[實用新型]一種基于三床結構燃料反應器的固體燃料化學鏈燃燒系統

有效

• 申請號: 201220115027.1
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN202546743U
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 董長青;梁志永;覃吳;胡笑穎;肖顯斌;高攀
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F23C10/10
• 分類號: F23C10/10;F23C10/18;C10J3/54;C10J3/56;C10J3/72;C10J3/84
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本實用新型屬于化學鏈燃燒技術領域，具體涉及一種基于燃料反應器為三床結構的固體燃料化學鏈燃燒系統。

背景技術

全球變暖、氣候異常已引起世界各國的廣泛關注，大量研究表明這與人類長期以來大量地排放溫室氣體，致使大氣層中溫室氣體含量過高有著直接的關系。溫室氣體的擴散以及大氣流動，使氣候異常和由此引發的災害無國界，因此，解決溫室氣體排放已成為全人類共同的問題。1992年6月聯合國氣候變化框架公約確定了穩定溫室氣體濃度的長期目標及人類應對氣候變化的基本原則。從1997年12月制定的《京都議定書》到2007年12月巴厘會議制定的“巴厘路線圖”，均將六種主要的溫室氣體：CO₂、CH₄、N₂O、NFCs、PFCs、SF₆列為了減排目標。其中以CO₂(貢獻大約是66％)減排為主。根據共同而有區別的原則，要求發達國家為應對全球氣候變暖承擔更多的歷史責任，中國也積極應對氣候變化問題。

在今后幾十年內，我國經濟發展所需的能源主要還是化石燃料，實現CO₂減排就十分重要。在眾多減排方法中，化學鏈燃燒技術是一項有著巨大優勢的方法。它是一種無火焰燃燒方式，可以避免燃料與空氣的直接接觸，其原理是利用金屬氧化物等作載氧體與燃料進行兩步化學反應來代替傳統的一步反應，即可以防止NO_x生成，又可以富集CO₂。過程中既沒有高能耗的設備，也不需要附加的能耗，同時滿足節能與減排的要求，因此對于高效的化學鏈燃燒系統的研究就更為重要。

化學鏈燃燒系統主要包括兩個反應器，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。一個高效的化學鏈燃燒系統至少要滿足下述三個主要條件：(1)在空氣反應器和燃料反應器間運載足夠的載氧體；(2)能夠提供足夠的反應時間；(3)能夠阻止兩個反應器之間的氣體混合。目前，國內外大多采用的是串行流化床反應器化學鏈燃燒系統，以及少部分的并行流化床反應系統。雖然這種反應器對于氣體燃料有較高的轉化效率，但在固體燃料化學鏈燃燒系統中，受其結構和工作原理的限制，都不能有效地解決固體燃料在化學鏈燃燒中存在的問題。其一，固體燃料與載氧體的接觸時間不足，導致固體燃料燃燒不充分；其二，固體燃料燃燒后的灰分與載氧體分離困難，導致載氧體循環使用效率低。因此，固體燃料化學鏈燃燒系統的大型化需要更加有效反應器。

實用新型內容

本實用新型的目的在于簡化固體化學鏈燃燒系統的結構，提高固體燃料化學鏈燃燒效率和載氧體分離效率，提供一種高效、清潔、經濟和可連續運行的基于燃料反應器為三床結構的固體燃料化學鏈燃燒系統。

本實用新型采用的技術方案是：

該系統包括燃料反應器、空氣反應器、第一氣固分離裝置、第二氣固分離裝置、物料循環控制裝置以及進料裝置。

所述燃料反應器的橫截面為方形，分為氣化床、主反應床和分離床三部分，氣化床和主反應床為上下布置結構，通過一個布風裝置相連；分離床與氣化床、主反應床之間為左右布置，之間通過隔板隔開，底部設置與主反應床連通的通道；氣化床的側面與進料裝置相連；氣化床的頂部與第一氣固分離裝置的下料管相連；主反應床內設有兩排交錯布置的角度可調式擋板，底部設有流化風口；分離床底部設有風室，側面設有載氧體出口，頂部設有煙氣和灰分出口，其中載氧體出口與物料循環控制裝置相連，煙氣和灰分出口與第二氣固分離裝置相連；空氣反應器為快速流化床結構，其側面的載氧體入口與物料循環裝置相連，頂部為載氧體口，與第一氣固分離裝置的入口相連。

所述布風裝置中間為氣體通道，兩側設有氣體和物料通道。

所述進料裝置的燃料出口位于布風裝置的上方。

所述第一氣固分離裝置的下料管出口位于布風裝置的上方，且低于進料裝置的燃料出口位置。

所述主反應床內的可調式擋板與水平面夾角為θ，其中：30°≤θ≤60°。

所述物料循環控制裝置為L閥或U閥。

所述氣化床內添加的載氧體為活性金屬氧化物，進料裝置送入的固體燃料為煤粉或生物質。

本實用新型與現有技術比較具有以下優點：

(1)采用燃料反應器三床設計方式，集氣化、化學鏈燃燒及載氧體分離與一體。在氣化床內實現固體燃料的預熱、氣化和部分氧化等過程；在主反應床中實現固體燃料的充分氣化和氧化反應過程；在分離床內實現灰分與載氧體的分離等過程。