[發明專利]一種并行流化床化學鏈燃燒系統

有效

• 申請號: 201010216899.2
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101865458A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 董長青;李君;楊勇平;蔣景周;張俊姣
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F23C10/04
• 分類號: F23C10/04;F23C10/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于燃料的清潔燃燒和高效利用技術領域，特別涉及一種并行流化床化學鏈燃燒系統。

背景技術

化學鏈燃燒(CLC)是一種新的無火焰燃燒技術，在使用含碳氣體燃料時，燃燒產物僅包含CO₂和H₂O，只需經過簡單的冷凝就能得到高純度的CO₂，從而以較低的能源消耗實現CO₂的分離。該技術具有非常高的能源利用效率，具有廣闊的發展前景。化學鏈燃燒系統包括2個反應器，即燃料反應器和空氣反應器。金屬氧化物作為氧載體在兩個反應器中循環，實現氧和能量的轉移。對于化學鏈燃燒系統，關鍵的問題就是如何選取反應器的類型。一個合適的CLC反應器，需滿足下述主要的條件：(1)能夠在燃料反應器與空氣反應器間運載足夠的載氧體；(2)能阻止兩個反應器間氣體發生交換；(3)可為反應提供足夠的反應時間。

目前，國內外大多采用的是基于串行流化床反應器化學鏈燃燒系統。在串行流化床反應器結構中，氣流床是空氣反應器，空氣將載氧體顆粒攜帶到旋風分離器，在分離器中顆粒與失掉了部分氧氣的空氣分離后進入燃料反應器，載氧體顆粒從燃料反應器出來后經過又一個顆粒密封裝置回到空氣反應器。雖然這種反應器有較高的燃氣轉化效率，但受其結構和工作原理限制，載氧體的傳遞量有限，實現大型化運行仍然任重道遠。而一種良好的化學鏈燃燒反應器不僅僅能符合前述化學鏈反應器的基本運行要求，還應該能夠考慮其運行操作是否簡捷易行，以及是否容易實現規模的放大。同時，化學鏈燃燒分離CO₂技術的大型化、工業化應用將帶來更多經濟和社會價值。

發明內容

本發明的目的在于克服現有化學鏈燃燒技術中存在的缺點，尋求設計一種能滿足上述條件的一個化學鏈燃燒反應裝置，使得足夠的物料量在兩個反應器之間有效的循環，以實現可燃氣體同載氧體之間的置換反應，達到燃料的高效清潔利用的目的。

一種并行流化床化學鏈燃燒系統，該系統包括并行流化床筒體，其特征在于：所述并行流化床筒體內經隔板分成兩個腔體，一個腔體為燃料反應器，另一個腔體為空氣反應器，所述隔板上開有a孔和b孔，物料穿過所述隔板上的a孔和b孔進行物質和能量的交換；

燃料反應器上部設置氣固出口用于與其氣固分離器相連，下部設置布風板和風室，燃料反應器的風室上設置燃氣入口；

空氣反應器上部設置氣固出口用于與其氣固分離器相連，下部設置布風板和風室，空氣反應器的風室上設置空氣入口。

燃料反應器和空氣反應器為方形或圓形等形狀。

空氣反應器上的布風板為傾斜設置，以方便物料進入燃料反應器。

空氣反應器上的布風板與水平方向成角用θ表示，角度范圍為：0≤θ＜90°，優選30≤θ≤60°，其中θ＝45°時效果最佳。

燃料反應器上的布風板為水平布置。

a孔中心與b孔中心均位于隔板的豎直中心線上。

a孔設置于隔板下部，b孔設置于隔板中下部，位于a孔上側。

燃料反應器的布風板上設置排渣管。

運行時空氣反應器和燃料反應器均為流化狀態，來自空氣反應器的空氣將物料流化以后，物料沿著空氣反應器的布風板經隔板上的a孔流動至燃料反應器，與來自燃料反應器的燃氣反應后，在料層位差的重力的作用下，燃料反應器內的物料經隔板上的b孔從燃料反應器返送回空氣反應器。

本發明并行流化床化學鏈燃燒系統的空氣反應器和燃料反應器采用并行連接，物料穿過隔板進行物質和能量交換。本發明提出的并行流化床化學鏈燃燒裝置對載氧體的要求降低，從而可以進一步解決化學鏈燃燒系統中載氧體交換量不夠，以及載氧體顆粒的攜氧量和攜熱量不足等問題。

本發明與現有技術相比創新點和優點在于：1)打破了較為傳統的化學鏈燃燒裝置串行流化床設計思路，采用并行流化床概念；2)采用隔板將空氣反應器和燃料反應器分割，載氧體僅通過隔板在兩個反應器之間傳遞，由于傳遞距離和傳遞阻力的減小，能夠保證載氧體的傳遞量；3)傾斜布置的布風板結構進一步使得載氧體顆粒從空氣反應器到燃料反應器的過程更加容易實現；4)通過實驗表明，燃料反應器在800℃時，通過控制兩個反應器的氣速操作條件，燃料反應器氣體向空氣反應器內流動的氣體體積分數在5～10％之內，且燃氣的轉化率可高達95％；5)綜合上述運行特性，使得并行流化床化學鏈燃燒反應器的規模容易放大運行。

附圖說明

圖1是并行流化床化學鏈燃燒系統示意圖；

圖2是并行流化床化學鏈燃燒系統的隔板示意圖；