[实用新型]一种耦合气化多床结构固体燃料化学链反应装置

说明书

技术领域

本实用新型属于化学链燃烧技术领域，特别涉及一种耦合气化多床结构固体燃料化学链反应装置。

背景技术

化学链燃烧(Chemical-Looping Combustion,CLC)技术是一种高效、经济、绿色的新型无焰燃烧技术，可以在不消耗额外的能量的情况下实现CO₂分离和捕集。它借助于载氧体将空气反应器中的氧传递到燃料反应器，从而避免了燃料与空气的直接接触。在燃料反应器中生成高浓度的二氧化碳和水蒸气，仅需将水蒸气凝结便可以得到高浓度CO₂。

反应器是化学链燃烧取得成功的关键。金属氧化物作为载氧体在两个反应器中循环，实现氧和能量的转移。一个性能优异的CLC反应器，需满足下述主要条件：(1)能够在燃料反应器与空气反应器间运载足够量的载氧体；(2)能避免两个反应器之间气体发生交换；(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的化学链燃烧系统。这种反应系统在气体燃料的化学链燃烧中具有较高的反应速率和较高的CO₂捕捉效率，但对于固体燃料化学链燃烧，由于受结构设计和工作原理的限制，导致能量的传递和载氧体的利用效率较低，因此需要进一步改进和优化反应器结构。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型提供了一种耦合气化多床结构固体燃料化学链反应装置，实现固体燃料直接化学链燃烧的高效、清洁应用。

一种耦合气化多床结构固体燃料化学链反应装置，该装置中空气反应器、一级气固分离装置、一级返料装置、气化反应器、提升管、主燃料反应器、快速输送床、二级气固分离装置和二级返料装置通过管路顺次相连；所述气化反应器上分别设置进料装置和蒸汽喷入装置；所述提升管、主燃料反应器、快速输送床、进料装置、蒸汽喷入装置和气化反应器组成燃料反应器系统；所述空气反应器和二级返料装置之间通过返料管相连。

所述空气反应器为圆柱型流化床，在出口加装一个气固分离装置，烟气进入后面的热能利用装置，分离出来的载氧体进入燃料反应器系统。

所述空气反应器的底部分别设置布风板和风室。

所述一级返料装置为U型阀或L阀。

所述二级返料装置为U型阀或L阀。

所述燃料反应器系统横截面为方形。

所述气化反应器、主燃料反应器和快速输送床的底部分别设置布风板和风室。

所述气化反应器、主燃料反应器和快速输送床的布风板上分别设置排渣管，灰渣从排渣管排出。

所述主燃料反应器底部设置倾斜的布风板，所述布风板与水平方向的夹角为30°～60°，偏向快速输送床。

所述主燃料反应器内壁上设置多个相对交错的角度可调的挡板，所述挡板与水平方向的夹角为20°～60°。

所述气化反应器底部通入预热的CO₂，从蒸汽喷入口喷入预热的水蒸汽，其路径类似于“W”型，同时从进料口输送入固体燃料，水蒸汽、固体燃料以及载氧体剧烈混合，发生反应。

所述气化反应器加入的固体燃料为煤或生物质。

所述主燃料反应器的反应产物经快速输送床送入二级气固分离装置，分离后得到的载氧体重新进入空气反应器，开始下一个循环。

本实用新型的有益效果为：

（1）采用燃料反应器三床设计方式，集燃料气化、燃烧、载氧体与煤灰分离于一体；

（2）主燃料反应器内布置可调节角度式挡板，可根据燃料的性质调节角度，以增加燃料与载氧体在反应器内的停留时间，并加强气流扰动，这些都将促使燃料进一步反应，提高固体燃料的转化效率；

（3）快速输送床使气流加速进入气固分离装置，飞灰和小颗粒物质随烟气进入受热面，分离下来的载氧体进入返料装置，然后送回空气反应器。大的灰渣从排渣孔排出。这种设计较好的解决了煤灰和载氧体分离问题。

附图说明

图1为本实用新型耦合气化多床结构固体燃料化学链反应装置结构示意图；

图中标号：1-空气反应器；2-一级气固分离装置；3-一级返料装置；4-提升管；5-主燃料反应器；6-快速输送床；7-二级气固分离装置；8-二级返料装置；9-返料管；10-进料装置；11-蒸汽喷入装置；12-气化反应器。

具体实施方式

本实用新型提供了一种耦合气化多床结构固体燃料化学链反应装置，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。