一种碳捕集石灰煅烧系统及应用方法
技术领域
本发明涉及石灰生产技术领域，特别是指一种碳捕集石灰煅烧系统及应用方法。
背景技术
石灰是一种重要的工业原料，广泛用于钢铁冶金、烟气脱硫、建筑和造纸等主要行业。石灰一般通过竖窑或回转窑中石灰石的受热分解成为石灰和二氧化碳而获得，因而石灰生产工业的碳排放量巨大。在中国，石灰生产引起的温室气体排放量从1979年的0.35亿吨当量二氧化碳增加到2009年的1.4亿吨当量二氧化碳，其中2009年排放量占世界排放量的60％以上。可见，作为一种碳排放密集型工业，石灰生产过程的二氧化碳减排已十分迫切。
石灰石的热分解反应方程式如下：
CaCO3+热＝CaO+CO2↑
通过上述反应式可知，石灰生产过程中的二氧化碳来自两个源头过程，即：(1)石灰石分解过程中释放的二氧化碳，一般石灰石矿料含二氧化碳质量分数约为42％；(2)燃料燃烧过程中释放的二氧化碳，因为石灰石的分解反应为吸热反应，工业中一般均通过化石燃料燃烧来提供石灰石热分解所需的高温热量。上述两个源头过程中，石灰石分解过程的碳排放占主导地位，约占石灰生产总碳排放的70％。
对于当前广泛用于石灰生产的常规煅烧工艺，燃料和空气在竖窑和回转窑等煅烧窑内部直接燃烧，上述两部分二氧化碳混合后作为烟气排放。如此，烟气因含大量氮气而达不到二氧化碳运输和封存所需的纯度，由此二氧化碳的捕集需通过气体分离装置并消耗可观的分离能耗。因此，设法将上述两个源头过程分开进行是石灰生产过程碳减排的发展方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种碳捕集石灰煅烧系统及应用方法。
具体技术方案如下：一种碳捕集石灰煅烧系统，其特征在于：包括竖窑和加热装置，其中，竖窑包括进料口、预热段、反应段、均热段、冷却段和出料口，竖窑中进料口、预热段、反应段、均热段、冷却段和出料口自上而下依次设置；预热段的顶部连接尾气管道，预热段的顶部还通过加热管道连接于反应段的底部，均热段的底部连接助燃管道，冷却段连接空气管道；加热管道上设有加热装置和风机一。
进一步地，所述尾气管道和加热管道拥有一段公共管道。
进一步地，所述加热装置为热风炉，助燃管道连接于加热装置，助燃管道上设有风机二。
进一步地，所述竖窑为套筒窑。
一种如上所述的碳捕集石灰煅烧系统的应用方法，其特征在于：石灰石原料从进料口进入竖窑后，依次通过预热段、反应段、均热段和冷却段后变为石灰产品，石灰产品从出料口排出；尾气经尾气管道排出；热载气经加热管道送入反应段的底部；空气经空气管道进入冷却段；助燃气经助燃管道从均热段底部排出。
进一步地，所述热载气分为A部分和B部分，其中A部分进入反应段，B部分进入均热段，且B部分的质量流量小于石灰石原料和石灰产品的质量流量之差。
进一步地，所述热载气经由加热装置进行加热升温，所述尾气和热载气均来自于预热段的顶部。
进一步地，所述助燃气通入加热装置(2)，并作为加热装置(2)中燃料燃烧的助燃气体。
进一步地，所述尾气和热载气均包括二氧化碳和水蒸气中的至少一种。
本发明提出一种石灰煅烧新方案，与常规煅烧工艺的主要区别在于：(1)煅烧窑内部不再进行燃烧，煅烧所需的热量通过加热装置提供，并通过载气带入煅烧窑中；其中，煅烧窑顶部的载气被一分为二，一股作为尾气送入相关装置进行捕集处理或进行资源化利用；另一股作为热载气通入加热装置，将加热装置提供的热量带入反应段，以提供石灰石分解所需的反应热；(2)在冷却段通入空气对料块进行冷却，避免了在冷却段出现由二氧化碳引起的石灰再碳酸化问题，满足了石灰产品的品质要求；(3)设置了均热段，并在均热段底部设置抽气口，避免了冷却空气进入反应段和预热段，从而在尾气中得到高纯度二氧化碳。本发明提供的方案解决了常规煅烧工艺存在的二氧化碳捕集成本高的问题，可大幅降低石灰生产过程二氧化碳捕集的成本，因而具有显著的经济效益和环保效益。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
煅烧窑的反应段中不再进行燃料燃烧，而是通过循环载气来加热石灰石，避免了石灰石分解释放的二氧化碳与燃料燃烧烟气的混合，由此在尾气中获得高纯度二氧化碳；(2)在冷却段通入空气对石灰料块进行冷却，避免了在冷却段出现由二氧化碳引起的石灰再碳酸化问题，满足了石灰产品的品质要求；(3)增设了均热段，并在均热段底部设置抽气口，避免了冷却空气进入反应段和预热段，从而在尾气中得到高纯度二氧化碳。总的来说，上述方案可大幅降低石灰生产过程二氧化碳捕集的成本。
附图说明
图1为本发明的碳捕集石灰煅烧系统结构示意图一；
图2为本发明的碳捕集石灰煅烧系统结构示意图二。
其中：1-竖窑；2-加热装置；3-尾气管道；4-加热管道；5-空气管道；6-助燃管道；10-进料口；11-预热段；12-反应段；13-均热段；14-冷却段；15-出料口；41-风机一；61-风机二。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种碳捕集石灰煅烧系统及应用方法。
如图1所示，该系统包括竖窑1和加热装置2，其中，竖窑1包括进料口10、预热段11、反应段12、均热段13、冷却段14和出料口15，竖窑1中进料口10、预热段11、反应段12、均热段13、冷却段14和出料口15自上而下依次设置；预热段11的顶部连接尾气管道3，预热段11的顶部还通过加热管道4连接于反应段12的底部，均热段13的底部连接助燃管道6，冷却段14连接空气管道5；加热管道4上设有加热装置2，加热管道4和助燃管道6上分别设有风机一41和风机二61。
如图2所示，该系统的助燃管道6还连接于加热装置2。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
如图1所示，该生产系统包括竖窑1和加热装置2。竖窑1由上至下依次包括：进料口10、预热段11、反应段12、均热段13、冷却段14和出料口15。其中，预热段11的顶部连接尾气管道3，预热段11的顶部还通过加热管道4连接于反应段12的底部，均热段13的底部连接助燃管道6，冷却段14连接空气管道5；加热管道4上设有加热装置2，加热管道4和助燃管道6上分别设有风机一41和风机二61。
进料口10用于向竖窑1添加石灰石原料，出料口15用于从竖窑1中向外卸出石灰产品；竖窑1用于将石灰石转化为石灰，其预热段11中石灰石料块被预热至起始反应温度，其反应段12中石灰石料块发生分解反应并释放出二氧化碳气体，其均热段13中石灰料块温度变得更均匀，其冷却段14中石灰料块被冷却。
尾气管道3用于在竖窑1顶部向外排放定量的尾气，以维持系统的物料平衡；所述尾气的主要成分为二氧化碳，因此所述尾气无需气体分离过程便可进行二氧化碳捕集，因而有利于二氧化碳的减排。
加热管道4用于将竖窑1顶部的一部分载气回收并将其作为热载气送入反应段12的底部，加热管道4上设有风机一41以维持热载气的流通，加热管道4上还设有加热装置2以提高热载气的温度；一般需将热载气升温至1200℃以上后再通入反应段12的底部，以提供石灰石分解反应所需的热量。
空气管道5用于将环境空气通入冷却段14的底部，对石灰料块进行冷却。
助燃管道6用于从均热段13底部排出助燃气，助燃管道6上设有风机二61以维持助燃气的流通。
加热装置2一般为热风炉，例如顶燃式热风炉、卡卢金热风炉等。
竖窑1一般为套筒窑。
实施例2
具体工艺主要包括：
石灰石原料从进料口10进入竖窑1，在竖窑内，缓慢下降的料块依次通过预热段11、反应段12、均热段13和冷却段14，料块与气体进行接触与传热传质，料块中的石灰石转化为石灰，得到石灰产品从出料口15排出竖窑1。
预热段11顶部的气体被分为两个部分排出：尾气和热载气。其中：
尾气经尾气管道3排出，以维持系统的物料平衡。
热载气经由加热管道4送入反应段12的底部，热载气还经由加热装置2加热升温。在反应段12内，来自反应段12底部的热载气在上升的过程中将热量传递给料块后自身温度逐渐降低，料块吸热后其内部的石灰石不断分解为石灰和二氧化碳，因此在上升过程中热载气质量流量逐渐增大，热载气到达反应段12的顶部后自然上升进入预热段11的底部。在预热段11内，上升流动的热载气将热量传递给料块后自身温度逐渐降低，料块吸热后温度升高，但料块温度仍低于起始反应温度，因而不会分解并释放二氧化碳，因此热载气的质量流量保持不变。热载气到达预热段11顶部时被分为两个部分排出，由此循环闭合。
来自环境的空气经空气管道5进入冷却段14。在冷却段14内，上升流动的空气将料块冷却的同时其自身温度也得到升高，空气到达冷却段14的顶部后，在风机二61的作用下进入助燃管道6。
尾气和热载气的主要成分为二氧化碳，还含有一定量的水蒸气。
实施例3
如图2所示，在本发明系统中，助燃管道6还连接于加热装置2。
实施例4
如图2所示的碳捕集石灰煅烧系统的工艺与实施例2相比，还将助燃气通过助燃管道6通入加热装置2，并作为加热装置2的助燃气体。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
