[发明专利]一种内外循环耦合的煤基化学链燃烧分离二氧化碳的装置

说明书

技术领域

本发明涉及能源转化技术领域，具体来说，涉及一种内外循环耦合的煤基化学链燃烧分离二氧化碳的装置。 

技术背景

随着环境污染和生态破坏等问题的日益突出，减少化石能源开发利用过程中排放的大量二氧化碳已成为人们日益关注的焦点。目前传统的二氧化碳分离技术需要消耗大量能源，导致动力系统效率大幅降低（减小5%~15%）。因此，有必要开发一种低能耗分离二氧化碳的新型燃烧技术，化学链燃烧技术正是基于上述背景下提出的，是实现燃料清洁、高效利用的重要组成部分，具有广阔的发展前景。化学链燃烧技术将传统的燃料与空气直接接触式的燃烧方式，转变为借助于固体载氧体的供氧作用分解为两个气固反应的无焰燃烧技术，煤燃烧产生的气体产物只有二氧化碳和水蒸气，通过简单的冷凝之后便实现了二氧化碳气体的富集。

反应器是成功实现化学链燃烧技术应用的关键构件之一。化学链燃烧系统主要由燃料反应器和空气反应器组成。如何实现燃料反应器中煤颗粒与载氧体颗粒之间的良好接触，煤灰与载氧体之间的高效分离，载氧体颗粒在两个反应器之间的良好循环以及避免两个反应器之间的气体窜混是当前煤基化学链燃料反应器设计和选型过程中面临的主要难题。目前国内外大多化学链燃烧系统燃料反应器运行方式为鼓泡流化床，其主要不足是燃料与载氧体接触差、载氧体利用效率低、煤燃烧效率和二氧化碳捕集率不高、反应器放大困难等。为了提高煤的燃烧效率和实现煤灰与载氧体的分离，现有装置通过在燃料反应器出口引入外循环回路达到此目的，该方法一方面需要额外的能量去推动载氧体在燃料反应器与外循环回路之间的循环，同时在外循环回路上需要额外布置颗粒密封阀以调节载氧体颗粒的循环，由此带来的工艺过程非常繁琐且系统操作复杂程度增加；另一方面整个系统占地面积较大、建造和运行成本相应提高，不利于反应器系统的放大和大型化。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种内外循环耦合的煤基化学链燃烧分离二氧化碳的装置，该装置可解决现有煤基化学链燃料反应器系统中存在的不足，提高煤的燃烧效率和二氧化碳捕集率，实现煤灰与载氧体的高效分离。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种内外循环耦合的煤基化学链燃烧分离二氧化碳的装置，该装置包括燃料反应器组件、待生返料组件、再生返料组件和空气反应器；所述的燃料反应器组件包括混合室、提升管、沉降室、气固分离器、卷吸孔、排渣管和螺旋给料器，混合室的侧面与螺旋给料器的出料口相连，混合室的底端与排渣管相连，混合室上端与提升管的底端相连，提升管的顶端与气固分离器相连，沉降室的底端固定连接在提升管的外壁上，沉降室位于提升管的上部，沉降室与提升管同轴，提升管的壁面上设有卷吸孔，气固分离器和卷吸孔均位于沉降室内；所述的待生返料组件包括待生返料斜管和连接在待生返料斜管中的待生返料阀，所述的再生返料组件包括再生返料斜管和连接在再生返料斜管中的再生返料阀，待生返料斜管的一端与沉降室相连，待生返料斜管的另一端与空气反应器的上部相连，空气反应器的下部与再生返料斜管的一端相连，再生返料斜管的另一端与混合室相连；空气反应器的底端与空气反应器排渣管相连；所述的混合室的下端、沉降室的下端以及空气反应器的下端均布置风室和布风板。

进一步，所述的卷吸孔靠近沉降室的底端。

进一步，所述的混合室的横截面直径大于提升管的直径，沉降室为上粗下细的锥形体。

进一步，所述的待生返料斜管与空气反应器之间的夹角、再生返料斜管与混合室之间的夹角均为45°~60°。

进一步，所述的卷吸孔以提升管中心轴为中心，呈圆环阵列对称式布置。

进一步，所述的气固分离器为斗笠型惯性分离器。

进一步，所述的待生返料阀和再生返料阀均为U型阀。

进一步，所述的混合室为湍流流化床；所述的提升管为快速流化床；所述的沉降室和空气反应器均为鼓泡流化床。

进一步，所述的燃料反应器混合室、提升管和沉降室运行温度为900~1000℃；所述的空气反应器的运行温度在950~1050℃。

进一步，所述的提升管、气固分离器、沉降室和卷吸孔形成的载氧体颗粒循环构成了整个系统的内循环回路；所述的混合室、提升管、沉降室、待生返料组件、空气反应器和再生返料组件形成的载氧体颗粒循环构成了整个系统的外循环回路。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：