专利名称：用于转换燃料物质的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于转换燃料物质的系统，比如锅炉，尤其涉及用在燃料转换中的氧化还原反应器系统。
背景技术：
化学链技术是一项有前景的技术，其意图通过使用载氧体取代直接氧气来达到固体燃料的气化或燃烧。化学链是一个过程，通过这个过程碳基原料的燃烧或气化在两个步骤中发生。在第一步中，载氧体在燃料反应器中释放氧气，载氧体被固体燃料还原并随之被转移到空气反应器。燃料颗粒、灰烬和被还原的载氧体在燃料反应器中产生。在第二步中，被还原的载氧体在空气反应器中被空气氧化。在化学链过程中，由燃料反应器中燃料的燃烧或气化所产生的气体随即被消除或几近消除氮。载氧体一般可以包括金属氧化物或其他富氧化合物。大部分的化学链技术采用流化床技术用于燃料反应器，以得益于高驻留时间，同样得益于与流化床有关的良好混合。流化床可以是鼓泡流化床或循环流化床。被引入用于转换燃料物质的传统系统的标准碎煤具有2毫米的平均直径，而且煤的最大尺寸可以达到20毫米。最终没有成为飞灰的最大颗粒因此需要作为底灰被移除。飞灰烬和底灰烬之间的当前比率为60/40并且趋于下降到40/60。需要涉及专用的底灰烬提取系统以移除通过燃料物质被引入系统的灰烬的大约一半。因此，主要的挑战是在将载氧体送入空气反应器用于氧化和再生之前从载氧体中分离燃料颗粒和灰烬。用于转换燃料物质的传统化学链系统包括碳分离器，例如文献FR 2850156中所提及的。碳分离器(carbon separator)也被叫做“碳剥离器(carbon stripper) ”，被安置在空气反应器与燃料反应器之间。为了从系统排出灰烬，传统化学链系统还包括安置在燃料和/或空气反应器底部的灰烬分离器。这种提取通常位于反应器的最底部。存在几种提取孔的位置不同的设计。 通过移动某一导致垂直提取的管口，孔可以位于反应器的炉格栅(grate)的中间。孔可以位于具有横向提取的反应器的侧壁上，所述横向提取具有由锥形阀控制的流量。这些系统具有的缺点为灰烬分离器在燃料和/或空气反应器的底部或接近底部包括重且复杂的分离器系统。而且，在燃料反应器和空气反应器底部的固体混合物一般包括大约10%的灰烬。 如果需要提取1公斤/秒的灰烬，这就意味着包含1公斤/秒灰烬的、10公斤/秒的混合物将被提取。因此，需要处理的固体量是实际需要的固体量的十倍。
发明内容
因此，本发明的一个目的就是提供一个在这种方式下的用于转换燃料物质的系统，以解决上述问题。上述目的通过用于一种转换燃料物质的系统实现，其包括第一反应器，在该第一反应器中，燃料物质与氧化物物质发生反应以产生包括燃料颗粒、灰烬和氧化物颗粒的反应产品，第二反应器，用于将在第一反应器中产生的氧化物颗粒氧化，碳分离器，其接收在第一反应器中产生的燃料颗粒、灰烬和氧化物颗粒并适合用于将氧化物颗粒和灰烬与燃料颗粒分离，碳分离器包括用于氧化物颗粒和灰烬排出的出口通道。根据本发明，碳分离器的所述出口通道连接到用于将灰烬与氧化物颗粒分离的灰烬分离器。这种特定的布置提供从燃料颗粒、灰烬和氧化物颗粒的混合物开始，其有可能以简单的方式将这三种化合物彼此分开。由碳分离器和灰烬分离器构成的装置安装紧凑且经济。因此，氧化物颗粒可以被送入空气反应器以再生。未燃烧的碳可以被送回到燃料反应器以进一步氧化，灰烬被移除以避免系统中灰烬富集，该灰烬富集可以造成结块。最后，这种具体布置避免了在燃料和/或空气反应器底部的灰烬分离器的复杂和高成本使用。值得一提的是碳分离器和灰烬分离器均被流化且系统包括控制每个分离器流化速度的装置。灰烬密度比燃料颗粒密度高，灰烬分离器的流化速度最好比碳分离器的流化速度
尚ο碳分离器和灰烬分离器可以通过公共的侧壁而为毗连的分离器。碳分离器和灰烬分离器可以通过管连接。在这种情况下，灰烬分离器可以安置得比碳分离器低。有利地，燃料反应器连接到一低效率旋风分离器，该低效率旋风分离器包括连接到碳分离器的下侧出口和连接到一高效旋风分离器相连的上侧出口。燃料物质典型地是煤。氧化物物质典型地是金属氧化物。
本发明的其他特征和优点将由下面仅通过非限制性示例的方式给出的本发明实施例的描述体现出来，并参考所附附图，其中图1是根据本发明的用于转换燃料物质的系统的示意图，图2是根据第一实施例的系统的一部分的示意图，及图3是根据第二实施例的系统的一部分的示意图。
具体实施例方式如图1所示，根据本发明的用于转换燃料物质的系统1，其被计划用于生产电力和 /或蒸汽，包括燃料反应器2、空气反应器3(air reactor)和碳分离器4。
来自燃料筒仓5而来的固体燃料物质和来自氧化物筒仓6的金属氧化物进入燃料反应器2。固体燃料物质最好是煤。金属氧化物可以基于铁、镍、铝或其混合物。燃料反应器2被蒸汽和/或再循环的烟气和/或二氧化碳流化。第一分离设备， 最好是低效分离旋风分离器7，其被供给来自燃料反应器2的燃烧气体、灰烬、燃料颗粒和氧化物颗粒。燃烧气体主要包括二氧化碳和蒸汽。分离设备的效率是设备所收集的颗粒的量与设备入口处固体的量的比率。低效分离旋风分离器7的上侧固体流被流通进入高分离设备，最好是高效分离旋风分离器8。因此，主要包括细微碳颗粒的固体与飞灰分离并通过密封罐14被重新引入燃料反应器2。离开低效旋风分离器7的固体进入密封罐9，第一部分自该密封罐被导入燃料反应器2且第二部分自该密封罐被导入碳分离器4。密封罐9可以被蒸汽和/或再循环的烟气流化。碳分离器4从较密实和较大的氧化物颗粒和灰烬中分离出细微和轻的颗粒，例如含碳残渣，其被送到燃料反应器2，所述较密实和较大的氧化物颗粒和灰烬被送入空气反应器3。根据本发明，碳分离器4连接到灰烬分离器10，该灰烬分离器10包括特定的出口 IOa 以允许灰烬排出。进入燃料反应器2的燃料物质的平均颗粒直径最好比氧化物物质的平均颗粒直径要小。更佳的是，燃料物质的平均颗粒直径被控制到至多为氧化物物质的平均颗粒直径的二分之一。燃料物质的平均颗粒直径可以为大约50微米。其可以在50和60微米之间。在这种情况下，氧化物颗粒的密度比燃料颗粒的密度要高，灰烬的密度处于燃料颗粒的密度和氧化物颗粒的密度之间。来自碳分离器和灰烬分离器4、10的氧化物颗粒在空气反应器3中被空气氧化。离开空气反应器3的氧化物和用后的空气进入分离设备11，典型的是旋风分离器，氧化物颗粒在其中与包括氮气和氧气的气体分离。从旋风分离器11底部提取的固体氧化物颗粒进入密封罐12，第一部分自该密封罐被转移到空气反应器3的底部且第二部分自该密封罐被导到燃料反应器2的底部。密封罐12可以用空气流化。图2和3中示出了碳分离器4和灰烬分离器10联合的细节图。图2和3示意性地示出了用在根据本发明的用于转换燃料物质的系统中的碳分离器和灰烬分离器组件的两个实施例。碳分离器4包括入口 4a，燃料颗粒FP、氧化物颗粒OP和灰烬A通过该入口进入碳分离器4。氧化物颗粒OP是在燃料反应器中已经被至少部分被还原(reduced)的氧化物颗粒。碳分离器4由流化装置F流化。流化装置F可以是布置在碳分离器4底部的蒸汽和/ 或再循环的烟气和/或二氧化碳入口。密度大约1. 2的细微和轻的燃料颗粒FP通过碳分离器4的出口 4b被导向燃料反应器而较密实且较大的氧化物颗粒OP和灰烬A被导向灰烬分离器10。灰烬分离器10由流化装置F流化。流化装置F可以是布置在碳分离器4底部的蒸汽和/或再循环的烟气和/或二氧化碳入口。轻的灰烬A从出口 IOa流向气体处理系统而较密实的氧化物颗粒OP经过灰烬分离器10的出口 IOb转移到空气反应器。
为了控制系统中的灰烬浓度，碳分离器4和灰烬分离器10的流化速度可以被控制。流化速度可以基于灰烬A和氧化物颗粒OP各自的密度(分别为大约2. 5和4.幻。因此，灰烬分离器10可以在0. 3到0. 8米/秒之间的速度被流化，且碳分离器4可以在0. 1 到0. 6米/秒之间的速度被流化。根据第一实施例，如图2所示，碳分离器4和灰烬分离器10通过公共的侧壁13而毗连。碳分离器4和灰烬分离器10通过侧壁13的开口如相连接。根据第二实施例，如图3所示，碳分离器4和灰烬分离器通过管如连接。而且，为了促进氧化物颗粒OP和灰烬A从碳分离器4到灰烬分离器10的转移，灰烬分离器10可以低于碳分离器4安置。
权利要求
1.用于转换燃料物质的系统(1)，其包括第一反应器O)，在该第一反应器中，燃料物质与氧化物物质发生反应以产生包括燃料颗粒、灰烬和氧化物颗粒的反应产品，第二反应器(3)，用于将在第一反应器O)中产生的氧化物颗粒氧化， 碳分离器G)，其接收在第一反应器O)中产生的燃料颗粒、灰烬和氧化物颗粒并适合用于将氧化物颗粒和灰烬与燃料颗粒分离，所述碳分离器(4)包括用于氧化物颗粒和灰烬排出的出口通道Ge)，其中，碳分离器(4)的所述出口通道Ge)连接到用于将灰烬与氧化物颗粒分离的灰烬分离器(10)。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，其特征在于，碳分离器(4)和灰烬分离器(10)均被流化且所述系统(1)包括控制每个分离器G、10)流化速度的装置。
3.根据权利要求2所述的系统(1)，其特征在于，灰烬分离器的流化速度较碳分离器的流化速度要高。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的系统(1)，其特征在于，碳分离器(4)和灰烬分离器(10)可以通过公共的侧壁(13)而为相毗连的分离器0、10)。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的系统(1)，其特征在于，碳分离器(4)和灰烬分离器(10)通过管(4c)相连。
6.根据权利要求5所述的系统(1)，其特征在于，所述灰烬分离器(10)低于碳分离器 (4)安置。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的系统(1)，其特征在于，燃料反应器(2)连接到低效率旋风分离器(7)，该低效率旋风分离器包括连接到所述碳分离器的下侧出口和连接到一高效旋风分离器(8)的上侧出口。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述燃料物质是煤。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述氧化物物质是金属氧化物。
全文摘要
本发明涉及用于转换燃料物质的系统(1)，其包括第一反应器(2)，在该第一反应器中，燃料物质与氧化物物质发生反应以产生包括燃料颗粒、灰烬和氧化物颗粒的反应产品；第二反应器(3)，用于将在第一反应器(2)中产生的氧化物颗粒氧化；碳分离器(4)，其接收在第一反应器(2)中产生的燃料颗粒、灰烬和氧化物颗粒并适合用于将氧化物颗粒和灰烬与燃料颗粒分离，所述碳分离器(4)包括用于氧化物颗粒和灰烬排出的出口通道(4c)；碳分离器(4)的所述出口通道(4c)连接到用于将灰烬与氧化物颗粒分离的灰烬分离器(10)。
文档编号F23J1/02GK102460017SQ201080026196
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年6月12日
发明者洛朗·马盖迪西安, 科琳·贝亚尔, 迈克尔·万迪克 申请人:阿尔斯通技术有限公司