[發明專利]一種兩段式燃料反應器結構和工藝流程

無效

• 申請號: 201410030447.3
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103756733A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 熊杰;倪建軍;李鈺;曾天成
• 申請（專利權）人: 上海鍋爐廠有限公司
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;C10J3/54;C10J3/72
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種兩段式燃料反應器結構和工藝流程，屬于化學鏈燃燒技術領域。

背景技術

化學鏈燃燒(Chemical?looping?combustion)技術是一種具革命性的新型燃燒方式，它將傳統的一步燃燒反應分解為兩步分別在燃料反應器和空氣反應器中進行，通過中間循環氧載體(通常為金屬氧化物)將空氣中的氧提供給燃料。在傳統燃燒反應中，因為N₂的稀釋，煙氣中CO₂濃度僅13％左右，需要消耗大量的能量才能將其捕集；而在化學鏈燃燒過程中，燃料和空氣是隔離的，因此在燃料反應器中產生的煙氣不會被空氣中的N₂稀釋，其主要成分為CO₂和H₂O，經過簡單的冷凝就可以得到高純度的CO₂以便利用或封存。同時，它還能有效抑制其他污染物的產生，而且，因為能量的梯級利用，化學鏈燃燒方式可以提高系統的熱效率。因此，化學鏈燃燒技術是一種高效、清潔的燃燒方式，目前也是國內外研究的熱點方向。

在化學鏈燃燒過程中，燃料適應性強，氣體、液體、固體燃料均能適用。而針對不同燃料形式、氧載體類型的反應器設計一直是化學鏈技術研究領域的一項重要工作。2000年以前，化學鏈技術的相關研究主要集中在使用氣體燃料方面，2000年后，各國研究者才逐漸開發燃用固體燃料(主要是煤、石油焦等)的化學鏈系統。目前，針對燃用固體燃料的化學鏈燃燒技術，其工藝流程主要有三種類型：1)在化學鏈燃燒系統前先設置煤氣化系統，利用產生的煤氣作為化學鏈燃燒系統的氣體燃料；2)將固體燃料和氣化介質同時輸送到燃料反應器中，固體燃料被氣化的同時，產生的合成氣即將氧載體還原；3)選用特殊的氧載體類型(如Cu基、Mn基)，其在加熱后可以釋放出O₂分子，與固體燃料發生氣-固反應。其中，第一種工藝流程反應性能較好，且適應性強，但是氣化爐裝置的投資較大；而第二種工藝中，雖然投資成本可以降低，但是反應速率很低，對化學鏈燃燒系統的反應器設計提出了很高的要求。

另外，目前設計的用于燃用固體燃料的化學鏈燃燒反應器主要是串型流化床反應器(Interconnected?fluidized-bed)和雙循環流化床反應器(Dual?CFB)。串行流化床反應器形式類似于傳統的循環流化床，由一個快速床的空氣反應器和一個低速鼓泡床／湍流床的燃料反應器組成，兩個反應床之間用流動密封閥隔絕，然而簡單的低速鼓泡床／湍流床結構依然很難滿足顆粒長停留時間的需求；雙循環流化床反應器由兩個循環流化床系統串接而成，這給系統設計、運行控制都帶來了較大的困難，同時也會加大系統經濟投資。我國的能源結構是以煤為主，因此現在急需開發一套能適用于固體燃料的化學鏈燃燒裝置，能達到反應性能和經濟性能均優良的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對燃用固體燃料的化學鏈燃燒系統中燃料反應器內因為固體燃料氣化速率較低，造成氧載體的還原反應速率相應偏低的技術問題，尋求一種新型的燃料反應器結構和操作工藝流程，實現氧載體還原反應的高效進行。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種兩段式燃料反應器結構，其特征在于：包括燃料反應器腔體，燃料反應器腔體內有設有柵格網，柵格網將燃料反應器腔體分成下部的氣化區和上部的還原區；還原區上端設有排氣管道，排氣管道中設有三通，三通的其中一路引回到氣化區入氣口；氣化區內設有布風板，布風板上設有風帽，布風板下方為風室，排渣管穿過風室與氣化區下端連接；螺旋進料器與氣化區側壁面連接，還原區上端設有進料管，還原區側面設有出料管。

本發明還提供了一種兩段式燃料反應器結構的工藝流程，其特征在于：通過螺旋進料器將固體燃料勻速加入到氣化區內，氣化介質通過風室入口引入并從布風板上的風帽的氣孔中噴出，將氣化區內的固體燃料流化的同時氣化，形成富燃料氣氛；氧載體從進料管不斷流入到還原區；系統啟動時，氣化區內固體燃料氣化后產生的合成氣隨同從氣化區入口通入的CO₂氣體一起上升噴入到還原區內，并將還原區內的氧載體顆粒流化的同時還原，被還原的氧載體顆粒從出料管排出；系統穩定運行后，逐漸切換至煙氣循環方式，反應生成的煙氣中，部分煙氣直接循環回氣化區入口；此時氣化區內產生的合成氣隨同氣化區入口抽入的循環煙氣一起上升噴入到還原區內；氣化區下端的排渣管用于排渣。

優選地，從所述風室入口引入的氣化介質為氧氣和水蒸氣的混合氣體。

優選地，所述氣化區內固體燃料流化狀態為鼓泡床，所述氣化區內固體燃料流化并氣化的反應溫度為900～1300℃。