专利名称：一种固体燃料循环流化床化学链燃烧装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用化学链燃烧的装置，尤其涉及一种使用固体燃料并使其发生加压快速燃烧反应的化学链燃烧装置。
背景技术：
温室气体排放带来的全球变暖问题正在引起人们的重视。CO2作为最主要的温室气体，研究CO2减排技术迫在眉睫。烟气中的CO2常常被大量氮气稀释，CO2的分离与回收成本很高。在燃烧过程中生成高浓度的CO2或便于CO2分离的气相混合物，同时消除其它污染物的生成、排放是一条有效途径。化学链燃烧(Chemical-Looping Combustion,简称CLC)正是具有上述特性的一种新型燃烧方式，已经受到了较多的关注。化学链燃烧技术于1983年首次由Ritcher等提出，基本原理是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧借助于载氧体的作用分解为2个气固反应，燃料与空气无需接触，由载氧体将空气中的氧传递到燃料中。化学链燃烧方式把直接燃烧分解为两步反应的间接燃烧，实现了能量的递级利用，提高了能源利用率。燃料反应器中生成的CO2避免了与过量空气或氮气的混合，能够保证相当高的浓度。燃料反应器中的主要气体成分为CO2和H2O,分离CO2只需要将H2O进行冷凝、去除，不需要能量的消耗与分离装置的布置。在燃烧过程中，空气与燃料分别经过2个不同的反应器，避免了燃料型NOx的产生。与常规燃烧温度相比，燃烧反应器和空气燃料反应器运行温度较低，有效控制了热力型NOx的产生。因此，化学链燃烧方式是一种非常具有前途的固体燃料处理方式和CO2捕集技术，并且已经成为当前研究热点之一。在传统的化学链燃烧方法中，通常将从空气反应器中的氧载体直接进入燃料反应器与固体燃料进行混合并发生反应。但是，如果将氧载体与固体燃料直接接触混合，在燃烧过程中，固体燃料中的灰分与氧载体难以分离。这些灰分可直接附着于氧载体表面，导致氧载体的活性下降，严重时发生失活现象。同时，氧载体与灰分的难以分离必然导致在排渣时会排出部分氧载体，导致氧载体不必要的损失，增加了运行成本。
发明内容本实用新型所要解决的是现有化学链燃烧装置，氧载体与灰分的难以分离必然导致在排渣时会排出部分氧载体的问题。本实用新型提供了一种固体燃料循环流化床化学链燃烧装置，其特征在于，包括空气反应器，空气反应器的底部外接空气，顶部连接旋风分离器；旋风分离器的顶部设有排气口，底部连接设于燃料反应器内的氧气发生器的顶部；氧气发生器的底部连接溢流槽的顶部，氧气发生器从燃料反应器的外部连接燃料反应器的底部；燃烧反应器顶部设有用于排放CO2与水蒸气的出气口，底部设有用于加入固体燃料的加料口 ；溢流槽底部连接倾斜下降管，倾斜下降管与空气反应器的底部连接，溢流槽底部外接水蒸气；燃料反应器底部设有用于排灰的排渣口。本实用新型属于化 学链燃烧技术，具有化学链燃烧的普遍优点。燃料通过化学链燃烧的方式来处理，在整个循环过程中自然地实现了 CO2与空气的分离，并且不需要额外的从空气中分离氧气的能耗。这一点与近年发展起来的富氧燃烧技术相比，节省了空分设备和纯氧制备过程中所需的大量能耗，直接大幅度提高了系统的效率。同时，在化学链循环、燃烧过程中，由于传热温差低，系统的火用损失，使系统能量的使用效率进一步提高。氧载体为可释放氧分子的氧载体，低价态的氧载体从溢流槽流出后，通过倾斜下降管进入空气反应器；空气从空气反应器底部通入，与低价态的氧载体充分混合、反应，低价态的氧载体被空气中的氧气氧化，形成高价态的氧载体；高价态的氧载体被气体提升至旋风分离器处，经过旋风分离器的分离，含有微量氧气的空气从旋风分离器上部出气口流出，高价态的氧载体通过旋风分离器下部的下料管进入氧气发生器；氧气发生器中的高价态的氧载体经氧气发生器外部的燃烧放热反应加热，释放出氧气(即O2分子)，同时高价态的氧载体转变为低价态的氧载体；低价态氧载体从氧气发生器下部的管道流出，经过溢流槽重新回到空气反应器中，并被空气氧化，重新生成高价态的氧载体，实现了氧载体的循环利用。溢流槽的底部通入水蒸气保证氧载体的输送。在氧气发生器中生成的氧气通过管路先引出燃料反应器，再引到燃料反应器下端通入燃料反应器；除氧气外，燃料反应器下端还通入水蒸气，通入方式可以为先混合再通入，也可以为水蒸气和氧气均从各自的喷口通入；固体燃料通过螺旋给料器连续加入到燃料反应器中；固体燃料在燃料反应器中处于鼓泡流化状态；固体燃料首先热解生成焦炭，焦炭与周围的水蒸气发生气化反应，生成以H2和CO为主的可燃合成气，合成气以及未气化的固体燃料与氧气发生燃烧反应并释放出热量，该热量维持燃料反应器的的反应温度、固体燃料气化所需的热量以及氧气发生器生成氧气所需的热量；固体燃料燃烧与气化过程所产生的灰从燃料反应器底部的排渣口排出；燃料反应器产生的CO2和水蒸气从燃料反应器上部的出气口排出，经冷凝将其中的水分离后，得到纯度很高的CO2,从而实现CO2的分离与捕捉；空气反应器和燃料反应器的温度均控制在900 1100。。。本实用新型中，高价氧载体在受热的情况下释放出氧气，变为低价氧载体。低价氧载体不与固体燃料接触，而是流经溢流槽重新回到空气反应器中。释放出的氧气与水蒸气混合后从底部通入燃料反应器。 这从根本上避免了氧载体与固体燃料的接触，从而避免了氧载体失活以及排渣造成的氧载体损失。本实用新型不仅实现了固体燃料和氧载体的彻底分离，还实现了固体燃料的充分、快速燃烧反应，同时还具有能够有效分离CO2，减少温室气体排放的优点。
图1为本实用新型提供的固体燃料循环流化床化学链燃烧装置的示意图。图中:1-空气反应器；2-旋风分离器；3-燃料反应器；4-氧气发生器；5-加料口 ；6-溢流槽；7-倾斜下降管；A-空气；B-水蒸气；C-加压水蒸气；D-排渣口；E-氧气；F-出气口；G-排气口。
具体实施方式
[0016]为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例如图1所示为本实用新型提供的固体燃料循环流化床化学链燃烧装置的示意图，包括空气反应器I，空气反应器I的底部外接空气A，顶部连接旋风分离器2。旋风分离器2的顶部设有排气口 G，底部连接设于燃料反应器3内的氧气发生器4的顶部。氧气发生器4的底部连接溢流槽6的顶部，氧气发生器4从燃料反应器3的外部连接燃料反应器3的底部，氧气E进入燃料反应器3的方式可以是直接进入，也可以与加压水蒸气C混合后再进入。燃烧反应器3顶部设有用于排放CO2与水蒸气的出气口 F，底部设有用于加入固体燃料的加料口 5。溢流槽6底部连接倾斜下降管7，倾斜下降管7与空气反应器I的底部连接，溢流槽6底部外接水蒸气B。燃料反应器3底部设有用于排灰的排渣口 D。在溢流槽6中加入氧载体Cu20，Cu2O从溢流槽6流出后，通过倾斜下降管7进入空气反应器I ;空气A从空气反应器I底部通入，与Cu2O充分混合、反应，Cu2O被空气A中的氧气氧化，形成CuO ；CuO被气体提升至旋风分离器2处，经过旋风分离器2的分离，含有微量氧气的空气从旋风分离器2上部的排气口 G流出，CuO通过旋风分离器2下部的下料管进入氧气发生器4 ;氧气发生器4中的CuO经氧气发生器4外部的燃烧放热反应加热，释放出氧气(即O2分子)，同时CuO体转变为Cu2O ；Cu20从氧气发生器4下部的管道流出，经过溢流槽6重新回到空气反应器I中，并被空气A氧化，重新生成CuO，实现了氧载体的循环利用。溢流槽6底部通入水蒸气B，保证Cu2O的输送。在氧气发生器4中生成的氧气E通过管路先引出燃料反应器3， 再引到燃料反应器3下端通入燃料反应器3 ;固体燃料通过螺旋给料器连续从加料口 5加入到燃料反应器3中，燃料反应器3下端通入加压水蒸气C和氧气E，加压水蒸气C和氧气E的喷口在燃料反应器3底部等距间隔布置；固体燃料在燃料反应器3中处于鼓泡流化状态；固体燃料首先热解生成焦炭，焦炭与周围的水蒸气发生气化反应，生成以H2和CO为主的可燃合成气，合成气以及未气化的固体燃料与氧气发生燃烧反应并释放出热量，该热量维持燃料反应器3的的反应温度、固体燃料气化所需的热量以及氧气发生器4生成氧气所需的热量；固体燃料燃烧与气化过程所产生的灰从燃料反应器底部的排渣口 D排出；燃料反应器3产生的CO2和水蒸气从燃料反应器3上部的出气口 F排出，经冷凝将其中的水分离后，得到纯度很高的CO2，从而实现CO2的分离与捕捉；空气反应器1、氧气发生器4和燃料反应器3的温度均控制在900 1100°C。
权利要求1.一种固体燃料循环流化床化学链燃烧装置，其特征在于，包括空气反应器(1)，空气反应器(I)的底部外接空气(A)，顶部连接旋风分离器(2);旋风分离器(2)的顶部设有排气口(G)，底部连接设于燃料反应器(3)内的氧气发生器(4)的顶部；氧气发生器(4)的底部连接溢流槽￠)的顶部，氧气发生器(4)从燃料反应器(3)的外部连接燃料反应器(3)的底部；燃烧反应器(3)顶部设有用于排放CO2与水蒸气的出气口(F)，底部设有用于加入固体燃料的加料口(5);溢流槽(6)底部连接倾斜下降管(7)，倾斜下降管(7)与空气反应器(I)的底部连接，溢流槽(6)底部外接水蒸气(B);燃料反应器(3)底部设有用于排灰的排渣口 (D)。·
专利摘要本实用新型公开了一种固体燃料循环流化床化学链燃烧装置，其特征在于，包括空气反应器，空气反应器的底部外接空气，顶部连接旋风分离器；旋风分离器的顶部设有排气口，底部连接设于燃料反应器内的氧气发生器的顶部；氧气发生器的底部连接溢流槽的顶部，氧气发生器从燃料反应器的外部连接燃料反应器的底部；燃烧反应器顶部设有出气口，底部设有加料口；溢流槽底部连接倾斜下降管，倾斜下降管与空气反应器的底部连接，溢流槽底部外接水蒸气；燃料反应器底部设有用于排灰的排渣口。本实用新型不仅实现了固体燃料和氧载体的彻底分离，还实现了固体燃料的充分、快速燃烧反应，同时还具有能够有效分离CO2，减少温室气体排放的优点。
文档编号F23C10/18GK203147748SQ20132006761
公开日2013年8月21日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者闫凯, 熊杰, 乌晓江, 张建文 申请人:上海锅炉厂有限公司