[發明專利]化學鏈燃燒煙氣余熱利用裝置

在審

• 申請號: 201711062970.4
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107893992A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 金晶;李煥龍;翟中媛;趙冰;張建超;程潛;林黎明;杭伊煊;劉中毅;張瑞璞;朱以周;李偉;馮亮
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: F23C13/00
• 分類號: F23C13/00;F23L15/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根,王晶

技術領域

本發明為化學鏈燃燒過程中煙氣余熱利用裝置及方法，具體為實現高溫煙氣加熱氣化劑，再將降溫后的煙氣通入空氣反應器，達到降低熱損及減少載氧體顆粒表面燒結的裝置。

背景技術

化學鏈燃燒是一種新型燃燒技術，燃料不直接與空氣接觸燃燒，而是通過載氧體在空氣反應器和燃料反應器之間的交替氧化-還原反應，實現氧的轉移，完成燃料化學能的轉化過程。

其原理是：使用金屬氧化物作為載氧體，還原態的金屬載氧體首先在空氣反應器中和空氣接觸進行氧化反應，生成氧化態的金屬載氧體，將空氣中的氧置換出來，然后氧化態的金屬載氧體進入燃料反應器，和氣體燃料接觸，進行還原反應，將氧化態的金屬載氧體中氧置換出來，燃料反應器的氣體產物為CO₂和H₂O，冷凝后剔除水蒸氣得到純凈的CO₂；還原后的金屬載氧體返回空氣反應器，和空氣進行氧化反應，生成氧化態的金屬載氧體，完成載氧體的再生。

空氣反應器內的氧化反應是強烈的放熱反應，比燃料反應器的溫度更高，因而煙氣溫度較高，排氣熱損大。此外，生成的氧化態金屬氧化物載氧體顆粒溫度也很高，會導致載氧體顆粒表面燒結，在其顆粒表面形成致密的表層，使載氧體的反應活性降低甚至失活。因此，如何實現排煙余熱利用，在氧化再生過程中減少載氧體顆粒表面燒結，是實現固體燃燒化學鏈燃燒過程的關鍵之一，其技術有著廣泛的社會效益和工業應用前景。

發明內容

本發明目的是為了克服現有技術中存在的不足，而提供一種降低排煙熱損及減少載氧體氧化再生過程中發生燒結的裝置。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種化學鏈燃燒煙氣余熱利用裝置，由載氧體氧化再生系統、換熱系統及控制系統組成，所述載氧體載氧體再生系統包括空氣反應器和旋風分離器；所述換熱系統由換熱管道、換熱箱體組成；所述空氣反應器底部的布風板與外部的空氣管道連通，使載氧體氧化再生所需要的一部分空氣從空氣反應器的底部布風板送入空氣反應器內；所述空氣反應器上部的空氣反應器排氣管與所述旋風分離器的上部進料口相連通，所述旋風分離器頂部的擴口排氣管出口與所述引風機的輸入端相連通，所述引風機的輸出端與所述換熱箱體的輸入端連接，所述換熱管道設置于所述換熱箱體內部，所述換熱管道的輸出端與氣化反應器連接，換熱箱體的輸出端與空氣反應器的二次風進口連通，使載氧體氧化再生所需要的另一部分空氣由換熱箱體輸出端出來的煙氣作為二次風，從空氣反應器中部或下部區域的二次風進口送入空氣反應器。

所述控制系統由第一溫度檢測裝置、第一流量閥、第二流量閥和控制器組成，所述第一溫度檢測裝置設置于所述空氣反應器內，位于中部或下部二次風進口的上部，用于測定所述空氣反應器內的反應溫度，所述第一流量閥設置于空氣管道上，用于控制所述空氣反應器底部布風板進入的一次風流量；所述第二溫度檢測裝置設置于所述氣化反應器入口端，用于檢測所述換熱管道出口的流體溫度；所述第二流量閥設置于所述換熱箱體和所述空氣反應器之間；所述第一溫度檢測裝置、第一流量閥、第二流量閥均與所述控制器連接，所述控制器用于根據所述第一溫度檢測裝置的溫度調節所述第一流量閥和第二流量閥的開度。

所述第一溫度監測裝置和第二溫度檢測裝置均為熱電偶溫度檢測裝置。

所述化學鏈燃燒煙氣余熱利用裝置用于煙氣和水的換熱和還原態金屬載氧體的氧化再生，所述煙氣和水的換熱：還原態的載氧體與空氣發生氧化反應后，空氣從所述空氣反應器尾部進入所述旋風分離器，從所述旋風分離器上部的擴口排氣管排出，通過所述引風機，進入所述換熱箱體中，與所述換熱管道中的低溫水發生換熱反應，冷卻后的煙氣從所述換熱箱體的輸出端出來，通過所述第二流量閥，進入所述空氣反應器中部或下部區域的二次風進口，完成煙氣的循環，而所述換熱管道中的水經過與煙氣的換熱后進入所述氣化反應器進一步氣化；所述還原態金屬載氧體的氧化再生：首先還原態的金屬載氧體顆粒進入所述空氣反應器，和空氣在空氣反應器內進行分級氧化反應，控制氧化反應速度，防止金屬載氧體顆粒溫度顆粒急劇升高，抑制金屬載氧體顆粒表面發生燒結，氧化反應生成的氧化態金屬載氧體被氣流攜帶進入所述旋風分離器，經分離后從所述旋風分離器下部的料腿排出，完成載氧體氧化再生的過程。

所述空氣反應器的溫度為800℃-1050℃，所述空氣反應器為流化床反應器；所述旋風分離器的擴口排氣管出來的煙氣溫度為750℃-1000℃，所述換熱箱體輸出端出來的煙氣溫度為450℃-600℃；所述換熱管道輸出端出來的水溫度為90℃-250℃。

本發明的有益效果是：