本发明为化学链燃烧过程中烟气余热利用装置及方法，具体为实现高温烟气加热气化剂，再将降温后的烟气通入空气反应器，达到降低热损及减少载氧体颗粒表面烧结的装置。
背景技术：
化学链燃烧是一种新型燃烧技术，燃料不直接与空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化-还原反应，实现氧的转移，完成燃料化学能的转化过程。
其原理是：使用金属氧化物作为载氧体，还原态的金属载氧体首先在空气反应器中和空气接触进行氧化反应，生成氧化态的金属载氧体，将空气中的氧置换出来，然后氧化态的金属载氧体进入燃料反应器，和气体燃料接触，进行还原反应，将氧化态的金属载氧体中氧置换出来，燃料反应器的气体产物为co2和h2o，冷凝后剔除水蒸气得到纯净的co2；还原后的金属载氧体返回空气反应器，和空气进行氧化反应，生成氧化态的金属载氧体，完成载氧体的再生。
空气反应器内的氧化反应是强烈的放热反应，比燃料反应器的温度更高，因而烟气温度较高，排气热损大。此外，生成的氧化态金属氧化物载氧体颗粒温度也很高，会导致载氧体颗粒表面烧结，在其颗粒表面形成致密的表层，使载氧体的反应活性降低甚至失活。因此，如何实现排烟余热利用，在氧化再生过程中减少载氧体颗粒表面烧结，是实现固体燃烧化学链燃烧过程的关键之一，其技术有着广泛的社会效益和工业应用前景。
技术实现要素：
本发明目的是为了克服现有技术中存在的不足，而提供一种降低排烟热损及减少载氧体氧化再生过程中发生烧结的装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种化学链燃烧烟气余热利用装置，由载氧体氧化再生系统、换热系统及控制系统组成，所述载氧体载氧体再生系统包括空气反应器和旋风分离器；所述换热系统由换热管道、换热箱体组成；所述空气反应器底部的布风板与外部的空气管道连通，使载氧体氧化再生所需要的一部分空气从空气反应器的底部布风板送入空气反应器内；所述空气反应器上部的空气反应器排气管与所述旋风分离器的上部进料口相连通，所述旋风分离器顶部的扩口排气管出口与所述引风机的输入端相连通，所述引风机的输出端与所述换热箱体的输入端连接，所述换热管道设置于所述换热箱体内部，所述换热管道的输出端与气化反应器连接，换热箱体的输出端与空气反应器的二次风进口连通，使载氧体氧化再生所需要的另一部分空气由换热箱体输出端出来的烟气作为二次风，从空气反应器中部或下部区域的二次风进口送入空气反应器。
所述控制系统由第一温度检测装置、第一流量阀、第二流量阀和控制器组成，所述第一温度检测装置设置于所述空气反应器内，位于中部或下部二次风进口的上部，用于测定所述空气反应器内的反应温度，所述第一流量阀设置于空气管道上，用于控制所述空气反应器底部布风板进入的一次风流量；所述第二温度检测装置设置于所述气化反应器入口端，用于检测所述换热管道出口的流体温度；所述第二流量阀设置于所述换热箱体和所述空气反应器之间；所述第一温度检测装置、第一流量阀、第二流量阀均与所述控制器连接，所述控制器用于根据所述第一温度检测装置的温度调节所述第一流量阀和第二流量阀的开度。
所述第一温度监测装置和第二温度检测装置均为热电偶温度检测装置。
所述化学链燃烧烟气余热利用装置用于烟气和水的换热和还原态金属载氧体的氧化再生，所述烟气和水的换热：还原态的载氧体与空气发生氧化反应后，空气从所述空气反应器尾部进入所述旋风分离器，从所述旋风分离器上部的扩口排气管排出，通过所述引风机，进入所述换热箱体中，与所述换热管道中的低温水发生换热反应，冷却后的烟气从所述换热箱体的输出端出来，通过所述第二流量阀，进入所述空气反应器中部或下部区域的二次风进口，完成烟气的循环，而所述换热管道中的水经过与烟气的换热后进入所述气化反应器进一步气化；所述还原态金属载氧体的氧化再生：首先还原态的金属载氧体颗粒进入所述空气反应器，和空气在空气反应器内进行分级氧化反应，控制氧化反应速度，防止金属载氧体颗粒温度颗粒急剧升高，抑制金属载氧体颗粒表面发生烧结，氧化反应生成的氧化态金属载氧体被气流携带进入所述旋风分离器，经分离后从所述旋风分离器下部的料腿排出，完成载氧体氧化再生的过程。
所述空气反应器的温度为800℃-1050℃，所述空气反应器为流化床反应器；所述旋风分离器的扩口排气管出来的烟气温度为750℃-1000℃，所述换热箱体输出端出来的烟气温度为450℃-600℃；所述换热管道输出端出来的水温度为90℃-250℃。
本发明的有益效果是：
本发明提供的化学链燃烧烟气余热利用装置，通过将空气反应器排放的烟气通过换热箱体，使换热箱体中的烟气与换热管道中的低温水进行热交换，对气化剂进行预加热，从而实现热量的循环利用；设置控制系统，通过空气反应器内的反应温度，调节空气反应器底部布风板进入的一次风与从二次风进口进入的烟气配比使之达到最佳，既能充分氧化反应，又能最大限度的减少还原态金属载氧体的烧结，也能使换热管道中的气化剂与烟气进行最大可能的热交换，避免烟气余热资源的损失，能有效促进环境与经济的协调发展。
附图说明
图1是本发明的化学链燃烧烟气余热利用装置的结构示意图。
其中：空气反应器1、空气反应器排气管2、旋风分离器3、旋风分离器扩口排气管4、料腿5、引风机6、换热箱体7、换热管道8、气化反应器9、第二温度检测装置10、第二流量阀11、控制器12、第一流量阀13、布风板14、第一温度监测装置15、二次风进口16。
具体实施方式
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1，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明的化学链燃烧烟气余热利用装置，主要由载氧体氧化再生系统、换热系统及控制系统组成。
载氧体氧化再生系统由空气反应器1和旋风分离器3组成；换热系统由换热箱体7、换热管道8组成；控制系统由第一温度检测装置15、控制器12、第一流量阀13、第二流量阀11组成。空气反应器1通过空气旋风分离器3与引风机6连接；设置于空气反应器1底部布风板14与第一流量阀13连通，空气反应器1上部的空气反应器排气管2与空气旋风分离器3的上部进料口连通，旋风分离器3通过烟气扩口排气管4与引风机6的输入端连接，引风机6的输出端与换热箱体7的输入端连通，用于提高烟气压力使之更易排送，换热箱体7的输出端通过第二流量阀11与空气反应器1的二次风进口16连通。换热管道8设置于换热箱体7的内部以便与烟气进行换热，换热管道8的输出端与气化反应器9相连，以便将预热后的流体送入气化反应器9进一步气化。控制器12与第一温度检测装置15及第一流量阀13、第二流量阀11连接，用于根据第一温度检测装15的温度调节第一流量阀13、第二流量阀11的开度。
实施例：
一种化学链燃烧烟气余热利用装置的方法为空气反应器1内的还原态金属载氧体与空气进行分级氧化，所产生的烟气在旋风分离器3、换热箱体7、空气反应器1之间交替循环，实现烟气余热的利用及载氧体的氧化再生。
具体方法步骤如下：
1)还原态的金属载氧体所需的空气分两部分：由空气反应器1底部布风板14进入的空气和中部或下部的二次风进口16进入的烟气，载氧体依次与这两部分气体发生氧化反应；
2)氧化后的载氧体在烟气的带动下，通过空气反应器1顶部的排气管2进入旋风分离器3，氧化后的载氧体进入旋风分离器3下部的料腿5，烟气依次通过扩口排气管4与引风机6，进入换热箱体7；进入的烟气与换热管道8中的低温水发生热交换，放热后的烟气通过第二流量阀11从二次风进口16进入空气反应器1进入下一轮反应。
优选的，步骤1)中，本发明的控制系统通过将第一温度检测装置15设置于空气反应器1内，检测空气反应器1内的温度；通过设置第一流量阀13、第二流量阀11，以使进入换热箱体7中的烟气量和通过布风板14进入空气反应器1底部的空气量能够根据需要调节开度；通过设置控制器12，以便根据第一温度检测装置15的温度控制第一流量阀13、第二流量阀11的开度，进而调节两部分气体的配风比。在保证载氧体充分氧化的条件下，通过调整控制器12来调节流量阀13、11的开度，使两部分气体达到最佳配比，既尽可能的使换热管道8中的低温水吸收尽可能多的热量，同时空气反应器1内的还原态载氧体又能达到最佳反应温度，最大程度减少载氧体的烧结。当空气反应器1内的温度高于预设值(最佳反应温度)，控制器12向第一流量阀13、第二流量阀11发出指令，使第二流量阀11的开度变大，第一流量阀13的开度变小，使两部分气体配比(即空气反应器1底部布风板14进入的空气和二次风进口16进入的烟气配比)达到预设值(最佳配风比)，此时空气反应器1内的温度降低达到预设值；同时，由于第二流量阀11开度变大，进入换热箱体7内的烟气流量变大，换热管道8内的水温度升高，减少了载氧体氧化再生中的烧结，尽可能的利用了烟气余热。当空气反应器1内的温度低于预设值，控制器12向第一流量阀13、第二流量阀11发出指令，使第二流量阀11的开度变小，第一流量阀13的开度变大，使两部分气体配比与空气反应器1的温度同时达到预设值，此时，由于第二流量阀11开度变小，进入换热箱体7的烟气流量变小，换热管道8中的水温度降低，减少了载氧体氧化再生中的烧结，尽可能的利用了烟气余热。
如图1所示，在本发明中，换热箱体7通过引风机6与旋风分离器3顶部的扩口排气管4相连通。引风机6是一种从动的流体机械，其依靠电动机输入的机械能来提高烟气压力并将烟气进行排送。本发明通过在换热箱体7与旋风分离器3之间连通有引风机6，以使烟气在换热箱体7的流速加快，提高换热箱体7中的烟气与换热管道8中冷却水的热交换效率，使本发明提供的化学链燃烧烟气余热回收系统的余热资源回收效率提高。
本发明中，空气反应器1的温度为800℃-1050℃，所属空气反应器1为流化床反应器；所述旋风分离器3扩口排气管4出来的烟气温度为750℃-1000℃，所述换热箱体7输出端出来的烟气温度为450℃-600℃；所述换热管道8输出端温度为90℃-250℃。
从以上的描述中，可以看出，与现有化学链燃烧技术对比，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明提供的化学链燃烧余热回收系统，通过将空气反应器排放的烟气通过换热箱体，使换热箱体中的烟气与换热管道中的水进行热交换，对气化剂进行预加热，从而实现热量的循环利用；通过设置控制系统，使从空气反应器底部进入的空气与从二次风进口进入的烟气配比达到最佳，既能最大限度的减少还原态金属载氧体的烧结性，也使换热管道中的流体与烟气进行最大可能的热交换，避免烟气余热资源的损失，能有效促进环境与经济的协调发展。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。