本技术涉及一种环保型高含铁量水泥生产装置及生产方法，属于水泥生产领域。
背景技术：
1、为实现我国“碳达峰碳中和”的国家目标，我国能源及工业相关行业在积极探索减碳路径，钢铁、水泥、化工、有色等难减排工业部门的脱碳是实现碳中和的重要组成部分。这其中水泥工业是国家社会经济发展的基础原材料工业，在城镇化建设中具有重要的地位和作用。作为人类社会的主要建筑材料，水泥工业一方面扮演着重要基础产业的角色，支撑国民经济高速发展，另一方面其高碳排放属性，亟待向低碳、绿色、环保转型。2022年我国水泥产量约21亿吨，碳排放约13亿吨，占总碳排放的约13％，是典型的重排行业。
2、目前的水泥生产工艺，由于电力使用产生的间接排放和燃煤使用产生的直接排放约占水泥生产排放的40％，由于碳酸钙等原料产生的过程排放约占60％。水泥行业的碳排放最主要为过程排放，目前技术手段难以实现深度脱碳，生产过程不环保，必须通过工艺革新及流程再造实现低碳发展，同时，现有技术手段生产的水泥产品后期强度、耐蚀性不佳，不能满足多种场景的适用需求。
技术实现思路
1、基于水泥生产过程中的碳酸钙分解产生的脱碳问题，本技术提供了一种优化的低碳环保的生产工艺方案。
2、根据本技术的一个方面，提供了一种环保型高含铁量水泥生产装置，包括依次连接的原料及催化剂制备系统、粉磨系统、还原性气氛分解炉系统、煅烧回转窑系统、粉磨系统；
3、所述还原性气氛分解炉系统和所述煅烧回转窑系统还分别与余热回收系统相连。
4、所述粉磨系统包括钢渣磨或生料磨或水泥磨、电收尘器、风机等，用于将废弃钢渣、水泥生料或水泥熟料等材料粉磨到合适细度即磨成细粉。
5、所述还原性气氛分解炉系统，在该系统中发生碳酸钙与还原性气体的催化反应，碳酸钙与还原性气体反应得到氧化钙的同时，还可生成一氧化碳等气体。
6、所述煅烧回转窑系统，包括回转窑筒体、冷却机、燃料装置、支撑装置、传动装置、窑尾密封装置等。燃烧装置的进料包括目前使用的常规燃料(煤粉或其他替代燃料)及氢气。
7、物料从所述还原性气氛分解炉系统进入所述煅烧回转窑系统后，固相物流逐渐由窑尾向窑头运动，并进入到冷却机，生成的气体从窑头逆向进入。
8、所述余热回收系统用于回收部分系统反应产生的余热，并供给需要吸热运行的其他系统，如对所述煅烧回转窑系统产生的余热进行回收，再供给给所述还原性气氛分解炉系统。
9、所述还原性气氛分解炉系统的热量提供包括电力及所述煅烧回转窑系统产生的热烟气。
10、可选地，所述还原性气氛分解炉系统还依次连接有分离系统、化学品合成系统。
11、所述化学品合成系统用于将所述还原性气氛分解炉系统生成的氢气与一氧化碳合成为甲醇等化学品。
12、所述分离系统用于将尾气中的甲烷、氮气等气体与氢气、二氧化碳等分离。
13、可选地，所述化学品合成系统还与余热回收系统相连。
14、可选地，所述还原性气氛分解炉系统包括反应部；
15、第一进料部设置在所述反应部下端；
16、第二进料部和第三进料部设置在所述反应部上端；
17、所述第二进料部和所述第三进料部分别开设有烟气出口；
18、所述反应部底部开设有固相出口。
19、可选地，所述反应部包括炉筒和与所述炉筒外部贴合的加热带。即采用外加热形式。
20、可选地，所述第一进料部为还原性气体进料口；
21、在所述反应部中碳酸盐与所述还原性气体在催化剂作用下发生反应；
22、优选地，所述还原性气体为甲烷；
23、此时，所述还原性气氛分解炉系统内发生反应的反应式为：
24、caco3+ch4→cao+2co+2h2。
25、优选地，所述还原性气体为氢气；
26、此时，所述还原性气氛分解炉系统内发生反应的反应式为：
27、caco3+h2→cao+co+h2o。
28、优选地，所述催化剂选用钢渣。
29、所述钢渣可用废弃钢渣制备，废弃钢渣的主要成分有氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰、二氧化硅、氧化铝等；
30、根据本技术的另一个方面，还提供一种环保型高含铁量水泥生产方法，选用上述的生产装置生产，包括下列步骤：
31、s1：预制水泥熟料制备，将材料装入所述原料及催化剂制备系统，制备得出水泥生料和催化剂，经所述粉磨系统破碎后，送入所述还原性气氛分解炉系统，通入还原性气体进行分解，得到预制水泥熟料；
32、s2：水泥熟料制备，将所述预制水泥熟料放入所述煅烧回转窑系统内煅烧后冷却，得到水泥熟料；
33、s3：水泥制备，将所述水泥熟料放入所述粉磨系统破碎，加入混合材料，得到水泥。
34、所述水泥生料的主要成分为石灰石和黏土，化学成分主要为碳酸钙、氧化铝、二氧化硅。
35、可选地，所述步骤s1中的所述催化剂选用钢渣，所述钢渣选用废弃钢渣制备；
36、所述还原性气体选用甲烷或氢气；
37、废弃钢渣的主要成分有氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰、二氧化硅、氧化铝等；
38、优选地，所述催化剂占所述水泥生料的质量分数为5％～30％；
39、优选地，甲烷或氢气的体积分数为10％～90％；
40、优选地，所述步骤s1中所述通入还原性气体进行分解，分解温度为800℃～900℃。
41、可选地，所述步骤s2中，煅烧温度为1250℃～1450℃。
42、优选地，所述步骤s3中所述混合材料包括石膏、钢渣、粉煤灰中的至少一种。
43、可选地，还包括下列步骤：
44、s4：将所述还原性气氛分解炉系统的生成气输入分离系统；
45、将分离得到的一氧化碳和氢气输入所述化学品合成系统重新合成甲醇，反应式为：
46、co+2h2→ch3oh；
47、将分离得到的氮气排空；
48、将分离得到的甲烷送回所述第一进料部。
49、本技术提供的一种环保型高含铁量水泥生产装置及生产方法，基于还原性气氛下碳酸盐的催化反应，并选用炼钢废弃物钢渣为催化剂，通过工艺流程再造能够有效减少目前水泥生产中因碳酸盐分解产生的过程排放，起催化作用的钢渣的加入进一步提高水泥熟料中铁的含量，提高了水泥产品耐蚀性，保证了整套生产工艺方法的低碳性、经济性。
50、本技术能产生的有益效果包括：
51、(1)本技术的工艺过程，以碳酸盐在高温下与还原性气体的催化反应为主，可实现烟气出口处二氧化碳浓度降低30％以上，与“低碳化、无碳化、低污染”为发展方向的能源变革路线相契合，能够有效实现水泥工业碳减排；
52、(2)基于“铁”为水泥中必需原料，本技术的工艺过程使用废弃钢渣为催化剂催化碳酸钙与还原性气体反应，反应后催化剂与产物无需分离，直接可在回转窑系统中中高温煅烧形成水泥熟料，且钢渣可来源于高炉矿渣或高铁粉煤灰，实现工业废弃物的高效利用；
53、(3)通过提高钢渣的比例，在一定程度上提高碳酸钙与还原性气体反应转化率的同时，可提高水泥熟料中铁铝酸四钙的含量，提高水泥产品后期强度、耐蚀性等性能；
54、(4)反应的气体产物中含有一氧化碳与氢气，是合成甲醇等化学品的理想原料，全过程有效实现水泥生产与化学品生产的耦合，促进产业之间的相互支持和协同发展。在生产水泥熟料的同时可生产高附加值的化学品，具有良好的经济效益。
1.一种环保型高含铁量水泥生产装置，其特征在于，包括依次连接的原料及催化剂制备系统、粉磨系统、还原性气氛分解炉系统、煅烧回转窑系统、粉磨系统；
2.根据权利要求1所述的一种环保型高含铁量水泥生产装置，其特征在于，所述还原性气氛分解炉系统还依次连接有分离系统、化学品合成系统。
3.根据权利要求2所述的一种环保型高含铁量水泥生产装置，其特征在于，所述化学品合成系统还与余热回收系统相连。
4.根据权利要求2所述的一种环保型高含铁量水泥生产装置，其特征在于，所述还原性气氛分解炉系统包括反应部；
5.根据权利要求4所述的一种环保型高含铁量水泥生产装置，其特征在于，所述反应部包括炉筒和与所述炉筒外部贴合的加热带。
6.根据权利要求4所述的一种环保型高含铁量水泥生产装置，其特征在于，所述第一进料部为还原性气体进料口；
7.一种环保型高含铁量水泥生产方法，选用权利要求1～6中任一项所述的生产装置生产，其特征在于，包括下列步骤：
8.根据权利要求7所述的一种环保型高含铁量水泥生产方法，其特征在于，所述步骤s1中的所述催化剂选用钢渣，所述钢渣选用废弃钢渣制备；
9.根据权利要求7所述的一种环保型高含铁量水泥生产方法，其特征在于，所述步骤s2中，煅烧温度为1250℃～1450℃；
10.根据权利要求8所述的一种环保型高含铁量水泥生产方法，其特征在于，还包括下列步骤：
