[发明专利]水平循环并行流化化学链燃烧装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水平循环并行流化化学链燃烧装置，属于气固流化床燃烧反应器领域。

背景技术

随着工业生产的发展和人们生活水平的提高，煤、石油、天然气等物质燃烧释放的CO₂越来越多，成为越来越严重的温室效应的主要原因之一。化学链燃烧(Chemical Looping Combustion，CLC)是一种新型的无火焰燃烧方式，打破了传统的火焰燃烧概念，开拓了回收CO₂的新途径。CLC燃烧技术的原理如图1所示，它是将传统的燃料与空气直接接触的燃烧反应借助于载氧剂(Oxygen Carrier，OC)的作用分解为2个气-固反应：一方面利用载氧剂分离空气中的氧，另一方面载氧剂将分离的氧传递给燃料，进行燃料的无火焰燃烧。这样，在空气反应器中实现O₂的分离，而燃料反应器中的产物只有CO₂和水蒸气，CO₂没有被空气中的N₂稀释，可以通过冷凝水蒸气的方法直接对CO₂进行回收利用，不需要额外的能量和常规的分离装置，从而提高了系统效率。另外，由于反应器温度相对较低，基本根除了热力型和快速型NO_x的产生。化学链燃烧技术就是洁净、高效的新一代燃烧技术，是解决能源与环境问题的创新性突破口。

目前，化学链燃烧技术的研究主要涉及载氧剂、反应器和化学链燃烧系统3个方面。2001年，Lyngfelt等人开发了一种用于化学链燃烧的串行流化床反应装置，该反应装置由两个相互联通的流化床组成：一个是高速提升管(空气反应器)，一个是低速鼓泡流化床(燃料反应器)。载氧剂在空气反应器内被氧化，经过旋风分离器被传递到燃料反应器，在燃料反应器内被还原，再通过回料阀被重新传到空气反应器。两个流化床反应器之间的气体泄漏问题通过固体颗粒回料阀来解决。不少学者在串行流化床化学链燃烧装置的基础上，开发了循环流化床反应装置，并设计了不同颗粒分离装置，以降低装置的系统阻力。尽管如此，目前开发的基于串行流化原理的CLC反应装置仍然存在系统结构复杂、造价昂贵、操作困难、两反应器的气体泄露问题无法根本解决等缺点。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术化学链燃烧装置所面临的系统结构复杂、运行操作困难、气体泄漏等问题，提供一种水平循环并行流化化学链燃烧装置。

水平循环并行流化化学链燃烧装置是基于传统的单区鼓泡流化床燃烧方法和装置，根据“并行流化、水平循环、强化燃烧、高效分离”的思路，通过在流化床中设置高低不同的隔墙，将一个较大截面的流化床分隔成两个柱塞区和两个独立的小流化床，其中一个为空气反应器，另一为燃料反应器。两个独立的流化床分别采用空气和CO₂作为流化介质进行并行且独立地流化，在每个独立流化的流化床中设置一定高度的隔板，通过载氧剂床面抛撒和溢流作用来调节和延长载氧剂在床内的停留时间。