1.本发明属于节能减碳环保领域，具体为一种水泥窑利用生物质替代燃料的 系统及方法。
背景技术：2.现阶段我国生物质替代燃料普遍呈现高水分、低热值、成分波动大等特点， 燃烧时存在火焰不集中、稳定性差、碱性物质含量高导致分解炉结皮等问题， 影响水泥窑炉系统的正常运行，无法实现大掺量、规模化应用。
3.
技术实现要素：4.针对现阶段生物质替代燃料影响水泥窑炉系统生产运行，无法实现大掺量、 规模化应用等问题，本发明提供了一种水泥窑利用生物质替代燃料的系统及方 法，在实现生物质燃料大掺量、规模化利用的同时，不影响水泥窑炉系统的正 常运行，并适合在工业上大规模推广使用。
5.本发明目的通过下述技术方案来实现：
6.一种水泥窑利用生物质替代燃料的系统，包括燃料联合储存车间，燃料联 合储存车间通过第二输送定量组件与一级烘干装置连接，一级烘干装置与第一 废热烟气通道连接，一级烘干装置与二级烘干均化仓连接，二级烘干均化仓与 第二废热烟气通道连接，二级烘干均化仓与第三输送定量组件连接，第三输送 定量组件与第四输送组件连接，第四输送组件分别与分解炉、预燃炉连接，预 燃炉与分解炉连接。
7.进一步的，所述的燃料联合储存车间包括破碎机、大粒径生物质燃料坑和 小粒径生物质燃料坑，破碎机的进口与第一喂料仓连接，破碎机的出口与小粒 径生物质燃料坑连接。
8.进一步的，所述的燃料联合储存车间包括智能抓斗起重机，智能抓斗起重 机位于顶部，智能抓斗起重机配有粗料抓斗和散料抓斗，喷雾除尘装置连通至 燃料联合储存车间的顶部。
9.进一步的，所述的一级烘干装置和二级烘干均化仓均通过管路与收尘器连 接，收尘器通过离心风机、管路与烟囱连接。
10.进一步的，所述的第二输送定量组件包括第二螺旋输送机和第二定量给料 机，第二螺旋输送机的进口与第二喂料仓连接，第二螺旋输送机的出口与第二 定量给料机连接，第二定量给料机与一级烘干装置连接。
11.进一步的，所述的二级烘干均化仓的顶部设有朝下的进料口，二级烘干均 化仓的底部设有朝上的进气口。
12.进一步的，所述的第三输送定量组件包括第三螺旋输送机和第三定量给料 机，第三螺旋输送机的进口与二级烘干均化仓连接，第三螺旋输送机的出口与 第三定量给料机
连接，第三定量给料机与第四输送组件连接。
13.进一步的，所述的第四输送组件包括第四螺旋输送机，第四螺旋输送机的 出口端设有第四闸阀，预燃炉与分解炉之间设有第五闸阀。
14.一种水泥窑利用生物质替代燃料的方法，采用上述的系统，包括如下步骤：
15.步骤
①
，生物质燃料送入燃料联合储存车间中，根据入场粒径进行分类；
16.步骤
②
，大粒径生物质燃料破碎为小粒径生物质燃料；
17.步骤
③
，小粒径生物质燃料通过第二输送定量组件输送，进入一级烘干装 置，第一废热烟气通道内80～130℃的烟气作为热源，对生物质燃料进行加热烘 干；
18.步骤
④
，一级烘干后的生物质燃料进入二级烘干均化仓内，第二废热烟气 通道内80～130℃的烟气作为热源，对生物质燃料进行加热烘干，烟气通过底部 鼓入垂直向上，与向下的生物质燃料进行逆流换热；
19.步骤
⑤
，二级烘干后的生物质燃料依次经过第三输送定量组件、第四输送 组件输送，根据生物质燃料利用量的不同喂入预燃炉或分解炉；当利用量较低， 分解炉热量替代率＜30％时，生物质燃料可直接进入分解炉中焚烧；当利用量较 高，分解炉热量替代率≥30％时，生物质燃料则进入预燃炉内焚烧，生物质燃料 在预燃炉内完全燃烧，产生的高温烟气进入分解炉内，燃料飞灰进入分解炉内 参与水泥熟料的生产，起到节约燃煤的效果。
20.进一步的，步骤
①
，根据入场粒径大于或小于100mm进行分类，分别进入 大粒径生物质燃料坑或小粒径生物质燃料坑；
21.步骤
②
，大粒径生物质燃料经智能抓斗起重机中的粗料抓斗送入第一喂料 仓内，通过下方的破碎机破碎至粒径小于100mm后进入小粒径生物质燃料坑内 储存；
22.步骤
③
，小粒径生物质燃料通过智能抓斗起重机中的散料抓斗送入第二喂 料仓内，通过下方的第二螺旋输送机卸料及第二定量给料机计量后进入一级烘 干装置内；
23.步骤
③
和
④
中，一级烘干装置和二级烘干均化仓的出口废气经收尘器收尘 净化后，汇入烟囱排入大气；
24.步骤
⑤
，二级烘干后的生物质燃料经第三螺旋输送机卸料，再经第三定量 给料机计量后，输送至第四螺旋输送机内，根据生物质燃料利用量的不同喂入 预燃炉或分解炉；通过开启或关闭预燃炉与分解炉之间的第五闸阀，可实现该 系统与水泥窑系统的在线-离线切换。
25.本发明的有益效果：
26.1、本发明工艺简单，方案经济可行，适合工业化生产。
27.2、本发明利用原水泥窑炉系统的废余热对生物质替代燃料进行两段烘干， 充分回收热能，经两段烘干后的生物质替代燃料水分脱除率可达15～80％。热值 提升明显，可大大提高后续替代燃料掺量。
28.3、本发明设有物料均化工艺，均化后物料成分波动更小，解决后续入窑时 热值不稳定，有利于水泥窑热工系统的稳定。
29.4、本发明采用二级烘干均化仓，在物料进行烘干的同时兼备均化功能，减 少设备投资。
30.5、本发明根据生物质替代燃料利用量与分解炉热替代率的不同，分别喂入 预燃炉或者原水泥窑系统的分解炉中，企业可根据自身生产情况合理选择入窑 路线，精准合理
分配，因时制宜，节约能耗，适应性较好。
31.6、本发明配备分解炉预燃炉，将利用量较高、分解炉热量替代率≥30％时 的生物质替代燃料送入预燃炉内焚烧，可降低对原系统的影响，并能实现该系 统与原水泥窑系统的在线-离线切换，解决了预燃炉与水泥窑系统维护周期不一 致的问题。
32.7、本发明将进厂生物质燃料按粒径合理分类储存，设置大小粒径生物质燃 料储存坑分类储存，有效减少破碎能耗。
33.8、实践数据表明，采用本发明方案，对于典型的5000t/d水泥熟料生产线， 生物质燃料的分解炉热量替代率可达80％以上。
34.前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案， 均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以 及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据 现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在 此不做穷举。
附图说明
35.图1是本发明的结构示意图。
36.图中：1-燃料联合储存车间，2-智能抓斗起重机，3-第一喂料仓，4-破碎机， 5-第二喂料仓，6-第二螺旋输送机，7-第二定量给料机，8-一级烘干装置，9-收 尘器，10-二级烘干均化仓，11-第三螺旋输送机，12-第三定量给料机，13-第四 螺旋输送机，14-第四闸阀，15-预燃炉，16-第五闸阀，17-喷雾除尘装置，18
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回转窑，19-分解炉，20-第一废热烟气通道，21-第二废热烟气通道，22-大粒径 生物质燃料坑，23-小粒径生物质燃料坑。
具体实施方式
37.下列非限制性实施例用于说明本发明。
38.实施例1：
39.参考图1所示，一种水泥窑利用生物质替代燃料的系统，包括燃料联合储 存车间1、第二输送定量组件、一级烘干装置8、收尘器9、二级烘干均化仓10、 第三输送定量组件、第四输送组件和预燃炉15。回转窑18和分解炉19为原有 的水泥窑炉系统，分解炉19连接在回转窑18的末端。
40.燃料联合储存车间1内部设有智能抓斗起重机2、第一喂料仓3、破碎机4、 喷雾除尘装置17、大粒径生物质燃料坑22和小粒径生物质燃料坑23。第二输 送定量组件包括第二喂料仓5、第二螺旋输送机6和第二定量给料机7。第三输 送定量组件包括第三螺旋输送机11和第三定量给料机12，第四输送组件包括第 四螺旋输送机13。
41.智能抓斗起重机2位于顶部，智能抓斗起重机2配有粗料抓斗和散料抓斗， 可分别抓放大粒径和小粒径的生物质替代燃料。喷雾除尘装置17连通至燃料联 合储存车间1的顶部，对车间内进行喷雾降尘。
42.大粒径生物质燃料坑22用于存储大粒径生物质燃料(粒径大于100mm)， 小粒径生物质燃料坑23用于存储小粒径生物质燃料(粒径小于100mm)。破碎 机4的进口与第一喂料仓3连接，破碎机4的出口与小粒径生物质燃料坑23连 接。通过智能抓斗起重机2的粗料抓斗能够将大粒径生物质燃料抓取至第一喂 料仓3，利用破碎机4将其破碎为小粒径生物质
燃料。
43.第二螺旋输送机6的进口与第二喂料仓5连接，第二螺旋输送机6的出口 与第二定量给料机7连接，第二定量给料机7与一级烘干装置8连接。通过智 能抓斗起重机2的散料抓斗将小粒径生物质燃料抓取至第二喂料仓5，利用第二 螺旋输送机6、第二定量给料机7对生物质物料进行计量输送。
44.一级烘干装置8与第一废热烟气通道20连接，一级烘干利用水泥窑窑头、 窑尾、或两者混合废热烟气作为烘干热源，烟气与生物质燃料换热，实现加热 脱水。一级烘干装置8与二级烘干均化仓10连接，二级烘干均化仓10与第二 废热烟气通道21连接，二级烘干利用水泥窑窑头、窑尾、或两者混合废热烟气 作为烘干热源，烟气与生物质燃料换热，实现加热脱水。
45.二级烘干均化仓10的顶部设有朝下的进料口，二级烘干均化仓10的底部 设有朝上的进气口，烟气垂直向上运动，与向下运动的燃料完成逆流换热，可 极大提高物料烘干效率，降低物料水分。此外，由于生物质燃料较轻，向上的 热烟气会与物料发生气力搅拌作用，使物料呈悬浮态分散在料仓内部，使仓内 的物料分散更加均匀，二级烘干均化仓10可在物料进行烘干的同时兼备物料均 化的功能，此外还具备基本的物料缓冲储存作用。
46.一级烘干装置8和二级烘干均化仓10均通过管路与收尘器9连接，收尘器 9通过离心风机、管路与烟囱连接，两级烘干产生的废气经袋式收尘器收尘净化 后，汇入原窑头、窑尾烟囱排入大气，不新增烟气排放点。
47.第三螺旋输送机11的进口与二级烘干均化仓10连接，第三螺旋输送机11 的出口与第三定量给料机12连接，第三定量给料机12与第四螺旋输送机13连 接。二级烘干后的生物质燃料依次经过第三螺旋输送机11、第三定量给料机12 的输送计量后，进入第四螺旋输送机13。
48.第四螺旋输送机13对生物质物料进行输送，第四螺旋输送机13的出口端 设有第四闸阀14，通过第四闸阀14控制出口的开闭。第四螺旋输送机13分别 与分解炉19、预燃炉15连接，根据生物质燃料利用量的不同分别喂入预燃炉 15或者原水泥窑炉系统的分解炉19中焚烧。
49.预燃炉15与分解炉19连接，预燃炉15与分解炉19之间设有第五闸阀16。 通过开启或关闭第五闸阀，可实现该系统与原水泥窑系统的在线-离线切换。
50.实施例2：
51.一种水泥窑利用生物质替代燃料的方法，采用上述的水泥窑利用生物质替 代燃料的系统，包括如下步骤：
52.步骤
①
，生物质燃料送入燃料联合储存车间1中，根据入场粒径大于或小 于100mm进行分类，分别进入大粒径生物质燃料坑22或小粒径生物质燃料坑 23。生物质燃料种类包含一种及以上，其入场粒径＜500mm，水分≤80％。
53.步骤
②
，大粒径生物质燃料经智能抓斗起重机2中的粗料抓斗送入第一喂 料仓3内，通过下方的破碎机4破碎至粒径小于100mm后进入小粒径生物质燃 料坑23内储存。
54.步骤
③
，小粒径生物质燃料通过智能抓斗起重机2中的散料抓斗送入第二 喂料仓5内，通过下方的第二螺旋输送机6卸料及第二定量给料机7计量后进 入一级烘干装置8内，第一废热烟气通道20内80～130℃的烟气作为热源，利用 水泥窑窑头、窑尾、或两者混合废
热烟气，对生物质燃料进行加热烘干，生物 质燃料经一级烘干后水分脱除率可达10～50％。
55.步骤
④
，一级烘干后的生物质燃料进入二级烘干均化仓10内，第二废热烟 气通道21内80～130℃的烟气作为热源，利用水泥窑窑头、窑尾、或两者混合废 热烟气，对生物质燃料进行加热烘干，烟气通过底部鼓入垂直向上，与向下的 生物质燃料进行逆流换热，可极大提高物料烘干效率，降低物料水分。
56.此外，由于生物质燃料较轻，向上的热烟气会与物料发生气力搅拌作用， 使物料呈悬浮态分散在料仓内部，使仓内的物料分散更加均匀，二级烘干均化 仓10可在物料进行烘干的同时兼备物料均化的功能，此外还具备基本的物料缓 冲储存作用。
57.燃料经二级烘干后水分脱除率可达5～30％，热值提升明显，可大大提高后 续替代燃料掺量。可根据物料经一级烘干后含水率情况灵活选择是否鼓入热烟 气。另外，物料经均化后成分波动更小，可解决后续入窑时热值不稳定，有利 于水泥窑热工系统的稳定。
58.步骤
③
和
④
中，一级烘干装置8和二级烘干均化仓10的出口废气经收尘器 9收尘净化后，汇入烟囱排入大气。
59.步骤
⑤
，二级烘干后的生物质燃料经第三螺旋输送机11卸料，再经第三定 量给料机12计量后，输送至第四螺旋输送机13内，根据生物质燃料利用量的 不同喂入预燃炉15或分解炉19，第四螺旋输送机13的出口端通过第四闸阀14 控制出口的开闭。
60.当利用量较低，分解炉热量替代率＜30％时，生物质燃料可直接进入分解炉 19中焚烧；当利用量较高，分解炉热量替代率≥30％时，生物质燃料则进入预 燃炉15内焚烧，生物质燃料在预燃炉15内完全燃烧，产生的高温烟气进入分 解炉19内，燃料飞灰进入分解炉19内参与水泥熟料的生产，起到节约燃煤的 效果。
61.通过开启或关闭预燃炉15与分解炉19之间的第五闸阀16，可实现该系统 与水泥窑系统的在线-离线切换，满足生物质焚烧系统与水泥窑系统维护周期之 间的差异性要求，解决了预燃炉与水泥窑维护周期不同步的问题。
62.喷雾除尘装置17与燃料联合储存车间1相连通，在顶部进行喷洒，在有效 降低车间内粉尘的同时，兼顾车间消防系统要求，有效保证系统安全生产。
63.实施例3：
64.一种水泥窑利用生物质替代燃料的方法，包括如下步骤：
65.步骤
①
中，粒径120mm、含水率50％的秸秆送入燃料联合储存车间1的大 粒径生物质燃料坑22。步骤
②
中，秸秆通过破碎机4破碎至粒径50mm进入小 粒径生物质燃料坑23。步骤
③
中，利用窑头废热烟气作为热源，设置烟气进风 温度为120℃，烘干后秸秆含水率从50％降低至25％。步骤
④
中，利用水泥窑窑 头和窑尾的混合废热烟气作为热源，设置烟气进风温度100℃，二级烘干后秸秆 含水率从25％降低至18％。步骤
⑤
中，设定分解炉热量替代率≥30％，喂料时， 打开第四闸阀，秸秆经第四螺旋输送机13送入预燃炉15中焚烧。
66.其他结构方法同实施例2。
67.实施例4：
68.一种水泥窑利用生物质替代燃料的方法，包括如下步骤：
69.步骤
①
中，粒径50mm、含水率30％的木屑送入燃料联合储存车间1的小粒 径生物质燃料坑23。步骤
③
中，利用窑尾废热烟气作为热源，设置烟气进风温 度为90℃，烘干后木
屑含水率从30％降低至20％。步骤
④
中，利用水泥窑窑头 废热烟气作为热源，设置烟气进风温度80℃，二级烘干后木屑含水率从20％降 低至15％。步骤
⑤
中，设定分解炉热量替代率＜30％，喂料时，打开第四闸阀， 木屑经第四螺旋输送机13直接进入原水泥窑系统的分解炉19中焚烧。
70.其他结构方法同实施例2。
71.前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例， 均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任 何基本例和选择例都可以进行任意组合。
72.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
技术特征：1.一种水泥窑利用生物质替代燃料的系统，包括燃料联合储存车间(1)，其特征在于：所述的燃料联合储存车间(1)通过第二输送定量组件与一级烘干装置(8)连接，一级烘干装置(8)与第一废热烟气通道(20)连接，一级烘干装置(8)与二级烘干均化仓(10)连接，二级烘干均化仓(10)与第二废热烟气通道(21)连接，二级烘干均化仓(10)与第三输送定量组件连接，第三输送定量组件与第四输送组件连接，第四输送组件分别与分解炉(19)、预燃炉(15)连接，预燃炉(15)与分解炉(19)连接。2.根据权利要求书1所述的水泥窑利用生物质替代燃料的系统，其特征在于：所述的燃料联合储存车间(1)包括破碎机(4)、大粒径生物质燃料坑(22)和小粒径生物质燃料坑(23)，破碎机(4)的进口与第一喂料仓(3)连接，破碎机(4)的出口与小粒径生物质燃料坑(23)连接。3.根据权利要求书1或2所述的水泥窑利用生物质替代燃料的系统，其特征在于：所述的燃料联合储存车间(1)包括智能抓斗起重机(2)，智能抓斗起重机(2)位于顶部，智能抓斗起重机(2)配有粗料抓斗和散料抓斗，喷雾除尘装置(17)连通至燃料联合储存车间(1)的顶部。4.根据权利要求书1所述的水泥窑利用生物质替代燃料的系统，其特征在于：所述的一级烘干装置(8)和二级烘干均化仓(10)均通过管路与收尘器(9)连接，收尘器(9)通过离心风机、管路与烟囱连接。5.根据权利要求书1所述的水泥窑利用生物质替代燃料的系统，其特征在于：所述的第二输送定量组件包括第二喂料仓(5)、第二螺旋输送机(6)和第二定量给料机(7)，第二螺旋输送机(6)的进口与第二喂料仓(5)连接，第二螺旋输送机(6)的出口与第二定量给料机(7)连接，第二定量给料机(7)与一级烘干装置(8)连接。6.根据权利要求书1或4所述的水泥窑利用生物质替代燃料的系统，其特征在于：所述的二级烘干均化仓(10)的顶部设有朝下的进料口，二级烘干均化仓(10)的底部设有朝上的进气口。7.根据权利要求书1所述的水泥窑利用生物质替代燃料的系统，其特征在于：所述的第三输送定量组件包括第三螺旋输送机(11)和第三定量给料机(12)，第三螺旋输送机(11)的进口与二级烘干均化仓(10)连接，第三螺旋输送机(11)的出口与第三定量给料机(12)连接，第三定量给料机(12)与第四输送组件连接。8.根据权利要求书1所述的水泥窑利用生物质替代燃料的系统，其特征在于：所述的第四输送组件包括第四螺旋输送机(13)，第四螺旋输送机(13)的出口端设有第四闸阀(14)，预燃炉(15)与分解炉(19)之间设有第五闸阀(16)。9.一种水泥窑利用生物质替代燃料的方法，采用权利要求1～8任一所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：步骤
①
，生物质燃料送入燃料联合储存车间(1)中，根据入场粒径进行分类；步骤
②
，大粒径生物质燃料破碎为小粒径生物质燃料；步骤
③
，小粒径生物质燃料通过第二输送定量组件输送，进入一级烘干装置(8)，第一废热烟气通道(20)内80～130℃的烟气作为热源，对生物质燃料进行加热烘干；步骤
④
，一级烘干后的生物质燃料进入二级烘干均化仓(10)内，第二废热烟气通道(21)内80～130℃的烟气作为热源，对生物质燃料进行加热烘干，烟气通过底部鼓入垂直向
上，与向下的生物质燃料进行逆流换热；步骤
⑤
，二级烘干后的生物质燃料依次经过第三输送定量组件、第四输送组件输送，根据生物质燃料利用量的不同喂入预燃炉(15)或分解炉(19)；当利用量较低，分解炉热量替代率＜30％时，生物质燃料可直接进入分解炉(19)中焚烧；当利用量较高，分解炉热量替代率≥30％时，生物质燃料则进入预燃炉(15)内焚烧，生物质燃料在预燃炉(15)内完全燃烧，产生的高温烟气进入分解炉(19)内，燃料飞灰进入分解炉(19)内参与水泥熟料的生产，起到节约燃煤的效果。10.根据权利要求书9所述的水泥窑利用生物质替代燃料的方法，其特征在于：步骤
①
，根据入场粒径大于或小于100mm进行分类，分别进入大粒径生物质燃料坑(22)或小粒径生物质燃料坑(23)；步骤
②
，大粒径生物质燃料经智能抓斗起重机(2)中的粗料抓斗送入第一喂料仓(3)内，通过下方的破碎机(4)破碎至粒径小于100mm后进入小粒径生物质燃料坑(23)内储存；步骤
③
，小粒径生物质燃料通过智能抓斗起重机(2)中的散料抓斗送入第二喂料仓(5)内，通过下方的第二螺旋输送机(6)卸料及第二定量给料机(7)计量后进入一级烘干装置(8)内；步骤
③
和
④
中，一级烘干装置(8)和二级烘干均化仓(10)的出口废气经收尘器(9)收尘净化后，汇入烟囱排入大气；步骤
⑤
，二级烘干后的生物质燃料经第三螺旋输送机(11)卸料，再经第三定量给料机(12)计量后，输送至第四螺旋输送机(13)内，根据生物质燃料利用量的不同喂入预燃炉(15)或分解炉(19)；通过开启或关闭预燃炉(15)与分解炉(19)之间的第五闸阀(16)，可实现该系统与水泥窑系统的在线-离线切换。
技术总结本发明公开了一种水泥窑利用生物质替代燃料的系统及方法。该系统包括燃料联合储存车间、一级烘干装置、二级烘干均化仓和分解炉。该方法包括如下步骤：小粒径生物质燃料进入一级烘干装置，80～130℃的烟气作为热源，对生物质燃料进行加热烘干；生物质燃料进入二级烘干均化仓内，80～130℃的烟气作为热源，对生物质燃料进行加热烘干，烟气通过底部鼓入垂直向上，与向下的生物质燃料进行逆流换热。本发明利用废余热对生物质替代燃料进行两段烘干，充分回收热能，燃料水分脱除率可达15～80％，热值提升明显；设有物料均化工艺，均化后物料成分波动更小，有利于水泥窑热工系统的稳定。有利于水泥窑热工系统的稳定。有利于水泥窑热工系统的稳定。
技术研发人员：马旭 高敏 董贝 刘建 蔡顺华 李文祎
受保护的技术使用者：成都建筑材料工业设计研究院有限公司
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/7/5
