[实用新型]一种可变循环流化床化学链燃烧装置

说明书

技术领域

本实用新型属于能源清洁能源和高效利用领域，涉及一种可变循环流化床化学链燃烧装置，适用于天然气(主要成分为甲烷)，煤气化合成气(主要成分为H₂和CO混合气)等气体燃料，煤、生物质、石油焦、污泥等固体燃料和各种氧载体的化学链燃烧技术。

背景技术

化学链燃烧(chemical looping combustion，简称CLC)具有CO₂高效低能耗回收、化学能梯级利用、抑制NO_x生成和近零排放等优点，是解决能源高效利用与环境友好的重要技术之一。CLC系统由空气反应器和燃料反应器组成，通过循环利用的氧载体(一般为过渡金属氧化物)，在燃料反应器中释放活性晶格氧和在空气反应器中恢复活性晶格氧，将传统的燃料与空气直接接触反应的剧烈燃烧反应分解为两个相对较温和的氧化还原过程。可避免燃料氧化产生CO₂与其他难分离组分(如空气燃烧中的N₂)混合，燃烧反应器出口尾气仅含有CO₂和水蒸气，水蒸气只需要通过简单的冷凝即可分离高纯度CO₂，从而实现高效低能耗内分离CO₂和能量的梯级利用，提高能源转化效率。由于反应温度较低，通常在1000℃左右，并且燃料反应器中气氛不含N₂，所以不会有快速型和热力型NO_X生成。

实用新型内容

本文的实用新型目的在于提供一种可变循环流化床化学链燃烧装置，该装置可以保证燃料(特别是固体燃料如煤粉)燃烧充分和高浓度CO₂富集，提高能量循环利用效率。

本实用新型提供的一种可变循环流化床化学链燃烧装置，其特征在于，该装置包括串联的第一、第二流化床，第一流化床包括空气反应器，第一旋风分离器，第一流动密封阀，第一立管，以及第一、第二返料斜管；第二流化床包括燃烧反应器，第二、第三旋风分离器，第二流动密封阀，第二立管，以及第三、第四返料斜管；

空气反应器下端为湍动床或者鼓泡床，作为扩大段，空气反应器上端为快速床；第一旋风分离器的入口端与空气反应器上端的出口连接，旋风分离器的物料出口端与第一流动密封阀的进料室入口通过第一立管相连，第一返料斜管的一端与燃烧反应器下端相连，另一端与第一流动密封阀的第一返料室出口连接；

燃烧反应器下端为湍动床或者鼓泡床，同样作为扩大段，燃烧反应器上端为快速床；第二旋风分离器的入口端与燃烧反应器上端的出口连接，第二旋风分离器的物料出口端与第二流动密封阀的进料室入口通过第二立管相连，第三返料斜管的一端与空气反应器下端相连，另一端与第二流动密封阀的第一返料室出口连接；

第一流动密封阀的第二返料室出口与空气反应器下端连接，第二流动密封阀的第二返料室出口与燃烧反应器下端连接；

第一旋风分离器的气体出口与第一换热器相连；第二旋风分离器的气体出口通过管路与第三旋风分离器的入口连接。

本实用新型中空气反应器和燃烧反应器中的扩大段为湍动流化床或者鼓泡床，流化介质分别为空气和水蒸气(或者水蒸气和烟气的混合气)，操作温度为常温～1000℃，操作压力为常压。本实用新型中两个反应器均采用双流化床(即湍动流化床和快速床)的组合形式。这种结构能量转化率更高，CO₂分离更纯，热量传递利用效率更高。这种结构既保证了氧载体的停留时间使其充分反应，强化传热传质过程，也保证了循环流化床中氧载体的颗粒循环速率；操作简单并可控调节范围广，控制反应器和流动密封阀的流化气速即可控制氧载体的循环流量，使得有充足的氧载体与煤粉的气化产物反应，保证煤粉燃烧充分和高浓度CO₂(用于煤直接化学链燃烧时)；尾部烟气的能量回收，用于水蒸气的产生，提高能量循环利用效率。由于将通常燃料与空气的一步氧化还原过程分为相对温和的氧化和还原两个过程，提高能源利用效率。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型一种具有高效低能耗捕集再利用CO₂的煤直接化学链燃烧装置，主体采用双循环流化床串联配置，通过两个反应器和双向流动密封阀控制氧载体的循环速率。