一种耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统，该系统包括干蒸汽制取装置、化学链空分装置以及富氧燃烧装置，其中，干蒸汽制取装置包括太阳能集热器、蒸汽发生器和分流器，干蒸汽制取装置生成的干蒸汽经分流器分为两股：一股干蒸汽进入化学链空分装置用于吸氧反应器的流化气，另一股干蒸汽进入富氧燃烧装置，化学链空分装置生成的高纯度氧气进入富氧燃烧装置与干蒸汽和燃料进行混合燃烧，产物经简单冷凝分离后获得高纯度的二氧化碳。本发明利用太阳能制取的干蒸汽既能用做化学链空分装置的流化气，又能通入富氧燃烧装置参与燃烧反应，减少了烟气再循环回路，降低了富氧燃烧系统能耗，提高系统的效率。
【专利说明】一种耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于富氧燃烧【技术领域】，更具体地，涉及一种基于耦合太阳能与化学链空 分技术的低能耗富氧燃烧系统。
【背景技术】
[0002] 工业革命以来，由于工业发展的需要，使用了大量的化石燃料，使得大气中二氧化 碳浓度持续、快速上升，严重影响全球环境，针对二氧化碳减排这项全球性的重大课题，很 多国家都提出了自己的研究计划。其中，富氧燃烧技术作为二氧化碳捕集技术之一，可以依 托现有的传统燃煤电站，具有很好的发展前景。
[0003] 富氧燃烧技术是采用高浓度氧气（95%及以上）代替空气与燃料进行燃烧，同时 将大部分烟气（约70%)循环来调节炉膛内绝热火焰温度的一种高效清洁技术。富氧燃烧 技术将传统电厂与空气分离单元和烟气处理单元相结合，是生产高纯度二氧化碳并最终控 制二氧化碳排放的有效方法。在富氧燃烧技术中，空气分离单元产生的富氧气流（氧气体 积分数高于或等于95% )与循环烟气混合并通入燃烧室中，通过合理地调整两股给气的温 度和流量来控制锅炉内部的燃烧温度与传统燃烧一致。由于燃料在一个低N2高二氧化碳 和水的气氛中燃烧，所以生成烟气主要由二氧化碳和水蒸气组成，经过较为简单的后处理 即可得到高纯度的二氧化碳产品。
[0004] 目前常用的制氧方法分为两类，一类是分离法，即将空气中的氧气与氮气通过物 理方式（深冷空分、或变温或变压吸附）进行分离，获得不同纯度的氧气；另一种为制取法， 即采用化学试剂，通过氧化还原反应制取氧气。其中深冷空分技术是最常用的制氧方法， 其利用空气中各组分沸点的不同，先将空气液化，然后通过连续多次的部分蒸发和部分冷 凝，分离出空气中的各组分。该技术的主要特点为生产量大，氧气纯度高，在大型、特大型需 氧场合具有优势，但是常规深冷空分制氧（ASU)系统能耗较高，大约占整个电站净输出的 10 %到40%，且其设备费用也较高，占系统总设备成本的40 %左右。
[0005] 化学链空分技术（Chemical Looping Air Separation, CLAS)，是以金属氧化物作 为氧载体，通过金属氧化物在合适温度和欠氧环境下（如水蒸气或二氧化碳气氛下）发生 分解反应释放氧气，而释氧后的氧载体在空气气氛中发生氧化反应实现再生，从而从空气 中分离出氧气，其主要原理是利用吸氧反应器和释氧反应器中的氧分压不同，来控制氧载 体吸氧反应和释氧反应的循环发生。由于化学链空分技术需要控制吸氧反应器和释氧反应 器内的温度和气氛，并且所需床料量和循环倍率较大，因此需要大量的流化气使得床料流 化，实际过程中仍然会产生较大的能耗。
[0006] 目前采用化学链空分技术的富氧燃烧系统通常是将再循环烟气通入释氧反应器 制取富含氧气和二氧化碳的混合气体，但是该系统往往需要较多的外部热量来维持释氧反 应器和吸氧反应器内所需的温度条件，使得系统能耗高，此外由于通入释氧反应器的烟气 中已经含有一定量的氧气而较容易达到吸氧和释氧平衡，实际制氧量较少，难以满足富氧 燃烧的需要；也有一些采用化学链空分技术的富氧燃烧方案是从富氧燃烧机组汽轮机抽取 部分蒸汽作为释氧反应器的流化气，但是这种方式会显著降低富氧燃烧系统效率。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的以上缺陷，本发明提供一种耦合太阳能与化学链空分技术的 低能耗富氧燃烧系统，其具有效率高、能耗低、成本低且系统污染物排放少的优点。
[0008] 本发明提供的一种低能耗富氧燃烧系统，其包括太阳能干蒸汽制取装置、化学链 空分装置以及富氧燃烧装置，其中，由太阳能集热器、蒸汽发生器和分流器组成的太阳能干 蒸汽制取装置，由释氧反应器、吸氧反应器、旋风分离器、换热器组成的化学链空分装置以 及由锅炉系统、尾部烟气净化装置组成的富氧燃烧系统，其中，
[0009] 所述太阳能干蒸汽制取装置包括太阳能集热器、蒸汽发生器和分流器，通入所述 蒸汽发生器的水在所述太阳能集热器热量作用下反应生成干蒸汽，干蒸汽经所述分流器分 为两股：一股干蒸汽F进入化学链空分装置，另一股干蒸汽I进入富氧燃烧装置；
[0010] 所述化学链空分装置包括空气预热器、释氧反应器、吸氧反应器、第一旋风分离 器、第二旋风分离器、第一换热器、第二换热器和冷凝器，其中，空气B经过空气预热器预热 后进入吸氧反应器中，并与经第一旋风分离器分离出的低势氧载体在吸氧反应器中发生氧 化反应生成高势氧载体；吸氧反应器中存在的欠氧空气和高势氧载体通过经旋风分离器进 行分离，其中，分离出的欠氧空气进入空气预热器7加热空气B，高势氧载体则进入释氧反 应器进行释氧反应，经干蒸汽制取装置制取的干蒸汽F经过第一换热器加热后进入释氧反 应器中用于控制释氧反应器中的氧分压，所述高势氧载体在释氧反应器中发生分解反应生 成低势氧载体，释氧反应器中的气体组分和低势氧载体进入第二旋风分离器分离，其中，分 离得到的气体组分成依次进入第一换热器利用气体组分余温对干蒸汽加热，再经第二换热 器进行冷却，然后进入冷凝器中冷凝，由此分离出冷凝水H，从而获得高纯度的氧气G ;分离 得到的低势氧载体再进入吸氧反应器中进行反应，按此种方式完成氧载体在吸氧反应器和 释氧反应器之间的循环；
[0011] 所述富氧燃烧装置包括锅炉单元和尾气处理单元，经化学链空分装置获得的高浓 度氧气进入锅炉单元后与干蒸汽制取装置制取的干蒸汽I以及燃料J进行混合，发生剧烈 的燃烧反应生成包含二氧化碳和水蒸气的气态产物，所述气态产物进入尾气处理单元经过 净化、干燥、压缩冷凝以及分离后，获得高纯度的二氧化碳。
[0012] 空分装置为耦合太阳能干蒸汽制取装置的化学链空分装置，利用能量密度低的太 阳能制备低能量品味的水蒸汽，组织化学链空分装置中释氧反应所需的低氧分压和反应温 度，制备高品位氧气，巧妙耦合太阳能干蒸汽制取装置、化学链空分装置和富氧燃烧装置， 实现物理能和化学能梯级利用，实现燃煤二氧化碳的捕集，提高富氧燃烧系统的效率。
[0013] 作为进一步优选地，所述太阳能集热器采用槽式太阳能集热器。
[0014] 利用能量密度低的太阳能集热器制备低能量品味的水蒸汽，代替常规能耗高的水 蒸汽发生器或庞大的换热器，实现煤粉水蒸汽-富氧燃烧。槽式太阳能集热器具有结构紧 凑、加工简单，制造成本较低的优点。
[0015] 作为进一步优选地，所述释氧反应器反应温度为800-1000°C。
[0016] 作为进一步优选地，所述氧载体为铜金属氧化物、锰金属氧化物或钴金属氧化物 中的任意一种或混合。
[0017] 作为进一步优选地，所述氧载体为钙钛矿、铜矿石、锰矿石或铜矿石中的任意一种 或混合。
[0018] 作为进一步优选地，所述氧载体为铜金属氧化物时，释氧反应器中的氧分压为 0.0005-0. 0430atm。
[0019] 作为进一步优选地，所述富氧燃烧装置的燃烧方式为水蒸气-富氧燃烧。
[0020] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有 益效果：
[0021] (1)通过太阳能集热装置将太阳能这种低品位能量用于制取干蒸汽，得到的干蒸 汽既能用做化学链空分装置的流化气，又能通入富氧燃烧装置参与燃烧反应，避免了烟气 再循环回路，降低了富氧燃烧系统能耗，提高系统的效率，降低了系统对化石燃料的需求 量；
[0022] (2)将干蒸气代替传统的循环烟气通入富氧燃烧锅炉单元中，在避免烟气再循环 回路、简化富氧燃烧系统、降低成本的同时，还避免了氮元素在锅炉内的富集，减少了污染 物NOx的排放，环境友好；
[0023] (3)太阳能装置制取的干蒸汽应用于富氧燃烧装置中，无需从富氧燃装置中抽取 部分蒸汽，保证了富氧燃烧系统的发电功率；
[0024] (4)更容易实现二氧化碳的捕集：锅炉产物气体组分主要为二氧化碳和水，经过 相对简单的处理即可实现二氧化碳的分离和捕集。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统结构示意 图；
[0026] 图2是本发明的干蒸汽制取装置结构示意图；
[0027] 图3是本发明的化学链空分装置结构示意图；
[0028] 图4是本发明的富氧燃烧装置结构示意图；
[0029] 图5是实施例二的低能耗富氧燃烧系统结构示意图；
[0030] 图6是实施例三的低能耗富氧燃烧系统结构示意图。
[0031] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0032] 1-干蒸汽制取装置；2-分流器；3-化学链空分装置；4-富氧燃烧装置；5-太阳能 集热器；6-蒸汽发生器；7-空气预热器；8-吸氧反应器；9-第一旋风分离器；10-释氧反 应器；11-第二旋风分离器；12-第一换热器、13-第二换热器；14-冷凝器；15-锅炉单元； 16-尾气处理单元；17-常规深冷空气分离装置；18-混合器。
【具体实施方式】
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0034] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步说明。
[0035] 如图1所示，一种耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统，其包括 干蒸汽制取装置1、化学链空分装置3以及富氧燃烧装置4,干蒸汽制取装置1用于制取反 应所需的干蒸汽，化学链空分装置3用于分离出高纯度氧气，富氧燃烧装置4用于富氧燃烧 实现二氧化碳的捕集。
[0036] 如图2所示，干蒸汽制取装置1包括太阳能集热器5、蒸汽发生器6和分流器2,通 入蒸汽发生器6的水在太阳能集热器5热量作用下反应生成干蒸汽，干蒸汽经分流器2分 为两股：一股干蒸汽F进入化学链空分装置3,另一股干蒸汽I进入富氧燃烧装置4。
[0037] 如图3所示，化学链空分装置3包括释氧反应器、吸氧反应器、旋风分离器、换热 器，其中，空气B经过空气预热器7预热后进入吸氧反应器8中，经第一旋风分离器11分 离出的低势氧载体发生氧化反应生成高势氧载体；吸氧反应器8中的气体组分和低势氧载 体经旋风分离器9分离，其中，欠氧空气（主要成分为氮气）进入空气预热器7加热空气B， 所述高势氧载体进入释氧反应器10进行释氧反应，经干蒸汽制取装置制取的干蒸汽F经过 换热器12加热后进入释氧反应器10中以控制释氧反应器10中的氧分压，所述高势氧载体 在合适的温度和氧分压下发生分解反应生成低势氧载体，释氧反应器10中的成分主要为 氧气和水的气体组分以及低势氧载体进入第二旋风分离器11进行分离，其中，所述气体组 分进入换热器12对干蒸汽加热，经换热器13进行冷却后，再到冷凝器14中进行冷凝，分离 出冷凝水H，获得高纯度的氧气G ;所述低势氧载体再进入吸氧反应器8中进行反应，按此种 方式完成氧载体在吸氧反应器8和释氧反应器10之间的循环；
[0038] 如图4所示，富氧燃烧装置包括锅炉单元15和尾气处理单元16,所述高浓度氧气 进入锅炉单元15后与干蒸汽I以及燃料J进行混合，发生剧烈的燃烧反应生成包含二氧化 碳和水蒸气的气态产物，所述气态产物进入尾气处理单元16经过净化、干燥、压缩冷凝以 及分离后，可获得高纯度的二氧化碳。
[0039] 本发明利用太阳能这一可再生能源的低品位能量制取干蒸汽，以供化学链空分装 置和富氧燃烧装置的使用，并通过对太阳能集热装置、化学链空分装置以及富氧燃烧装置 进行设计并分别对各个装置及相互之间的气流管道连接方式进行优化来保证整个富氧燃 烧系统的低能耗运行，实现了低能耗，低成本进行富氧燃烧技术，实现二氧化碳捕集的目 的，达到了系统清洁、高效的目的，也降低了系统对化石燃料的需求量。
[0040] 利用上述系统，实现清洁低能耗的富氧燃烧方式主要包括以下步骤：
[0041] a)利用槽式太阳能集热装置5收集太阳能，蒸汽发生装置6利用收集到的太阳能 制取干蒸汽，干蒸汽通过分流器2分为两股，一股干蒸汽F进入化学链空分装置3用作其释 氧反应器10中的流化气，另一股干蒸汽I进入富氧燃烧装置；
[0042] b)空气B经过空气预热器7预热后进入吸氧反应器8中，并与低势氧载体在吸 氧反应器8中发生氧化反应生成高势氧载体；根据反应器的设计温度选择不同的氧载体， 温度一般为800?1000°C,可选择的氧载体可以是铜金属氧化物、锰金属氧化物或钴金属 氧化物中的任意一种或混合，也可以是钙钛矿、铜矿石、锰矿石或铜矿石中的任意一种或混 合，本实施例中优选铜金属氧化物作为氧载体，将氧载体通过氧载体进料口通入吸氧反应 器8中；
[0043] c)在吸氧反应器8内，低势氧载体被空气流化，并与空气中的氧气发生反应，生成 高势氧载体和欠氧空气，欠氧空气协同高势氧载体进入第一旋风分离器9,经第一旋风分离 器9分离欠氧空气和高势氧载体，分离出的欠氧空气进入空气预热器7加热空气B，高势氧 载体则进入释氧反应器10进行释氧反应；
[0044] d)经干蒸汽制取装置制取的干蒸汽F经过第一换热器12加热后进入释氧反应器 10中用于调节释氧反应器10中的氧分压，高势氧载体在释氧反应器10中发生分解反应生 成低势氧载体；
[0045] e)释氧反应器10中的气体组分和低势氧载体进入第二旋风分离器11分离，经第 二旋风分离器11分离得到的气体组分进入第一换热器12,利用该气体组分的余温可对干 蒸汽加热，降低了能量的浪费，气体组分再经第二换热器13进行冷却，然后进入冷凝器14 中冷凝，由此分离出冷凝水H，从而获得高纯度的氧气；经第二旋风分离器11分离得到的低 势氧载体可再进入吸氧反应器8中进行反应，按此种方式完成氧载体在吸氧反应器8和释 氧反应器10之间的循环，减少资源的浪费；
[0046] f)经化学链空分装置获得的高浓度氧气进入锅炉单元15后与干蒸汽制取装置制 取的干蒸汽I以及燃料J进行混合，发生剧烈的燃烧反应生成包含二氧化碳和水蒸气的气 态产物，所述气态产物进入尾气处理单元16经过净化、干燥、压缩冷凝以及分离后，获得高 纯度的二氧化碳。
[0047] 所述方法利用槽式太阳能集热器，结构紧凑，即太阳能收集装置的占地面积小；制 造集热装置所需的构件形式不多，容易实现标准化，适合批量生产；用于聚焦太阳光的表面 加工简单，制造成本较低。
[0048] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
[0049] 实施例一：
[0050] 本实例的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统，其包括干蒸汽制 取装置1、化学链空分装置3以及富氧燃烧装置4,干蒸汽制取装置1用于制取反应所需的 干蒸汽，化学链空分装置3用于分离出高纯度氧气，富氧燃烧装置4用于富氧燃烧并实现二 氧化碳的捕集，所使用的氧载体为铜基氧载体，
[0051] 干蒸汽制取装置1包括太阳能集热器5、蒸汽发生器6和分流器2,通入蒸汽发生 器6的水在太阳能集热器5热量作用下产生干蒸汽，干蒸汽经分流器2分为两股：一股干蒸 汽F进入化学链空分装置3,另一股干蒸汽I进入富氧燃烧装置4，
[0052] 化学链空分装置3包括释氧反应器、吸氧反应器、旋风分离器、换热器，其中，空气 B经过空气预热器7预热后进入吸氧反应器8中，经第一旋风分离器11分离出的低势氧载 体发生氧化反应生成高势氧载体；吸氧反应器8中的气体组分和低势氧载体经旋风分离器 9分离，其中，欠氧空气（主要成分为氮气）进入空气预热器7加热空气B，高势氧载体进 入释氧反应器10进行释氧反应，经干蒸汽制取装置制取的干蒸汽F经过换热器12加热后 进入释氧反应器10中以控制释氧反应器10中的氧分压，具体而言，本实施例中通过控制 干蒸汽的含量使得释氧反应器中的氧分压为〇. 0005-0. 0430atm，高势氧载体在合适的温度 (800-KKKTC )和氧分压（0.0005-0.0430atm)下发生分解反应生成低势氧载体，释氧反应 器10中的成分主要为氧气和水的气体组分以及低势氧载体进入第二旋风分离器11进行分 离，气体组分进入换热器12对干蒸汽加热，经换热器13进行冷却后，再到冷凝器14中进行 冷凝，分离出冷凝水H，获得高纯度的氧气G ;所述低势氧载体再进入吸氧反应器8中进行反 应，按此种方式完成氧载体在吸氧反应器8和释氧反应器10之间的循环；
[0053] 富氧燃烧装置包括锅炉单元15和尾气处理单元16,高浓度氧气进入锅炉单元15 后与干蒸汽I以及燃料J进行混合，发生剧烈的燃烧反应产生大量的热进行发电，同时生成 包含二氧化碳和水蒸气的气态产物，气态产物进入尾气处理单元16经过净化、干燥、压缩 冷凝以及分离后，可获得高纯度的二氧化碳。
[0054] 实施例二：
[0055] 本实例包括干蒸汽制取装置、化学链空分装置、常规空分装置以及富氧燃烧装置， 其与实施例一的不同之处在于该系统还包括常规空分装置，常规空分装置与化学链空分装 置共同提供富氧燃烧装置所需的高纯度氧气。
[0056] 利用本实施例所述的富氧燃烧系统，实现清洁低能耗的富氧燃烧方式主要包括以 下步骤：
[0057] a)利用槽式太阳能集热装置5收集太阳能，蒸汽发生装置6利用收集到的太阳能 制取干蒸汽，干蒸汽通过分流器2分为两股，一股干蒸汽F进入化学链空分装置3用作其释 氧反应器10中的流化气，另一股干蒸汽I进入富氧燃烧装置；
[0058] b)空气B经过空气预热器7预热后进入吸氧反应器8中，并与低势氧载体在吸氧 反应器8中发生氧化反应生成高势氧载体；根据反应器的设计温度选择不同的氧载体，温 度一般为800-1000°C，可选择的氧载体可以是铜金属氧化物、锰金属氧化物或钴金属氧化 物中的任意一种或混合，也可以是钙钛矿、铜矿石、锰矿石或铜矿石中的任意一种或混合， 本实施例中优选铜金属氧化物作为氧载体，将氧载体通过氧载体进料口通入吸氧反应器8 中；
[0059] c)在吸氧反应器8内，低势氧载体被空气流化，并与空气中的氧气发生反应，生成 高势氧载体和欠氧空气，欠氧空气协同高势氧载体进入第一旋风分离器9,经第一旋风分离 器9分离欠氧空气和高势氧载体，分离出的欠氧空气进入空气预热器7加热空气B，高势氧 载体则进入释氧反应器10进行释氧反应；
[0060] d)经干蒸汽制取装置制取的干蒸汽F经过第一换热器12加热后进入释氧反应器 10中用于调节释氧反应器10中的氧分压，高势氧载体在释氧反应器10中发生分解反应生 成低势氧载体；
[0061] e)释氧反应器10中的气体组分和低势氧载体进入第二旋风分离器11分离，经第 二旋风分离器11分离得到的气体组分进入第一换热器12,利用该气体组分的余温可对干 蒸汽加热，降低了能量的浪费，气体组分再经第二换热器13进行冷却，然后进入冷凝器14 中冷凝，由此分离出冷凝水H，从而获得高纯度的氧气；经第二旋风分离器11分离得到的低 势氧载体可再进入吸氧反应器8中进行反应，按此种方式完成氧载体在吸氧反应器8和释 氧反应器10之间的循环；
[0062] f)经化学链空分装置获得的高浓度氧气与经常规空分装置制得的高浓度氧气混 合后进入锅炉单元15后与干蒸汽制取装置制取的干蒸汽I以及燃料J进行混合，发生剧 烈的燃烧反应生成包含二氧化碳和水蒸气的气态产物，所述气态产物进入尾气处理单元16 经过净化、干燥、压缩冷凝以及分离后，获得高纯度的二氧化碳。
[0063] 实施例三：
[0064] 本实例采用太阳能干蒸汽制取装置制取干蒸汽，并将循环烟气与干蒸汽进入化学 链空分系统释氧反应器中作为流化气，控制氧分压，制取富氧混合气，然后进入锅炉单元中 与燃料发生反应。
[0065] a)利用槽式太阳能集热装置5收集太阳能，蒸汽发生装置6利用收集到的太阳能 制取干蒸汽，干蒸汽通过分流器2分为两股，一股干蒸汽F通过混合器18与循环烟气混合 进入化学链空分装置3用作其释氧反应器10中的流化气，另一股干蒸汽I进入富氧燃烧装 置；
[0066] b)吸氧反应器8的流化气为空气，空气B经过换热器7后进入吸氧反应器，在吸氧 反应器8内与低势氧载体发生反应；
[0067] c)根据化学链空分装置反应器的设计温度选择不同的氧载体，将氧载体通过氧载 体进料口通入吸氧反应器8中；
[0068] d)在吸氧反应器8内，低势氧载体被流化风空气流化，并与空气中的氧气发生反 应，生成高势氧载体，流化气协同高势氧载体进入旋风分离器9,经旋风分离器9分离； [0069] e)旋风分离器9分离出的气体产物，进入换热器7中，对吸氧反应器的流化气空气 B进行加热，旋风分离器9分离出的固体产物，被送入释氧反应器10中；
[0070] f)高势氧载体进入释氧反应器10后，被流化气流化，并发生反应释放出氧气，高 势氧载体被转化为低势氧载体，流化气协同生成的氧气与低势氧载体，进入旋风分流器11， 经旋风分离器分离，低势氧载体被送入吸氧反应器10,完成氧载体的循环；
[0071] g)经旋风分离器11分离出的富氧混合器，经过流化气过热器12加热流化气后，再 经过冷凝分离，进入富氧燃烧装置4,为燃料J的燃烧提供所需的氧量，产生大量的热，用于 发电利用；
[0072] h)锅炉单元15的部分气体产物，生成的气态产物主要为C02和水蒸气，进入尾气 处理系统16中，经过净化、干燥、压缩冷凝以及分离后，可获得高纯度的二氧化碳C ;锅炉单 元15的另一部分气体产物，可以作为释氧反应器的流化气F。
[0073] 本领域的技术人员容易理解，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。
【权利要求】
1. 一种耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统，其特征在于，包括太阳 能干蒸汽制取装置、化学链空分装置以及富氧燃烧装置，其中， 所述太阳能干蒸汽制取装置包括太阳能集热器（5)、蒸汽发生器（6)和分流器（2)，通 入所述蒸汽发生器（5)的水在所述太阳能集热器（5)热量作用下转化为干蒸汽，干蒸汽经 所述分流器（2)分为两股：一股干蒸汽F进入化学链空分系统，另一股干蒸汽I进入富氧燃 烧系统； 所述化学链空分装置包括空气预热器（7)、释氧反应器（10)、吸氧反应器（8)、第一旋 风分离器（9)、第二旋风分离器（11)、第一换热器（12)、第二换热器（13)和冷凝器（14)，其 中，空气B经过空气预热器（7)预热后进入吸氧反应器（8)中，并与在吸氧反应器（8)中的 低势氧载体发生氧化反应生成高势氧载体；吸氧反应器（8)中存在的欠氧空气和高势氧载 体通过经旋风分离器（9)进行分离，其中，分离出的欠氧空气进入空气预热器7加热空气B， 高势氧载体则进入释氧反应器（10)进行释氧反应，经干蒸汽制取装置制取的干蒸汽F经过 第一换热器（12)加热后进入释氧反应器（10)中用于控制释氧反应器10中的氧分压，所述 高势氧载体在释氧反应器（10)中发生分解反应生成低势氧载体和氧气，释氧反应器（10) 中的气体组分和低势氧载体进入第二旋风分离器（11)分离，其中，分离得到的气体组分成 依次进入第一换热器（12)利用气体组分余温对干蒸汽加热，再经第二换热器（13)进行冷 却，然后进入冷凝器（14)中冷凝，由此分离出冷凝水H，从而获得高纯度的氧气G;分离得 到的低势氧载体再进入吸氧反应器（8)中进行反应，按此种方式完成氧载体在吸氧反应器 (8)和释氧反应器（10)之间的循环； 所述富氧燃烧装置包括锅炉单元（15)和尾气处理单元（16)，经化学链空分装置获得 的高浓度氧气进入锅炉单元（15)后与干蒸汽制取装置制取的干蒸汽I以及燃料J进行混 合，发生剧烈的燃烧反应生成包含二氧化碳和水蒸气的气态产物，所述气态产物进入尾气 处理单元（16)经过净化、干燥、压缩冷凝以及分离后，获得高纯度的二氧化碳。
2. 如权利要求1所述的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统，其特征 在于，还包括深冷空分装置。
3. 如权利要求1所述的所述的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统， 其特征在于，所述富氧燃烧装置的燃烧方式为水蒸气-富氧燃烧。
4. 如权利要求1-3任意一项所述的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧 系统，其特征在于，所述太阳能集热器采用槽式太阳能集热器。
5. 如权利要求1-4任意一项所述的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧 系统，其特征在于，所述释氧反应器内的反应温度为800-1000°C。
6. 如权利要求1-5任意一项所述的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧 系统，其特征在于，所述氧载体为铜金属氧化物、锰金属氧化物或钴金属氧化物中的任意一 种或混合。
7. 如权利要求1-5任意一项所述的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧 系统，其特征在于，所述氧载体为钙钛矿、铜矿石、锰矿石或铜矿石中的任意一种或混合。
8. 如权利要求6所述的耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统，其特征 在于，所述氧载体为铜金属氧化物时，释氧反应器中的氧分压为〇. 0005-0. 0430atm。
【文档编号】F22B1/00GK104100992SQ201410333058
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】赵海波, 邹希贤, 金波, 郑楚光 申请人:华中科技大学