1.本发明涉及水泥熟料技术领域，尤其涉及一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置。
背景技术：2.水泥制造业是能源和碳密集型产业，水泥行业所产生二氧化碳大部分来源于碳酸盐分解，约占碳排放总量的65％。对水泥窑排放的大量二氧化碳进行捕集、再利用将是产业未来实现低碳发展的关键。
3.中国专利cn101792276b公开了适合分离捕集co2的部分全氧型水泥生产方法，该方法采用全氧燃烧进行水泥生料预分解和常规热空气燃烧进行熟料烧成相结合的水泥生产工艺，可以有效解决水泥生产过程中二氧化碳分离捕集问题：a.水泥生料分两路从多级预热器的上部加入，与上升气流逐级换热，其中左路多级预热器加热气体为分解炉排烟，右路多级预热器加热气体为回转窑排出烟气及篦冷机排出的部分热空气；b.分解炉中纯氧替代传统的空气与煤粉组织燃烧，实现生料在炉内高效分解，获得二氧化碳；c.温度难以控制且无法实现密封的后期熟料煅烧阶段，依旧沿用传统热空气与煤粉的燃烧方法，在回转窑内完成熟料煅烧。
4.上述技术存在以下几方面缺点：
5.1、在燃料使用方面，全氧型分解炉采用粉煤作为燃料，而煤粉中含有n、 s等元素，燃烧后会产生燃料型nox、so2干扰捕集的二氧化碳烟气；
6.2、使用纯氧燃烧的方式，反应过程剧烈，分解炉内温度难以控制；
7.3、该生产方法工艺流程复杂，若采用全氧型方式需对现有预热器进行改造，在生产过程中也无法做到随时切换全氧/热空气助燃工艺，影响生产连续稳定运行。
技术实现要素：8.本发明的目的在于提供一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，本发明根据生料碳酸盐在分解炉850-900℃的高温下发生反应，集中释放二氧化碳的技术原理，在水泥窑中增加一套富集二氧化碳的燃烧装置，该装置单独运行，不影响原窑尾预分解系统稳定性，基于分解炉内富含高浓度二氧化碳气体的特点，将富集的碳源直接捕捉；并通过选用清洁能源作为燃料，降低烟气中污染物对碳捕集浓度的影响，在考虑纯氧燃烧的剧烈程度的情况下，单独施置专用燃烧装置；将排放具有高热焓的二氧化碳烟气再利用。根据本发明的，本发明采用的技术方案如下：
9.根据本发明的一个方面，提供了一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，其中，所述燃烧装置包括：
10.水泥窑；
11.燃烧机构，所述燃烧机构与所述水泥窑连接，所述燃烧机构包括：
12.燃烧室，所述燃烧室与所述水泥窑连接；
13.富碳室，所述富碳室与所述燃烧室连接；
14.第一旋风筒，所述第一旋风筒与所述富碳室连接；
15.换热器，所述换热器分别与所述燃烧室和所述第一旋风筒连接。
16.优选的，所述水泥窑包括：
17.进料组件，所述进料组件与所述富碳室连接；
18.分解炉，所述分解炉与所述进料组件连接；
19.烟室，所述烟室与所述分解炉连接；
20.回转窑，所述回转窑与所述烟室连接。
21.优选的，所述进料组件包括：
22.第二旋风筒；
23.第三旋风筒，所述第三旋风筒的进料口与所述第二旋风筒的出料口连接，其出气口与所述第二旋风筒的进料口连接；
24.第四旋风筒，所述第四旋风筒的进料口与所述第三旋风筒的出料口连接，其出气口与所述第三旋风筒的进料口连接；
25.第五旋风筒，所述第五旋风筒的进料口与所述第四旋风筒的出料口连接，其出料口分别与所述富碳室和分解炉连接，所述第五旋风筒的出气口与所述第四旋风筒的进料口连接；
26.第六旋风筒，所述第六旋风筒的进料口与所述分解炉连接，其出料口与所述烟室连接，所述第六旋风筒的出气口与所述第五旋风筒的进料口连接。
27.优选的，所述燃烧室的底部设为倒锥形，且其下端设有纯氧加注口，所述纯氧加注口与所述换热器连接，所述燃烧室靠近倒锥形上端口的相对两侧设有清洁燃料加注口。
28.优选的，所述富碳室上设有冷生料加注口和热生料加注口，所述热生料加注口与所述第五旋风筒连接。
29.优选的，所述第一旋风筒的进料口与所述富碳室连接，其出料口与所述烟室连接，所述第一旋风筒的出气口与所述换热器连接。
30.本发明采用的上述技术方案，具有如下显著效果：
31.1、本发明可以单独运行，不影响原水泥窑尾预分解系统连续性生产，既能实现水泥窑二氧化碳的捕捉，也不影响熟料质量稳定性；
32.2、本发明不同于传统分解炉布局，通过将燃料燃烧过程与生料碳酸盐分解过程分开。单独设置燃烧室，燃烧室的底部设为倒锥形，且其下端设有纯氧加注口，在燃烧室靠近倒锥形上端口的相对两侧设有清洁燃料加注口，纯氧加注口和清洁燃料加注口的分层设置，便于控制清洁燃料、纯氧反应的燃烧剧烈程度，将燃烧室作为高温反应的腔室使用；在燃烧室上方设置富碳室，富碳室上设有冷生料加注口和热生料加注口，通过冷生料加注口和热生料加注口注入不同显热的生料组分来控制碳酸盐分解化学反应过程，确保炉内达到合适的温度反应区间，避免设备表面结焦，富碳室是生料碳酸盐分解、碳富集的机构，富碳室内稳定的高温热源来自于燃烧室；
33.3、本发明在燃烧室与富碳室的连接处设置为缩口变径形式，直径尺寸缩小，利于清洁燃料燃烧产生的高温气体在缩口处提升风速，确保热流体传导至富碳炉控制生料碳酸盐的悬浮状态；
34.4、本发明选用清洁能源，实现富集较高浓度二氧化碳气体。清洁燃料作为燃料，燃
烧气体中剔除了传统煤炭燃烧产生燃料型no
x
干扰；纯氧助燃剂，剔除了空气中n2对捕获气体纯度的影响，因此在燃烧装置中富集的废气能最大程度排除了杂质气体对碳浓度的影响；
35.5、本发明充分利用生料碳酸盐分解产生900℃炽热气流中所具有的热焓对纯氧气体进行加热，纯氧设备制取的氧气与第一旋风筒的二氧化碳废气在换热器中进行气-气热交换，即实现二氧化碳废气降温处理，提高了废气余热利用率，同时纯氧换热后升温至300℃，解决了燃烧室内着火问题。
附图说明
36.图1是本发明的结构示意图。
37.1-燃烧室，2-富碳室，3-第一旋风筒，4-换热器，5-分解炉，6-烟室，7
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回转窑，8-第二旋风筒，9-第三旋风筒，10-第四旋风筒，11-第五旋风，12
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第六旋风筒，13-纯氧加注口，14-清洁燃料加注口，15-冷生料加注口，16-热生料加注口。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
39.如图1所示，根据本发明的一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，其中，燃烧装置包括水泥窑和燃烧机构，燃烧机构与水泥窑连接，燃烧机构包括燃烧室1、富碳室2、第一旋风筒3和换热器4，燃烧室1与水泥窑连接，富碳室2与燃烧室1连接，第一旋风筒3与富碳室2连接，换热器4分别与燃烧室1和第一旋风筒3连接。
40.其中，水泥窑包括进料组件、分解炉5、烟室6和回转窑7，进料组件包括第二旋风筒8、第三旋风筒9、第四旋风筒10、第五旋风11和第六旋风筒 12，第二旋风筒8设为两个，两个第二旋风筒8之间相互连通，其中一第二旋风筒8的进料口为生料进料口，生料的主要成分为碳酸钙。第三旋风筒9 的进料口分别与两个第二旋风筒8的出料口连接，第三旋风筒9的出气口与第二旋风筒8的进料口连接，第三旋风筒9的出料口与第四旋风筒10的进料口连接。第四旋风筒10的出气口与第三旋风筒9的进料口连接，第四旋风筒 10的出料口与第五旋风筒11的进料口连接。第五旋风筒11的出气口与第四旋风筒10的进料口连接，第五旋风筒11的出料口分别与富碳室2和分解炉6 连接。第六旋风筒12的进料口与分解炉5连接，第六旋风筒12的出气口与第五旋风筒11的进料口连接，第六旋风筒12的出料口与烟室6连接。生料从第二旋风筒8进入，经过多个旋风筒后，最后从第五旋风筒11的出料口为富碳室2和分解炉6提供热生料，该热生料已达700℃高温，利于后续反应。立式分解5的下端与烟室6连接，分解炉5上设有煤粉输送管，烟室6与回转窑7连接。
41.其中，燃烧室1为独立燃烧室，燃烧室1的腔室用于燃料燃烧形成高温热源。燃烧室1的下部为倒锥形，燃烧室1的底部设有助燃剂纯氧的纯氧加注口13，纯氧加注口13通过管道与换热器4连接。燃烧室1的中部为主燃烧区，呈圆柱形的腔室，中下部的两侧以对称的方式设置有两个清洁燃料加注口14，燃烧室1的上端将出口处截面积缩小形成缩口，该缩口与
富碳室2的入口连接，燃烧室能产生900℃以上高温气体并通过缩口后以5.5m/s的上升风速进入富碳室2。
42.富碳室2是将生料碳酸盐进行分解，获得以二氧化碳为主的烟气及固体颗粒。富碳室2的中下部设置有冷生料加注口15和热生料加注口16，其中，冷生料加注口15通过管道与冷生料(碳酸盐)供应设备连接，热生料加注口 16通过管道与第五旋风筒11连接，第五旋风筒11分出的部分热生料(碳酸盐)导入到富碳室2内。生料分解生成的二氧化碳烟气在富碳室2的中上部内的上升过程中实现自富集，连同固体反应产物从富碳室2的顶部离开。富碳室2顶部出口与第一旋风筒3连接。
43.第一旋风筒3的进料口与富碳室2连接，第一旋风筒3主要用于分离富集的二氧化碳气体及固体颗粒。第一旋风筒3的出料口与烟室6连接，分离得到的固体颗粒进入烟室6。第一旋风筒3顶部的出气口与换热器4的外管连接。
44.换热器4的内管与纯氧供应设备连接，换热器4是将高温二氧化碳气体与纯氧进行气-气换热，纯氧经换热后实现助燃气体升温，经换热后的纯氧温度升至300℃并通过纯氧加注口13输送至燃烧室1，高温二氧化碳气体降温后用于捕集。
45.以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，其中，所述燃烧装置包括：水泥窑；燃烧机构，所述燃烧机构与所述水泥窑连接，所述燃烧机构包括：燃烧室，所述燃烧室与所述水泥窑连接；富碳室，所述富碳室与所述燃烧室连接；第一旋风筒，所述第一旋风筒与所述富碳室连接；换热器，所述换热器分别与所述燃烧室和所述第一旋风筒连接。2.根据权利要求1所述的一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，其特征在于：所述水泥窑包括：进料组件，所述进料组件与所述富碳室连接；分解炉，所述分解炉与所述进料组件连接；烟室，所述烟室与所述分解炉连接；回转窑，所述回转窑与所述烟室连接。3.根据权利要求2所述的一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，其特征在于：所述进料组件包括：第二旋风筒；第三旋风筒，所述第三旋风筒的进料口与所述第二旋风筒的出料口连接，其出气口与所述第二旋风筒的进料口连接；第四旋风筒，所述第四旋风筒的进料口与所述第三旋风筒的出料口连接，其出气口与所述第三旋风筒的进料口连接；第五旋风筒，所述第五旋风筒的进料口与所述第四旋风筒的出料口连接，其出料口分别与所述富碳室和分解炉连接，所述第五旋风筒的出气口与所述第四旋风筒的进料口连接；第六旋风筒，所述第六旋风筒的进料口与所述分解炉连接，其出料口与所述烟室连接，所述第六旋风筒的出气口与所述第五旋风筒的进料口连接。4.根据权利要求3所述的一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室的底部设为倒锥形，且其下端设有纯氧加注口，所述纯氧加注口与所述换热器连接，所述燃烧室靠近倒锥形上端口的相对两侧设有清洁燃料加注口。5.根据权利要求3所述的一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，其特征在于：所述富碳室上设有冷生料加注口和热生料加注口，所述热生料加注口与所述第五旋风筒连接。6.根据权利要求2所述的一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置，其特征在于：所述第一旋风筒的进料口与所述富碳室连接，其出料口与所述烟室连接，所述第一旋风筒的出气口与所述换热器连接。
技术总结本发明公开了一种水泥窑富集二氧化碳的燃烧装置。其中，燃烧装置包括水泥窑和燃烧机构，燃烧机构与水泥窑连接，燃烧机构包括燃烧室、富碳室、第一旋风筒和换热器，燃烧室与水泥窑连接，富碳室与燃烧室连接，第一旋风筒与富碳室连接，换热器分别与燃烧室和第一旋风筒连接。本发明根据生料碳酸盐在分解炉850-900℃的高温下发生反应，集中释放二氧化碳的技术原理，在水泥窑中增加一套富集二氧化碳的燃烧装置，该装置单独运行，不影响原窑尾预分解系统稳定性，将富集的碳源直接捕捉；并通过选用清洁能源作为燃料，降低烟气中污染物对碳捕集浓度的影响，在考虑纯氧燃烧的剧烈程度的情况下，单独施置专用燃烧机构，将排放具有高热焓的二氧化碳烟气再利用。的二氧化碳烟气再利用。的二氧化碳烟气再利用。
技术研发人员：陶从喜 李维 沈序辉 梁乾 何明海 蒋文伟 王明
受保护的技术使用者：华润水泥技术研发(广西）有限公司
技术研发日：2022.06.13
技术公布日：2022/11/1
