[发明专利]一种固体燃料分级氧化的化学链燃烧装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体燃料分级氧化的化学链燃烧的装置及方法，具体为实现固体燃料分级氧化，提高燃烧效率，达到燃烧过程中分离二氧化碳的化学链燃烧装置及方法。

背景技术

化学链燃烧是一种新型燃烧技术，燃料不直接与空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化-还原反应，实现氧的转移，完成燃料化学能的转化过程，其原理是：使用金属氧化物作为载氧体，还原态的金属载氧体首先在空气反应器内和空气接触进行氧化反应，生成氧化态的金属载氧体，将空气中的氧置换出来，然后氧化态的金属载氧体进入燃料反应器，和气体燃料接触，进行还原反应，将氧化态的金属载氧体中氧置换出来，燃料反应器的气体产物为二氧化碳和水蒸气，冷凝后剔除水蒸气得到纯净的二氧化碳；还原后的金属载氧体返回到空气反应器，和空气进行氧化反应，生成氧化态的金属载氧体，完成载氧体的再生。

在气体燃料化学链燃烧过程中，燃料反应器内气体燃料的转化效率受到载氧体的反应活性的制约，载氧体的反应活性越低，燃料反应器出口气体中未完全氧化的可燃气体浓度越高；另一方面，在化学链燃烧过程中金属载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化-还原反应，会导致金属载氧体颗粒表面发生烧结，在其颗粒表面形成致密的表层，载氧体的反应活性降低，从而使得燃料反应器出口烟气中含有较多的未完全氧化的可燃气体，导致化学链燃烧效率降低。

在固体燃料化学链燃烧过程中，燃料反应器内固体燃料首先和气化介质进行气化反应，生成气体燃料，然后气体燃料还原金属氧化物载氧体，生成二氧化碳和水蒸气；和金属氧化物载氧体的还原过程相比，固体燃料的气化反应慢，是整个固体燃料化学链燃烧的速率控制环节，会有较多的细微焦炭颗粒未完全气化，直接被气流携带离开燃料反应器，导致固体燃料化学链燃烧效率降低。

因此，如何提高燃料反应器内气体燃料的氧化效率，减少细微焦炭颗粒被气流携带出去，是实现固体燃料化学链燃烧过程的关键，其技术有着广泛的社会效益和工业应用前景。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种提高燃料反应器内气体燃料的氧化效率，以及减少细微焦炭颗粒被气流携带出去的固体燃料化学链燃烧的装置及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种固体燃料分级氧化的化学链燃烧装置，包括气化反应器、空气反应器和燃料反应器依次相互连接形成的循环反应装置。

进一步的，在本发明中，所述气化反应器的顶部设有气体出口，所述燃料反应器的底部设有气体进口，所述燃料反应器的底部还设有布风板，所述布风板上设有若干风帽，所述气体出口和所述气体进口通过所述布风板相连通。

进一步的，在本发明中，所述空气反应器通过空气旋风分离器与所述燃料反应器连接；

设置于所述空气反应器上部的空气反应器排气管与所述空气旋风分离器的上部进料口相连通，所述空气旋风分离器的下部出料口通过料腿与所述燃料反应器的顶部相连通，所述料腿伸入所述燃料反应器内部的中间或下部区域。

进一步的，在本发明中，所述燃料反应器通过燃料旋风分离器与所述气化反应器连接；

设置于所述燃料反应器3上部的燃料反应器排气管与所述燃料旋风分离器的上部进料口相连通，所述燃料旋风分离器的下部出料口连接所述气化反应器的下部。

进一步的，在本发明中，所述燃料旋风分离器的下部出料口经返料器与所述气化反应器的下部相连通。

进一步的，在本发明中，所述气化反应器的中部或下部通过隔离器与所述空气反应器的下部相连通。

一种固体燃料分级氧化的化学链燃烧装置的方法，固体燃料进入所述气化反应器中，通过载氧体在所述空气反应器、燃料反应器和气化反应器之间交替循环地进行氧化－还原反应，所述载氧体包括氧化态载氧体颗粒、贫氧化态载氧体颗粒和还原态载氧体颗粒；具体方法包括以下步骤：

1)气化-氧化反应：所述固体燃料进入所述气化反应器内进行气化反应，生成的气体燃料在所述气化反应器内与来自所述燃料反应器的贫氧化态载氧体颗粒进行氧化反应，生成弱还原性气体和还原态载氧体颗粒，所述弱还原性气体向上流出所述气化反应器，通过所述布风板的风帽进入所述燃料反应器，所述还原态载氧体颗粒进入所述空气反应器；