具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

首先对下文出现的术语进行解释：

SNCR：选择性非催化还原；SCR：选择性催化还原。

参照图1，本发明实施例提供一种局部钙循环与纯氧燃烧耦合的水泥生产碳捕集装置，局部钙循环与纯氧燃烧耦合的水泥生产碳捕集装置包括第一系列旋风预热器1、第二系列旋风预热器2、第三系列旋风预热器3、碳化炉4、第一SNCR装置5、第二SNCR装置6、烟室7、回转窑8、回转窑燃烧器9、冷却机10、第一分料装置11、第二分料装置12、分解炉13、分解炉燃烧器14、分风装置15、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、增压风机20、生料进料装置21、除尘装置22、SCR装置23、烟气排出装置24、三次风管25。第一系列旋风预热器1的旋风分离器数级数为4级，第二系列旋风预热器2的旋风分离器级数为1级，第三系列旋风预热器3的旋风分离器级数为1级。

局部钙循环与纯氧燃烧耦合的水泥生产碳捕集装置中，三次风管25的出口与烟室7出口相连；第二系列旋风预热器2的进风口与烟室7相连；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1的进风口与碳化炉4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以及烟气排出装置24依次相连。

分解炉13的出风口与第三系列旋风预热器3的进风口相连；第三系列旋风预热器3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进风口相连；分风装置15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出料口与第二系列旋风预热器2的进风管相连；第二系列旋风预热器2的出料口通过第二分料装置12与分解炉13相连；分解炉13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窑尾相连接；分解炉13的进风口与第二SNCR装置6连接，第二系列旋风预热器2的进风口与第一SNCR装置5连接；烟室7下部与回转窑8的窑尾连接，回转窑的窑头与回转窑燃烧器9、冷却机10连接。

局部钙循环与纯氧燃烧耦合的水泥生产碳捕集工艺如下：水泥生料在第一系列旋风预热器1的第一级旋风分离器进风管道进入，在第一系列旋风预热器1内生料与烟气充分发生热交换，从第一系列旋风预热器1的第三级旋风分离器进入碳化炉4进一步热交换；烟气经第一系列旋风预热器1的第四级旋风分离器气固分离后，热生料进入第二系列旋风预热器2进风管道，通过热交换进一步降低碳化炉4入风温度，为提高碳化反应速率和效率奠定基础。此外，预热过程中生料所含硫化物受热分解释放出SO2随烟气排出，以便后续分解炉13获得高纯度CO₂，减少SO₂等杂质气体含量。

本实施例中，分解炉13具有四级缩口结构，除了最后一级缩口结构，每级缩口结构上方均设置进料口，经过第二系列旋风预热器2的热生料经第二分料装置12多点喂入，以提高碳酸钙分解速率和效率。

第二分料装置12设置在连接第二系列旋风预热器2与分解炉14的管路上，用于调节进入分解炉13不同部位的热生料数量。

优选地，分解炉13的不同部位设置分解炉燃烧器14，用于喷注燃料与氧气，使分解炉13处于局部纯氧燃烧状态。

分解炉燃烧器14均处于分解炉13各级(除最后一级)缩口结构上方，且低于进料口，用于喷注燃料与氧气。

热生料在纯氧燃烧分解炉模块中分解产生大量CO₂，少量热力型与燃料型NO_x采用SNCR脱硝装置除去，经第三系列旋风预热器3气固分离后，烟气进入分风装置15并分成两路，一路依次经过第一换热装置16、冷凝除水装置18得到高纯度CO₂，进入CO₂收集与储存装置19；另一路经过增压风机20重新进入分解炉13参与气体循环。

分风装置15设置在第三系列旋风预热器3出风口处，用于调节进入纯氧燃烧分解炉模块与CO₂收集与储存装置19的气体量。

根据实施方案，含大量CaO的热生料经第三系列旋风预热器3气固分离后，通过第一分料装置11分成两路，第一路喂入碳化炉4入风管，在600～850℃烟气环境中快速碳化，通过碳化炉4与分解炉13之间的局部钙循环捕获烟气中CO2。第二路喂入回转窑8的窑尾，进入回转窑8参与熟料烧成。

碳化炉4具有多级缩口结构，通过多次喷腾实现气固充分接触，提高碳化速率和效率。

碳化炉4的排出烟气进入第一系列预热器1的倒数第一级旋风分离器，气固分离后热生料喂入第二系列预热器2进风管，与烟室排出的高温烟气发生热交换后进入分解炉13。热交换可降低进入碳化炉的烟气温度，有利于加速碳化炉中碳化反应速率，提高局部钙循环捕获CO₂的效率。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

1)、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，同时耦合分解炉-碳化炉局部钙循环，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，便于推广。

2)、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。

3)、分解炉采用多级缩口结构设计，发挥喷腾效应使物料与助燃气体充分接触，提升燃烧效率，提高CO₂生成量，控制NO与CO的生成，利用热生料、燃料与氧气的多级燃烧，使分解炉内温度场分布均匀，避免局部过热，保障了设备运行安全。

4)、将经过第一系列旋风预热器1热交换的热生料喂入第二系列旋风预热器2的进风管，通过气固热交换进一步提高生料温度，一方面减小热生料与分解炉环境的温度差异，提高热效率，也有利于降低分解炉燃料与氧气的消耗量；另一方面，对进入碳化炉4的烟气进行降温，辅以碳化炉4内多点喂入生料，通过热交换吸收碳化释放的热量、降低烟气温度，从而降低碳化炉4中CaCO₃的再分解率，提高碳化反应速率，保证了碳化炉中CO₂的高效捕集。

5)、在分解炉13与烟室7出风口均设置SNCR脱硝装置，减少烟气中NO_x等杂质气体的含量，保证了烟气中CO₂的高浓度富集；

6)、利用第三系列旋风预热器3的出口处的分料装置，调控进入碳化炉4局部钙循环与回转窑的CaO量，动态更新进入钙循环体系中的高活性CaO，维持了CaO对CO₂的吸收活性，实现了钙循环对CO₂的持续、高效捕集作用。

综上，本发明基于水泥窑系统的气固流向与动力学特性，通过物料与温度场的匹配，实现了水泥窑系统中CO₂捕集与自富集，充分挖掘了耦合局部纯氧燃烧与局部钙循环的水泥窑烟气碳捕集技术的潜力，实现了水泥窑烟气中CO₂的高浓度自富集，有利于水泥窑烟气的资源化利用，便于促进水泥工业的节能减排。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。