有进料口。进一步地，所述分解炉具有多级缩口结构，每级缩口结构上方均设置有进料口。一种废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置的捕集工艺，水泥生料在第一系列旋风预热器的第一级旋风分离器的进风管道进入，在第一系列旋风预热器内生料与烟气充分发生热交换，从第一系列旋风预热器的倒数第二级旋风分离器进入碳化炉进一步热交换；在废弃物干燥与热裂解装置进料口前的废弃物进料装置中喂入废弃物；经第一系列旋风预热器的倒数第一级旋风分离器气固分离后的热生料、废弃物干燥与热裂解装置出风共同进入第二系列旋风预热器进风管道；烟气通过第二系列旋风预热器发生气固分离后，热生料通过第二分料装置在分解炉不同部位的进料口多点喂入；在分解炉的不同部位设置分解炉燃烧器，喷注燃料与氧气，使分解炉处于局部纯氧燃烧状态；热生料在纯氧燃烧分解炉环境中分解产生大量CO2，少量热力型与燃料型NOx采用第二SNCR装置除去，经第三系列旋风预热器气固分离后，烟气进入分风装置并分成两路，一路依次经过第一换热装置、冷凝除水装置，得到高纯度CO2，之后进入CO2收集与储存装置；另一路经过增压风机重新进入分解炉参与气体循环；含大量CaO的热生料经第三系列旋风预热器气固分离后，通过第一分料装置分成两路，第一路热生料喂入碳化炉的入风管，在600～850℃烟气环境中快速碳化，通过碳化炉与分解炉之间的局部钙循环捕获烟气中CO2；第二路热生料喂入回转窑的窑尾，进入回转窑参与熟料烧成。附图说明下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置，其特征在于，包括预热器-碳化炉-回转窑模块、纯氧燃烧分解炉模块以及辅助与纯化装置，所述预热器-碳化炉-回转窑模块包括生料进料装置(21)、第一系列旋风预热器(1)、碳化炉(4)、第二系列旋风预热器(2)、废弃物进料装置(26)、废弃物干燥与热裂解装置(27)、烟室(7)、回转窑(8)、三次风管(25)、回转窑燃烧器(9)以及冷却机(10)；所述纯氧燃烧分解炉模块包括分解炉(13)、分解炉燃烧器(14)、第三系列旋风预热器(3)以及增压风机(20)；所述辅助与纯化装置包括第一SNCR装置(5)、第二SNCR装置(6)、分风装置(15)、第一分料装置(11)、第二分料装置(12)、第一换热装置16、第二换热装置(17)、冷凝除水装置(18)、CO2收集与储存装置(19)、除尘装置(22)、SCR装置(23)、烟气排出装置(24)；/n三次风管(25)与烟室(7)的出口均连接废弃物干燥与热裂解装置(27)的进风口，废弃物干燥与热裂解装置(27)的出风口连接第二系列旋风预热器(2)，碳化炉(4)的进风口与第二系列旋风预热器(2)的出风口相连，第一系列旋风预热器(2)的进风口与碳化炉(4)的出风口相连，第一系列旋风预热器(1)的出风口与第二换热装置(17)、除尘装置(22)、SCR装置(23)依次相连；分解炉(13)的出风口与第三系列旋风预热器(3)的倒数第一级旋风分离器进风口相连，第三系列旋风预热器(3)的第一级旋风分离器的出风口连接分风装置(15)，分风装置(15)其中一个出口连接增压风机(20)，并与分解炉(13)的进风口相连，分风装置(15)的另一出口与第一换热装置16、冷凝除水装置(18)、CO2收集与储存装置(19)依次相连；/n生料由生料进料装置(21)喂入第一系列旋风预热器(1)的第一级旋风分离器进风管，第一系列旋风预热器(1)的倒数第二级旋风分离器的出料口与碳化炉(4)相连；第一系列旋风预热器(1)的倒数第一级旋风分离器的出料口、废弃物干燥与热裂解装置(27)的出料口均连接第二系列旋风预热器(2)的倒数第一级旋风分离器进风管，在废弃物干燥与热裂解装置(27)处增设第一SNCR装置(5)；第二系列旋风预热器(2)的倒数第一级旋风分离器的出料口通过第二分料装置(12)与分解炉(13)相连；分解炉(13)的出口与第三系列旋风预热器(3)的进风管连接，第三系列旋风预热器(3)的出料口通过第一分料装置(11)分别与碳化炉(4)及回转窑(8)的窑尾相连接，在分解炉(13)处增设第二SNCR装置(6)；烟室(7)下部与回转窑(8)窑尾连接，回转窑(8)窑头与回转窑燃烧器(9)、冷却机(10)连接。/n...

【技术特征摘要】
1.废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置，其特征在于，包括预热器-碳化炉-回转窑模块、纯氧燃烧分解炉模块以及辅助与纯化装置，所述预热器-碳化炉-回转窑模块包括生料进料装置(21)、第一系列旋风预热器(1)、碳化炉(4)、第二系列旋风预热器(2)、废弃物进料装置(26)、废弃物干燥与热裂解装置(27)、烟室(7)、回转窑(8)、三次风管(25)、回转窑燃烧器(9)以及冷却机(10)；所述纯氧燃烧分解炉模块包括分解炉(13)、分解炉燃烧器(14)、第三系列旋风预热器(3)以及增压风机(20)；所述辅助与纯化装置包括第一SNCR装置(5)、第二SNCR装置(6)、分风装置(15)、第一分料装置(11)、第二分料装置(12)、第一换热装置16、第二换热装置(17)、冷凝除水装置(18)、CO2收集与储存装置(19)、除尘装置(22)、SCR装置(23)、烟气排出装置(24)；
三次风管(25)与烟室(7)的出口均连接废弃物干燥与热裂解装置(27)的进风口，废弃物干燥与热裂解装置(27)的出风口连接第二系列旋风预热器(2)，碳化炉(4)的进风口与第二系列旋风预热器(2)的出风口相连，第一系列旋风预热器(2)的进风口与碳化炉(4)的出风口相连，第一系列旋风预热器(1)的出风口与第二换热装置(17)、除尘装置(22)、SCR装置(23)依次相连；分解炉(13)的出风口与第三系列旋风预热器(3)的倒数第一级旋风分离器进风口相连，第三系列旋风预热器(3)的第一级旋风分离器的出风口连接分风装置(15)，分风装置(15)其中一个出口连接增压风机(20)，并与分解炉(13)的进风口相连，分风装置(15)的另一出口与第一换热装置16、冷凝除水装置(18)、CO2收集与储存装置(19)依次相连；
生料由生料进料装置(21)喂入第一系列旋风预热器(1)的第一级旋风分离器进风管，第一系列旋风预热器(1)的倒数第二级旋风分离器的出料口与碳化炉(4)相连；第一系列旋风预热器(1)的倒数第一级旋风分离器的出料口、废弃物干燥与热裂解装置(27)的出料口均连接第二系列旋风预热器(2)的倒数第一级旋风分离器进风管，在废弃物干燥与热裂解装置(27)处增设第一SNCR装置(5)；第二系列旋风预热器(2)的倒数第一级旋风分离器的出料口通过第二分料装置(12)与分解炉(13)相连；分解炉(13)的出口与第三系列旋风预热器(3)的进风管连接，第三系列旋风预热器(3)的出料口通过第一分料装置(11)分别与碳化炉(4)及回转窑(8)的窑尾相连接，在分解炉(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张同生，汪伟，郭奕群，韦江雄，余其俊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44