[发明专利]煤和可燃固废循环流化床化学链燃烧分离CO2的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤和固体废弃物的循环流化床化学链燃烧的装置和方法，属于煤燃烧、固体废弃物的资源化利用和流化床燃烧技术领域。

背景技术

我国是目前世界上最大的二氧化碳排放国，来自环境保护和国际舆论的压力迫使我国必须寻找高效合理的CO₂减排手段。同时，我国也是世界上最大的废弃物产生国，固体废弃物产生量的逐年增长已对我国环境保护和生态平衡造成严重影响，其中，固体废弃物中的可燃部分占到我国固废总量的一半以上。现阶段由于技术和条件的限制，我国对可燃固废的综合利用率依然很低。利用化学链燃烧技术(CLC)处理可燃固体废弃物，既实现了固体废弃物的资源化利用，减少其对环境的污染，又可帮助缓解煤炭供需的压力，降低二氧化碳排放量，有利于促进我国多元化能源结构的形成，具有重要的经济、社会和环境效益。

现有的可燃固体废弃物大多以热化学处理（燃烧，气化和热解）方法转化为燃料，这些传统方法的燃烧产物成分复杂，CO₂不易分离。化学链燃烧(CLC)则是一种新颖的燃烧理念，其能量释放机理是无火焰化学反应，燃料不直接与空气接触燃烧，而是以载氧体在两个反应器(空气反应器和燃料反应器)之间的循环交替反应来实现燃料的燃烧过程。由载氧体首先与空气中的氧气发生氧化反应，然后在燃料反应器中与燃料进行还原反应生成二氧化碳和水，因此生成的二氧化碳易被分离。

目前在我国，不仅现有使用的固体废弃物处理技术及装备长期为国外所垄断，具有前瞻性的化学链燃烧(CLC)的核心技术和中试级别装置更是都掌握在国外研究机构的手中；当前国内已具备了自主研发能力，必须在较短的时间内弥补差距，研发出适合于我国国情、具有自主知识产权的固体废弃物化学链燃烧技术，避免重复走引进吸收的发展道路。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种煤和可燃固体废弃物循环流化床化学链燃烧分离CO₂的装置和方法，克服煤/可燃固体废弃物和载氧体的燃烧反应速率与载氧体载氧反应速率的匹配等问题，并设计一种煤和可燃固体废弃物循环流化床化学链燃烧分离CO₂方法，该方法能使二者反应速率相匹配，达到燃烧效率高、载氧体的载氧能力强、分离出的CO₂浓度高及CO₂最终捕集率高等效果。

技术方案：本发明提出了一种煤和可燃固体废弃物循环流化床化学链燃烧分离CO₂的装置和方法。煤和固体废弃物循环流化床化学链燃烧分离CO₂装置，主要包括燃烧反应系统、分离系统和载氧反应系统三大部分；燃烧反应系统为循环流化床燃料反应器；分离系统包括一级惯性分离器、一级惯性分离器出口、一级料腿、二级旋风分离器、二级旋风分离器出口和二级料腿；载氧反应系统包括错流移动床空气反应器、新鲜载氧体颗粒给料器、J形返料阀和失活载氧体颗粒排料器；

循环流化床燃料反应器上部通过弯头与一级惯性分离器连接，一级惯性分离器的下部接一级料腿，一级惯性分离器的顶部通过一级惯性分离器出口接二级旋风分离器的上部，二级旋风分离器的下部通过二级料腿接一级料腿的中部，一级料腿的下部出口位于错流移动床空气反应器中，错流移动床空气反应器的下部通过J形返料阀接循环流化床燃料反应器的下部，失活载氧体颗粒排料器、反应器气化剂（水蒸气）入口和反应器气化剂（CO₂）入口位于循环流化床燃料反应器的最底部；可燃固体废弃物入口，煤颗粒入口位于循环流化床燃料反应器的下部的壁上。

循环流化床上部通过120°角的弯头与一级惯性分离器上部相连；与一级惯性分离器连接的一级料腿的直径是循环流化床燃料反应器直径的两倍，而二级旋风分离器连接的二级料腿的直径则是循环流化床燃料反应器直径二分之一；错流移动床空气反应器中采用多孔板作为气体分布器，出口布置有截面为等边三角形的导流板。