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CN119436864B - 富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统 - Google Patents

富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统

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CN119436864B
CN119436864B CN202411725727.6A CN202411725727A CN119436864B CN 119436864 B CN119436864 B CN 119436864B CN 202411725727 A CN202411725727 A CN 202411725727A CN 119436864 B CN119436864 B CN 119436864B
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Abstract

本发明属于高效碳减排与碳循环利用领域，公开了富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统。该系统内的篦冷机采用三段式篦板，内有隔板形成三段腔体，一二段腔体设混合气体入口通富氧气体与循环烟气混合气体，三段腔体设空气入口；供氧系统连通相关管道为水泥窑提供富氧气体；分解炉含主、预分解炉，结构特殊且位置特定；烟气循环系统含多种部件，根据二氧化碳浓度来控制烟气流向。本发明避免二三次风与热空气串风，使得二三次风富氧气体浓度可独立控制，通过烟气循环提高了水泥窑内二氧化碳浓度，降低捕集难度与成本，同时还可以精确控制窑内富氧气体、循环烟气的流量和温度，适用于水泥熟料高效连续生产。

Description

富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统
技术领域
本发明属于高效碳减排与碳循环利用领域，具体涉及富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统。
背景技术
作为二氧化碳排放量较高的行业之一，水泥行业正积极采取低碳减排的措施。水泥窑富氧燃烧与烟气循环富集和二氧化碳捕集技术的耦合，是一种具有广阔发展前景的减排路径。与空气燃烧相比，富氧燃烧可显著减少氮气的参与，从而使窑尾烟气中二氧化碳的浓度提升。在耦合烟气循环后，二氧化碳在水泥窑系统内持续循环富集，浓度逐步提升至80％。高浓度的二氧化碳经窑尾捕集装置回收，可提高二氧化碳捕集的效率，降低捕集成本，从而实现高效、低成本的二氧化碳减排。
当前水泥行业使用富氧燃烧技术仅局限在了一次风富氧，对于二三次风富氧的情况还没有工业运用实例，但二三次风富氧具有提高燃烧效率、改善熟料质量和降低煤耗等优势，所以对二三次风富氧是非常有必要的。同时，二三次风富氧耦合循环烟气通过篦冷机的高温熟料冷却区进入水泥窑系统是一种极具创新的方案，遗憾的是，篦冷机内存在风机拉风不平衡问题，导致高温段换热产生的二、三次风与中低温段换热的热空气之间易发生混合串风，这使得含有氮气的热空气通过二次、三次风管进入水泥窑系统，影响了富氧燃烧工况并降低了窑内二氧化碳的循环富集浓度，也难以实现预设的二次、三次风管中富氧气体浓度及烟气循环量的差异化控制，所以改进篦冷机的结构成为实施该技术的关键。
发明内容
本发明的目的是提供富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，用于解决现有技术存在二次风、三次风与中低温段换热的热空气之间易发生混合串风，使得二三次风不同浓度的富氧改造难以完成，以及窑内二氧化碳浓度较低难以捕集等的技术问题。
所述的富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，包括供氧系统、篦冷机(3)、回转窑(4)、分解炉、预热器(7)、烟气循环系统和二氧化碳捕集系统；所述篦冷机(3)采用三段式熟料传送篦板，所述篦冷机(3)内设有隔板(306)从而将三段篦板所在空间的上部分隔开来形成对应的第一段腔体、第二段腔体和第三段腔体，其中第一段腔体和第二段腔体二者下方均设有混合气体入口，所述混合气体入口通过混合气体管道(304)输入富氧气体和窑尾循环烟气组成的混合气体，而第三段腔体设有输入常规空气的空气入口(305)，所述第一段腔体通过二次风通道(307)连通回转窑(4)的窑头，所述第二段腔体通过抽风室(23)连通三次风管(24)，所述供氧系统通过管路分别连通燃烧器一次风管道(25)、第一段腔体和第二段腔体上的混合气体管道(304)，所述燃烧器一次风管道(25)位于回转窑(4)的窑头位置，所述三次风管(24)连接所述分解炉，所述分解炉通过管路连接预热器(7)，所述预热器(7)通过管路连接所述烟气循环系统，所述烟气循环系统通过管路分别连接混风室(9)、所述篦冷机(3)上的两根混合气体管道(304)和所述二氧化碳捕集系统，所述混风室(9)连接到所述分解炉。
优选的，所述混合气体管道(304)为套管双通道结构，包括外部管道(3041)和内部管道(3402)，所述外部管道(3041)连接所述烟气循环系统用于流通窑尾循环烟气，所述内部管道(3402)连接所述供氧系统用于流通富氧气体，所述内部管道(3402)中设有螺旋导流结构(3043)。
优选的，所述供氧系统包括制氧装置(1)和氧气分流装置(2)，所述制氧装置(1)通过管路连接所述氧气分流装置(2)，所述氧气分流装置(2)通过三根供氧管路分别连接到所述燃烧器一次风管道(25)和两根混合气体管道(304)的内部管道(3402)；富氧分流装置对氧气进行分流与空气混合形成三种不同浓度的富氧气体，分别进入一次风系统、二次风系统和三次风系统。
优选的，所述分解炉包括主分解炉(6)和预分解炉(5)，预分解炉(5)外挂在所述主分解炉(6)上，所述三次风管(24)连通所述预分解炉(5)并从所述抽风室(23)接收了含有富氧气体和循环烟气的三次风；所述预分解炉(5)包括初燃区(503)、再燃区(504)和焦炭室(505)，所述初燃区(503)设置为倾斜箱体结构，所述初燃区(503)的上端设有替代燃料和混合气入口(501)而下端连通所述再燃区(504)，所述再燃区(504)一端设有三次风入口(502)而另一端设有气体出口(508)，所述再燃区(504)的底部与所述焦炭室(505)连通，所述焦炭室(505)底部为倾斜箱体结构。
优选的，所述预分解炉(5)具体设置在所述主分解炉(6)的第一锥部上方，所述气体出口(508)设置在分解炉中轴线偏心位置，并位于所述主分解炉(6)的第一锥部上方；使富氧三次风携带热解气和部分小颗粒焦炭，通过主分解炉(6)的切圆方向送入炉体内，在炉体中形成螺旋气流。
优选的，所述烟气循环系统包括烟气检测控制阀(8)、风机一(14)、风机二(15)、混风室(9)、烟气流量调节阀四(21)、窑尾烟囱(22)和风机三(16)，所述烟气检测控制阀(8)设有一个进气口和两个出气口，所述进气口通过管路连接到所述预热器(7)，两个出气口通过管路分别连接到所述风机一(14)和所述风机二(15)，所述风机二(15)通过管路连通所述窑尾烟囱(22)的入口，所述窑尾烟囱(22)的出口通过管路连通所述风机四(17)，所述风机四(17)的出风口连接有设有支管的窑尾烟气循环管路，所述窑尾烟气循环管路的两个支管分别连通两根混合气体管道(304)的外部管道(3041)，两个支管分别设有烟气流量调节阀一(18)和烟气流量调节阀二(19)。
优选的，烟气流量调节阀一(18)位于向第一段腔体输送窑尾循环烟气的管道上，用于控制二次风的总气流量；烟气流量调节阀二(19)位于向第二段腔体输送窑尾循环烟气的管道上，烟气流量调节阀三(20)位于所述风机一(14)向所述混风室(9)输送循环烟气的管道上，烟气流量调节阀二(19)和烟气流量调节阀三(20)共同用于控制水泥窑系统内三次风混合气的总气流量；烟气流量调节阀四(21)位于抽风室(23)向混风室(9)输送三次风的管道上，烟气流量调节阀四(21)和烟气流量调节阀三(20)配合共同控制着混风室(9)内的温度和进入混风室(9)的循环烟气的气流量。
优选的，所述的水泥窑系统还包括锅炉(10)，所述烟气检测控制阀(8)的一个出气口通过管路连接到所述锅炉(10)，所述锅炉(10)的出气口分别连接到所述风机二(15)和所述二氧化碳捕集系统；所述二氧化碳捕集系统包括一级旋风筒除尘器(11)、捕集装置(12)和二氧化碳储罐(13)，所述锅炉(10)的出口连通所述一级旋风筒除尘器(11)并通过管路依次连通所述捕集装置(12)和二氧化碳储罐(13)。
本发明具有以下优点：本发明一方面实现对篦冷机内各段篦板所在空间在顶部排气部分的分隔，形成多段腔体，避免由于风机拉风不平衡问题，导致篦冷机内高温段换热产生的二、三次风与中低温段换热的热空气之间发生混合串风问题，确保了二三次风实现不同浓度的富氧。另一方面，增加了烟气循环系统，提高水泥窑系统内的二氧化碳浓度，降低了二氧化碳的捕集难度和成本。同时，配置的混合气体管道的可通过形成富氧气体的旋流而增强富氧气体与直流烟气的混合效果及其热交换效率。
本发明采用的分解炉结构配合三次风系统，使富氧三次风携带热解气和部分小颗粒焦炭，通过主分解炉的切圆方向(即此处炉体截面的圆周切向)送入炉体内，在炉体中形成螺旋气流，对替代燃料和煤粉、物料的充分搅拌混合，实现固相气相的迅速均匀分布，强化燃烧作用。由于所有的富氧气体形成的三次风均先经过预分解炉，本发明一方面令供应到预分解炉的气体量大，另一方面由于助燃采用的是富氧气体，所以能够迅速预热替代燃料或令替代燃料预燃烧，从而提高了预分解炉中替代燃料的处置量。
本发明通过风机和烟气检测控制阀控制循环烟气的流向和流量，风机为烟气进入循环系统提供牵引力，烟气检测控制阀依据烟气内二氧化碳浓度来控制烟气是进入循环富集系统，还是进入二氧化碳捕集系统。本发明还通过烟气流量调节阀的设置，实现对系统内温度的控制和对三次风气流量的控制，从而满足实际生产中对二次风和三次风的气量需求，保证整个系统的稳定运行。
附图说明
图1为本发明富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统的流程示意图，图中虚线箭头表示富氧气体的输送线路，实线箭头为一般烟气的输送线路。
图2为图1所示结构中篦冷机的结构示意图。
图3为图2所示结构中混合气体管道的结构示意图。
图4为图3所示结构中螺旋导流结构的结构示意图。
图5为图1所示结构中预分解炉的结构示意图。
说明书附图中的附图标记包括：1、制氧装置，2、氧气分流装置，3、篦冷机，301、第一段篦板，302、第二段篦板，303、第三段篦板，304、混合气体管道，3041、外部管道，3402、内部管道，3043、螺旋导流结构，305、空气入口，306、隔板，307、二次风通道，308、三次风通道，309、辊式破碎机，4、回转窑，5、预分解炉，501、替代燃料和混合气入口，502、三次风入口，503、初燃区，504、再燃区，505、焦炭室，506、移动式推渣机，507、空气炮，508、气体出口，509、焦炭出口，510、压力传感器，6、主分解炉，7、预热器，8、烟气检测控制阀，9、混风室，10、锅炉，11、一级旋风筒除尘器，12、捕集装置，13、二氧化碳储罐，14、风机一，15、风机二，16、风机三，17、风机四，18、烟气流量调节阀一，19、烟气流量调节阀二，20、烟气流量调节阀三，21、烟气流量调节阀四，22、窑尾烟囱，23、抽风室，24、三次风管，25、燃烧器一次风管道。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1至图5所示，本发明提供了富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，包括供氧系统、篦冷机3、回转窑4、分解炉、预热器7、烟气循环系统和二氧化碳捕集系统；所述篦冷机3采用三段式熟料传送篦板，所述篦冷机3内设有隔板306从而将三段篦板所在空间的上部分隔开来形成对应的第一段腔体、第二段腔体和第三段腔体，其中第一段腔体和第二段腔体二者下方均设有混合气体入口，所述混合气体入口通过混合气体管道304输入富氧气体和窑尾循环烟气组成的混合气体，而第三段腔体设有输入常规空气的空气入口305，所述第一段腔体通过二次风通道307连通回转窑4的窑头，所述第二段腔体通过抽风室23连通三次风管24，所述供氧系统通过管路分别连通燃烧器一次风管道25、第一段腔体和第二段腔体上的混合气体管道304，所述燃烧器一次风管道25位于回转窑4的窑头位置，所述三次风管24连接所述分解炉，所述分解炉通过管路连接预热器7，所述预热器7通过管路连接所述烟气循环系统，所述烟气循环系统通过管路分别连接混风室9、所述篦冷机3上的两根混合气体管道304和所述二氧化碳捕集系统，所述混风室9连接到所述分解炉。
所述混合气体管道304为套管双通道结构，包括外部管道3041和内部管道3402，所述外部管道3041连接所述烟气循环系统用于流通窑尾循环烟气，所述内部管道3402连接所述供氧系统用于流通富氧气体，所述内部管道3402中设有螺旋导流结构3043。所述螺旋导流结构3043为富氧气体提供旋流路径，从而增强富氧气体与直流烟气的混合效果及其热交换效率。
所述供氧系统包括制氧装置1和氧气分流装置2，所述制氧装置1通过管路连接所述氧气分流装置2，所述氧气分流装置2通过三根供氧管路分别连接到所述燃烧器一次风管道25和两根混合气体管道304的内部管道3402。富氧分流装置对氧气进行分流与空气混合形成三种不同浓度的富氧气体，分别进入一次风系统、二次风系统和三次风系统。形成的一次风氧气浓度范围为25％-40％，二次风氧气浓度范围为25％-35％，三次风氧气浓度范围为30％-40％，窑头空气过剩系数控制为1.1-1.3，窑尾空气过剩系数设置为1.1-1.2，这样的设置可以在保证足够的氧气供给燃料燃烧以及分解炉气速要求的前提下，尽量减少输入系统的气量带来的烟气热量损失，又能控制出口氧气浓度，减少富氧燃烧对污染物排放的影响。
熟料从窑头进入篦冷机3，由三段式熟料传送篦板输送。先经过第一段篦板301，与富氧气体和窑尾循环烟气组成的混合气体进行冷却换热，换热后第一段腔体内的混合气体作为二次风进入回转窑4；随后，熟料经辊式破碎机309破碎后落至第二段篦板302，再与此空间内输入的混合气体(含富氧气体和窑尾循环烟气)换热后，第二段腔体内的混合气体由三次风通道308输出并通过抽风室23进入三次风管24；熟料再经辊式破碎机309破碎后进入第三段篦板303，进入第三段腔体内的熟料为中低温熟料，采用常规空气换热，换热后的热空气进入余热发电系统。该篦冷机3结构中，各段篦板的上部空间彼此间相互隔离，配合窑头风机拉风可以实现二、三次风以及三次风和中低温热空气之间保持完全独立，防止串风，最后篦冷机3尾部出口的熟料温度在100℃左右。
所述分解炉包括主分解炉6和预分解炉5，预分解炉5外挂在所述主分解炉6上，所述三次风管24连通所述预分解炉5并从所述抽风室23接收了含有富氧气体和循环烟气的三次风，这样能使替代燃料的内部得到充分预热和燃烧，从而减轻分解炉内的燃烧压力。所述预分解炉5包括初燃区503、再燃区504和焦炭室505，所述初燃区503设置为倾斜箱体结构，所述初燃区503的上端设有替代燃料和混合气入口501而下端连通所述再燃区504，所述再燃区504一端设有三次风入口502而另一端设有气体出口508，所述再燃区504的底部与所述焦炭室505连通，所述焦炭室505底部为倾斜箱体结构。初燃区503的箱体倾斜角度在20°-30°之间，焦炭室505的箱体倾斜角度在10°-15°之间。所述焦炭室505的一端设有移动式推渣机506而另一端设有焦炭出口509，所述焦炭室505的底部设有压力传感器510和空气炮507。
所述预分解炉5具体设置在所述主分解炉6的第一锥部上方，所述气体出口508设置在分解炉中轴线偏心位置，并位于所述主分解炉6的第一锥部上方2m处。这样设置的目的在于使富氧三次风携带热解气和部分小颗粒焦炭，通过通过主分解炉6的切圆方向(即此处炉体截面的圆周切向)送入炉体内，在主分解炉6中形成螺旋气流，对替代燃料和煤粉、物料的充分搅拌混合，实现固相气相的迅速均匀分布，强化燃烧作用。
所述烟气循环系统通过管路向所述预分解炉5输入循环烟气与一定量的三次风组成的混合气，混合气和替代燃料经替代燃料和混合气入口501首先进入初燃区503。在初燃区503，替代燃料被预热和初步燃烧；之后替代燃料落入再燃区504，再燃区504前端连接三次风管24，通过温度更高的三次风使替代燃料充分燃烧。再燃区504后端的气体出口508连通主分解炉6向其中提供替代燃料燃烧后提供的高温混合气。而再燃区504中未充分燃烧的焦炭和被充分预热的替代燃料落入焦炭室505，当未充分燃烧的替代燃料在底部堆积使得底部压力达到设定数值时，空气炮507开启，移动式推渣机506也同步启动，二者结合将焦炭和部分未充分燃烧的替代燃料一起推进分解炉。
所述主分解炉6共设置四个喷煤管，两个位于所述主分解炉6的锥体区域，两个位于所述主分解炉6的锥体上方3m的位置。预分解炉5的焦炭出口509设置在分解炉锥体区域喷煤管上方，移动式推渣机506将焦炭或未燃烧的替代燃料播撒入分解炉炉膛，可落于煤粉剧烈燃烧的空间位置，保证焦炭进入分解炉后可以第一时间与煤粉混合充分燃烧。上述结构的创新点在于，令所有的富氧气体形成的三次风均先经过预分解炉5，这样一方面令供应到预分解炉5的气体量大，另一方面由于助燃采用的是富氧气体，所以能够迅速预热替代燃料或令替代燃料预燃烧，从而提高了预分解炉5中替代燃料的处置量。
所述烟气循环系统包括烟气检测控制阀8、风机一14、风机二15、混风室9、窑尾烟囱22和风机三16，所述烟气检测控制阀8设有一个进气口和两个出气口，所述进气口通过管路连接到所述预热器7，两个出气口通过管路分别连接到所述风机一14和所述风机二15，所述风机二15通过管路连通所述窑尾烟囱22的入口，所述窑尾烟囱22的出口通过管路连通所述风机四17，所述风机四17的出风口连接有设有支管的窑尾烟气循环管路，所述窑尾烟气循环管路的两个支管分别连通两根混合气体管道304的外部管道3041，两个支管分别设有烟气流量调节阀一18和烟气流量调节阀二19。
所述的富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统还包括锅炉10，所述烟气检测控制阀8的一个出气口通过管路连接到所述锅炉10，所述锅炉10的出气口分别连接到所述风机二15和所述二氧化碳捕集系统。所述二氧化碳捕集系统包括一级旋风筒除尘器11、捕集装置12和二氧化碳储罐13，所述锅炉10的出口连通所述一级旋风筒除尘器11并通过管路依次连通所述捕集装置12和二氧化碳储罐13。
在烟气循环系统中，当烟气中二氧化碳浓度低于80％时，通过风机一14和风机二15启动拉风从而开启烟气循环通道，风机一14启动使烟气通过管道进入混风室9，风机二15使烟气从锅炉10出来后进入窑尾烟囱22，风机二15的拉风量要保证整个循环系统的气量稳定，以日产5000吨水泥熟料生产线为例，风机2的拉风量最低为150000Nm3/h。而当二氧化碳浓度超过80％时，风机一14和风机二15停止工作而通过风机三16启动拉风从而开启二氧化碳捕集系统的通道，烟气从锅炉10出来经过一级旋风除尘器后进入捕集装置12，注意将一级旋风除尘器出口的风尘含量控制为小于1g/m3，而捕集装置12捕集得到的二氧化碳被储存在二氧化碳储罐13中。风机四17设置在窑尾烟囱22之后的管道上，为窑尾循环烟气进入篦冷机3提供牵引力。上述风机中，风机一14、风机二15和风机三16均为高温风机，耐温上限为450-500℃，而风机四17为常温风机。
系统中设有四个烟气流量调节阀，以确保生产过程中的气流量和温度控制精确，适应高效、连续的水泥熟料生产需求。烟气流量调节阀一18位于向第一段腔体输送窑尾循环烟气的管道上，所述第一段腔体通过二次风系统向回转窑4的窑头送入二次风，因此烟气流量调节阀一18用于控制二次风的总气流量。二次风的控制因素有两个方面：首先，确保富氧气体和窑尾混合烟气的气量满足水泥熟料生产线的连续生产需求，以日产5000吨的水泥熟料生产线为例，需保持二次风总气流量在70000Nm3/h，同时维持二次风中富氧气体浓度在25％-35％的范围内；其次，确保与熟料换热后的二次风温度不低于1200℃，第一段熟料冷却到1200℃以下。
烟气流量调节阀二19位于向第二段腔体输送窑尾循环烟气的管道上，烟气流量调节阀三20位于所述风机一14向所述混风室9输送循环烟气的管道上，烟气流量调节阀二19和烟气流量调节阀三20共同用于控制水泥窑系统内三次风混合气的总气流量。其中烟气流量调节阀二19能控制三次风的气流量，而烟气流量调节阀三20控制与三次风混合的循环烟气的气流量。以日产5000吨水泥熟料生产线为例，烟气流量调节阀二19和烟气流量调节阀三20配合将三次风混合气的总气流量维持在100000Nm3/h，其中烟气流量调节阀二19的控制因素还包括维持三次风温度不低于1050℃，并确保第二段腔体中熟料冷却到1050℃以下，同时保证三次风富中氧气体含量在30％-40％之间。
烟气流量调节阀四21位于抽风室23向混风室9输送三次风的管道上，而混风室9在实现一部分三次风与循环烟气的混合后也将混合后的气体送入预分解炉5。烟气流量调节阀四21用于控制抽风室23中的三次风中进入混风室9的气流量，同时，烟气流量调节阀四21和烟气流量调节阀三20配合共同控制着混风室9内的温度和进入混风室9的循环烟气的气流量，相关的控制因素包括：一是保持混风室9内气温在550-850℃之间，二是确保进入混风室9的循环烟气的气流量不小于三次风总气流量的三分之一，保证外挂预分解炉5中初燃区503的平稳运行。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，其特征在于：包括供氧系统、篦冷机(3)、回转窑(4)、分解炉、预热器(7)、烟气循环系统和二氧化碳捕集系统；所述篦冷机(3)采用三段式熟料传送篦板，所述篦冷机(3)内设有隔板(306)从而将三段篦板所在空间的上部分隔开来形成对应的第一段腔体、第二段腔体和第三段腔体，其中第一段腔体和第二段腔体二者下方均设有混合气体入口，所述混合气体入口通过混合气体管道(304)输入富氧气体和窑尾循环烟气组成的混合气体，而第三段腔体设有输入常规空气的空气入口(305)，所述第一段腔体通过二次风通道(307)连通回转窑(4)的窑头，所述第二段腔体通过抽风室(23)连通三次风管(24)，所述供氧系统通过管路分别连通燃烧器一次风管道(25)、第一段腔体和第二段腔体上的混合气体管道(304)，所述燃烧器一次风管道(25)位于回转窑(4)的窑头位置，所述三次风管(24)连接所述分解炉，所述分解炉通过管路连接预热器(7)，所述预热器(7)通过管路连接所述烟气循环系统，所述烟气循环系统通过管路分别连接混风室(9)、所述篦冷机(3)上的两根混合气体管道(304)和所述二氧化碳捕集系统，所述混风室(9)连接到所述分解炉；
所述分解炉包括主分解炉(6)和预分解炉(5)，预分解炉(5)外挂在所述主分解炉(6)上，所述三次风管(24)连通所述预分解炉(5)并从所述抽风室(23)接收了含有富氧气体和循环烟气的三次风；所述预分解炉(5)包括初燃区(503)、再燃区(504)和焦炭室(505)，所述初燃区(503)设置为倾斜箱体结构，所述初燃区(503)的上端设有替代燃料和混合气入口(501)而下端连通所述再燃区(504)，所述再燃区(504)一端设有三次风入口(502)而另一端设有气体出口(508)，所述再燃区(504)的底部与所述焦炭室(505)连通，所述焦炭室(505)底部为倾斜箱体结构；
所述预分解炉(5)具体设置在所述主分解炉(6)的第一锥部上方，所述气体出口(508)设置在分解炉中轴线偏心位置，并位于所述主分解炉(6)的第一锥部上方；使富氧三次风携带热解气和部分小颗粒焦炭，通过主分解炉(6)的切圆方向送入炉体内，在炉体中形成螺旋气流。
2.根据权利要求1所述的富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，其特征在于：所述混合气体管道(304)为套管双通道结构，包括外部管道(3041)和内部管道(3402)，所述外部管道(3041)连接所述烟气循环系统用于流通窑尾循环烟气，所述内部管道(3402)连接所述供氧系统用于流通富氧气体，所述内部管道(3402)中设有螺旋导流结构(3043)。
3.根据权利要求1所述的富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，其特征在于：所述供氧系统包括制氧装置(1)和氧气分流装置(2)，所述制氧装置(1)通过管路连接所述氧气分流装置(2)，所述氧气分流装置(2)通过三根供氧管路分别连接到所述燃烧器一次风管道(25)和两根混合气体管道(304)的内部管道(3402)；富氧分流装置对氧气进行分流与空气混合形成三种不同浓度的富氧气体，分别进入一次风系统、二次风系统和三次风系统。
4.根据权利要求1所述的富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，其特征在于：所述烟气循环系统包括烟气检测控制阀(8)、风机一(14)、风机二(15)、混风室(9)、烟气流量调节阀四(21)、窑尾烟囱(22)和风机三(16)，所述烟气检测控制阀(8)设有一个进气口和两个出气口，所述进气口通过管路连接到所述预热器(7)，两个出气口通过管路分别连接到所述风机一(14)和所述风机二(15)，所述风机二(15)通过管路连通所述窑尾烟囱(22)的入口，所述窑尾烟囱(22)的出口通过管路连通风机四(17)，所述风机四(17)的出风口连接有设有支管的窑尾烟气循环管路，所述窑尾烟气循环管路的两个支管分别连通两根混合气体管道(304)的外部管道(3041)，两个支管分别设有烟气流量调节阀一(18)和烟气流量调节阀二(19)。
5.根据权利要求4所述的富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，其特征在于：烟气流量调节阀一(18)位于向第一段腔体输送窑尾循环烟气的管道上，用于控制二次风的总气流量；烟气流量调节阀二(19)位于向第二段腔体输送窑尾循环烟气的管道上，烟气流量调节阀三(20)位于所述风机一(14)向所述混风室(9)输送循环烟气的管道上，烟气流量调节阀二(19)和烟气流量调节阀三(20)共同用于控制水泥窑系统内三次风混合气的总气流量；烟气流量调节阀四(21)位于抽风室(23)向混风室(9)输送三次风的管道上，烟气流量调节阀四(21)和烟气流量调节阀三(20)配合共同控制着混风室(9)内的温度和进入混风室(9)的循环烟气的气流量。
6.根据权利要求5所述的富氧燃烧耦合烟气循环富集与二氧化碳捕集的水泥窑系统，其特征在于：还包括锅炉(10)，所述烟气检测控制阀(8)的一个出气口通过管路连接到所述锅炉(10)，所述锅炉(10)的出气口分别连接到所述风机二(15)和所述二氧化碳捕集系统；所述二氧化碳捕集系统包括一级旋风筒除尘器(11)、捕集装置(12)和二氧化碳储罐(13)，所述锅炉(10)的出口连通所述一级旋风筒除尘器(11)并通过管路依次连通所述捕集装置(12)和二氧化碳储罐(13)。
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