[发明专利]一种并行流化床化学链燃烧系统

说明书

技术领域

本发明属于燃料的清洁燃烧和高效利用技术领域，特别涉及一种并行流化床化学链燃烧系统。

背景技术

化学链燃烧(CLC)是一种新的无火焰燃烧技术，在使用含碳气体燃料时，燃烧产物仅包含CO₂和H₂O，只需经过简单的冷凝就能得到高纯度的CO₂，从而以较低的能源消耗实现CO₂的分离。该技术具有非常高的能源利用效率，具有广阔的发展前景。化学链燃烧系统包括2个反应器，即燃料反应器和空气反应器。金属氧化物作为氧载体在两个反应器中循环，实现氧和能量的转移。对于化学链燃烧系统，关键的问题就是如何选取反应器的类型。一个合适的CLC反应器，需满足下述主要的条件：(1)能够在燃料反应器与空气反应器间运载足够的载氧体；(2)能阻止两个反应器间气体发生交换；(3)可为反应提供足够的反应时间。

目前，国内外大多采用的是基于串行流化床反应器化学链燃烧系统。在串行流化床反应器结构中，气流床是空气反应器，空气将载氧体颗粒携带到旋风分离器，在分离器中颗粒与失掉了部分氧气的空气分离后进入燃料反应器，载氧体颗粒从燃料反应器出来后经过又一个颗粒密封装置回到空气反应器。虽然这种反应器有较高的燃气转化效率，但受其结构和工作原理限制，载氧体的传递量有限，实现大型化运行仍然任重道远。而一种良好的化学链燃烧反应器不仅仅能符合前述化学链反应器的基本运行要求，还应该能够考虑其运行操作是否简捷易行，以及是否容易实现规模的放大。同时，化学链燃烧分离CO₂技术的大型化、工业化应用将带来更多经济和社会价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有化学链燃烧技术中存在的缺点，寻求设计一种能满足上述条件的一个化学链燃烧反应装置，使得足够的物料量在两个反应器之间有效的循环，以实现可燃气体同载氧体之间的置换反应，达到燃料的高效清洁利用的目的。

一种并行流化床化学链燃烧系统，该系统包括并行流化床筒体，其特征在于：所述并行流化床筒体内经隔板分成两个腔体，一个腔体为燃料反应器，另一个腔体为空气反应器，所述隔板上开有a孔和b孔，物料穿过所述隔板上的a孔和b孔进行物质和能量的交换；

燃料反应器上部设置气固出口用于与其气固分离器相连，下部设置布风板和风室，燃料反应器的风室上设置燃气入口；

空气反应器上部设置气固出口用于与其气固分离器相连，下部设置布风板和风室，空气反应器的风室上设置空气入口。

燃料反应器和空气反应器为方形或圆形等形状。

空气反应器上的布风板为倾斜设置，以方便物料进入燃料反应器。

空气反应器上的布风板与水平方向成角用θ表示，角度范围为：0≤θ＜90°，优选30≤θ≤60°，其中θ＝45°时效果最佳。

燃料反应器上的布风板为水平布置。

a孔中心与b孔中心均位于隔板的竖直中心线上。

a孔设置于隔板下部，b孔设置于隔板中下部，位于a孔上侧。

燃料反应器的布风板上设置排渣管。

运行时空气反应器和燃料反应器均为流化状态，来自空气反应器的空气将物料流化以后，物料沿着空气反应器的布风板经隔板上的a孔流动至燃料反应器，与来自燃料反应器的燃气反应后，在料层位差的重力的作用下，燃料反应器内的物料经隔板上的b孔从燃料反应器返送回空气反应器。

本发明并行流化床化学链燃烧系统的空气反应器和燃料反应器采用并行连接，物料穿过隔板进行物质和能量交换。本发明提出的并行流化床化学链燃烧装置对载氧体的要求降低，从而可以进一步解决化学链燃烧系统中载氧体交换量不够，以及载氧体颗粒的携氧量和携热量不足等问题。

本发明与现有技术相比创新点和优点在于：1)打破了较为传统的化学链燃烧装置串行流化床设计思路，采用并行流化床概念；2)采用隔板将空气反应器和燃料反应器分割，载氧体仅通过隔板在两个反应器之间传递，由于传递距离和传递阻力的减小，能够保证载氧体的传递量；3)倾斜布置的布风板结构进一步使得载氧体颗粒从空气反应器到燃料反应器的过程更加容易实现；4)通过实验表明，燃料反应器在800℃时，通过控制两个反应器的气速操作条件，燃料反应器气体向空气反应器内流动的气体体积分数在5～10％之内，且燃气的转化率可高达95％；5)综合上述运行特性，使得并行流化床化学链燃烧反应器的规模容易放大运行。

附图说明

图1是并行流化床化学链燃烧系统示意图；

图2是并行流化床化学链燃烧系统的隔板示意图；