CN101261010B - 双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气固流化床反应器领域，涉及一种双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置，适于燃用煤等固体燃料的化学链燃烧，鼓泡流化床的底部制有进气口和进料口，其内被两个分布板分为三个区域，低气速区域和高气速区域底部分别制有的分布板，两个区域中间设有变截面的过渡区域，实现低气速气化区域和高气速还原区域的气体流速不同；鼓泡流化床的上部与旋风分离器的上部管状连通，旋风分离器的顶部制有排气口与鼓泡流化床的进气口相通，下部通过料腿通入低气速气化区域，高气速还原区域底部通过返料装置与循环流化床相通；循环流化床的底部设有空气进口，上部与旋风分离器相通，具有造价低，操作灵便，热效率高，使用范围广泛等优点。
Description
技术领域：
本发明属于气固流化床反应器领域，涉及一种双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置，适于燃用煤等固体燃料的化学链燃烧装置。
背景技术：
目前，化学链燃烧是一种崭新的燃烧理念，这种燃烧状态的燃料不直接与空气接触燃烧，而是以载氧体在两个反应器之间的循环交替反应来实现燃料的燃烧过程，化学链燃烧方式相比于传统的与空气直接接触、有火焰、一步化学反应、燃烧温度高的燃烧方式，化学链燃烧实现了化学能梯级利用，具有更高的能量利用效率；更重要的是，化学链燃烧方式中燃料与空气不直接接触，燃烧产物不会被空气中的N2稀释而浓度极高，通过冷凝即可简单而低能耗地实现了CO2的分离和捕集；另外，由于空气反应器的运行温度相对较低，在空气反应器内几乎无热力型NOx和快速型NOx生成，而在燃料反应器内，由于不与O2接触，没有燃料型NOx产生。
相比之下，现有常规的固体燃料燃烧装置要实现化学链燃烧方式，必须为煤粉的气化单独增加一台气化炉，大大增加了投资费用，还需要额外热量消耗，操作也比较困难；对于一些改进了的装置将煤粉气化和载氧体的还原集成在一个装置内进行，尽管节省了一台气化炉的费用，而且也提高了热量利用率，使反应器达到自给热循环反应的效果，但仍然存在一些难以克服的缺点。所以探讨开发一种全新的化学链燃烧固体燃料的装置已成为本领域中正在努力的探究方向。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计一种将煤粉的气化和载氧体颗粒的还原放在一个反应器内进行反应燃烧，利用气速的变化使反应能够持续顺利的运行，使物料能够方便有效的循环使用，从而实现固体燃料同载氧体颗粒之间的置换反应，达到燃料化学能梯级利用和CO2分离捕集的结果。
为了实现上述目的，本发明装置主体结构包括变截面鼓泡流化床、循环流化床、倾斜射流管、第一旋风分离器、第二旋风分离器和返料装置；鼓泡流化床的底部制有进气口和进料口，鼓泡流化床内分为低气速气化区域、过渡区域和高气速还原区域，低气速气化区域和高气速还原区域底部分别制有的分布板，两个区域中间设有一变截面的过渡区域，实现低气速气化区域和高气速还原区域的气体流速不同；鼓泡流化床的上部高气速还原区域顶端与第二旋风分离器的上部管状连通，第二旋风分离器的顶部制有排气口，排气口与鼓泡流化床的进气口相通，第二旋风分离器的下部通过料腿通入低气速气化区域，高气速还原区域底部通过返料装置与循环流化床相通；循环流化床的底部设有空气进口，循环流化床的上部与第一旋风分离器相通，第一旋风分离器的下部通入高气速还原区域；鼓泡流化床的低气速气化区域内物料为煤粉颗粒，高气速还原区域内的物料为载氧体颗粒，循环流化床内的物料为被合成气还原后的载氧体颗粒；鼓泡流化床内的低气速气化区域和高气速还原区域两个区域内的工作温度为800～1100℃，高气速还原区域的温度高于低气速气化区域，循环流化床内工作温度处于900～1200℃。
本发明的变截面鼓泡流化床作为煤粉颗粒气化和载氧体颗粒被还原的共同区域，由低气速气化区域、倾斜射流管、过渡区域、分布板和高气速还原区域组成；低气速气化区域和高气速还原区域之间的过渡区域为变截面式平滑设计，过渡区域四周各制有倾斜射流管，按照由下向上的方向，过平滑过渡区域各点做切线与竖直方向的夹角的变化趋势是由0度变大再减小到0度，夹角最大为60度；气体流速的调节由过渡区域四周的倾斜射流管通过喷入二氧化碳完成；煤粉颗粒集中在低气速气化区域与水蒸气和二氧化碳气体进行气化反应生成氢气和一氧化碳：
C+H2O→CO+H2
C+CO2→2CO
其气化反应的气化合成气向上流动，由于过渡区域的通道截面积变小，高气速还原区域的内径小于低气速气化区域的内径，使气体流速增加；合成气向上流动，在高气速还原区域内与载氧体颗粒发生还原反应，还原后的载氧体颗粒通过返料装置进入循环流化床内再生；高气速还原区域内未燃尽的煤焦颗粒将被气流携带进入第一旋风分离器，分离后的煤焦颗粒返回低气速气化区域进一步反应气化。
本发明的燃烧时煤粉从鼓泡流化床的下部的进料口进入，与从进气口进入低气速气化区域内的水蒸气和二氧化碳进行气化反应，得到的气化合成气进入高气速还原区域内同载氧体颗粒反应将其还原，同时生成二氧化碳和水蒸气；被还原的载氧体颗粒通过返料装置返回到循环流化床，与从进气口进入的空气反应，实现载氧体颗粒的再生，再生后的颗粒通过旋风分离器进入高气速还原区域重新反应；高气速还原区域内的部分未燃尽的煤焦颗粒被气流携带进入旋风分离器，进行气固分离，分离下来的煤焦颗粒通过料腿返回低气速区域进一步反应，分离后的气体包含水蒸气和二氧化碳，从旋风分离器的排气口排出，抽取部分气体通过鼓泡流化床的进气口循环进入低气速区域内。
本发明与现有技术相比具有如下优点：一是与常规的煤基化学链燃烧装置相比，由于将煤粉气化和载氧体的还原集成在一个装置内进行，节省了一台气化炉的费用；二是煤粉气化和载氧体的还原集成在一个反应器内，再加上变截面的过渡部分和调节气速的倾斜射流管，可使整个系统的操作更加灵活性，响应更加迅速；三是回收利用旋风分离器排出的水蒸气和二氧化碳，提高了热量利用率，拥有更广阔的工业应用价值和社会应用前景。
附图说明：
图1是本发明装置的结构原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例做进一步说明。
实施例：
本实施例的主体结构包括循环流化床1、空气进口2、第一旋风分离器13、返料装置3、鼓泡流化床9、进气口5、进料口7、分布板6、分布板10、低气速气化区域8、过渡区域11、高气速还原区域12、倾斜射流管4、第二旋风分离器15、旋风分离器排气口14和料腿16；由循环流化床1、第一旋风分离器13、返料装置3、低气速气化区域8、过渡部分11、高气速还原区域12和第二旋风分离器15连通接成一个循环回路；循环流化床1上部与第一旋风分离器13上部连通，第一旋风分离器13下部与高气速还原区域12相通，高气速还原区域12通过返料装置3与循环流化床1的下部相连通，高气速还原区域12、低气速气化区域8和过渡区域11是相通的；高气速还原区域12上部与第二旋风分离器15上部连通，第二旋风分离器15下部通过料腿16与低气速气化区域8相通，第二旋风分离器15顶部的排气口14和低气速气化区域8底部的进气口5是相通的；循环流化床1的下部设有空气进口2，低气速气化区域8的底部设有进气口5和进料口7。
本实施例的鼓泡流化床9的底部设有进气口5和进料口7，主体分为低气速气化区域8、过渡区域11和高气速还原区域12，低气速气化区域8和高气速还原区域12底部分别制有分布板6和10，两个区域中间制有变截面的过渡区域11，鼓泡流化床9的上部与第二旋风分离器15的上部相连通，第二旋风分离器15的顶部制有排气口14，排气口14与鼓泡流化床9的进气口5相通，第二旋风分离器15的下部通过料腿16通入低气速气化区域8，高气速还原区域12底部通过返料装置3与循环流化床1相通；循环流化床1的底部制有空气进口2，循环流化床1的上部与第一旋风分离器13相通，第一旋风分离器13的下部通入高气速还原区域12；鼓泡流化床9的低气速气化区域8内物料为煤粉颗粒，高气速还原区域12内的物料为载氧体颗粒，循环流化床1内的物料为被合成气还原后的载氧体颗粒，鼓泡流化床9内两个区域均处于800～1100℃的操作，高气速还原区域12的温度高于低气速气化区域8，循环流化床处于900～1200℃操作。本实施例采用普通煤燃烧时，燃烧率均高于现有设备装置五个百分点 以上，具有明显的经济效益。
本实施例使用中的反应进行时，水蒸气和二氧化碳气体通过进气口5进入低气速气化区域8，与通过给料口7进入的煤粉颗粒发生气化反应，生成合成气，主要成分为一氧化碳和氢气，部分未燃尽煤焦颗粒被气流携带进入高气速还原区域12，上升过程中由于通道截面积变小，并且有部分气流通过倾斜射流管4被射入通道中，使气流的上升速度增大，进入高气速还原区域12；高气速还原区域12内载氧体颗粒同合成气反应，生成二氧化碳和水蒸汽，载氧体颗粒也被还原；还原后的载氧体通过返料装置3进入循环流化床1，与空气氧化反应完成载氧体的再生；再生后的载氧体颗粒被空气携带通过旋风分离器1分离，返回到高气速还原区域12中重新反应；高气速还原区域12内生成的气体产物携带未燃尽煤焦颗粒进入第二旋风分离器15进行气固分离，未燃尽煤焦颗粒通过料腿16返回到低气速气化区域8内进一步反应；从旋风分离器排气口14中排出的气体，部分将通过进气口5再循环进入低气速气化区域8内。
Claims (3)
1.一种双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置，主体结构包括变截面鼓泡流化床、循环流化床、倾斜射流管、第一旋风分离器、第二旋风分离器和返料装置，其特征在于鼓泡流化床的底部制有进气口和进料口，鼓泡流化床内分为低气速气化区域、过渡区域和高气速还原区域，低气速气化区域和高气速还原区域底部分别制有分布板，两个区域中间设有变截面的过渡区域，使低气速气化区域和高气速还原区域的气体流速不同；鼓泡流化床的上部高气速还原区域顶端与第二旋风分离器的上部管状连通，第二旋风分离器的顶部制有排气口，排气口与鼓泡流化床的进气口相通，第二旋风分离器的下部通过料腿通入低气速气化区域，高气速还原区域底部通过返料装置与循环流化床相通；循环流化床的底部设有空气进口，循环流化床的上部与第一旋风分离器相通，第一旋风分离器的下部通入高气速还原区域；过渡区域四周各制有倾斜射流管。
2.根据权利要求1所述的双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置，其特征在于变截面鼓泡流化床作为煤粉颗粒气化和载氧体颗粒被还原的共同区域，由低气速气化区域、倾斜射流管、过渡区域、分布板和高气速还原区域组成；低气速气化区域和高气速还原区域之间的过渡区域为变截面式平滑设计，过渡区域四周各制有倾斜射流管，由下向上的方向过平滑过渡区域各点做切线与竖直方向的夹角的变化趋势是由0度变大再减小到0度，夹角最大为60度；气体流速的调节由过渡区域四周的倾斜射流管通过喷入二氧化碳完成；煤粉颗粒集中在低气速气化区域与水蒸气和二氧化碳气体进行气化反应生成氢气和一氧化碳，其气化反应的气化合成气向上流动，由于过渡区域的通道截面积变小，高气速还原区域的内径小于低气速气化区域的内径，使气体流速增加；合成气向上流动，在高气速还原区域内与载氧体颗粒发生还原反应，还原后的载氧体颗粒通过返料装置进入循环流化床内再生；高气速还原区域内未燃尽的煤焦颗粒将被气流携带进入第一旋风分离器，分离后的煤焦颗粒返回低气速气化区域进一步反应气化。
3.根据权利要求1所述的双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置，其特征在于鼓泡流化床的低气速气化区域内物料为煤粉颗粒，高气速还原区域内的物料为载氧体颗粒，循环流化床内的物料为被还原后的载氧体颗粒；鼓泡流化床内的低气速气化区域和高气速还原区域两个区域内的工作温度为800～1100℃，高气速还原区域的温度高于低气速气化区域，循环流化床内工作温度为900～1200℃。
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- 2008-04-22 CN CN2008100157178A patent/CN101261010B/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN101261010A (zh) | 2008-09-10 |
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