CN101349423B - 一种用于化学链燃烧的双循环流化床系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料的清洁燃烧和高效利用领域，特别公开了一种用于化学链燃烧的双循环流化床系统。它包括热能利用装置，依次连接的鼓泡床、流动密封阀、快速流化床、提升管、旋风分离器，所述旋风分离器通过第一排气管与所述热能利用装置连通，所述鼓泡床通过第二排气管与所述热能利用装置连通，其特征在于，所述旋风分离器的出口和鼓泡床进口之间依次纵向设置有载氧剂储存器和固体流量控制阀。

Description

一种用于化学链燃烧的双循环流化床系统

技术领域

本发明涉及燃料的清洁燃烧和高效利用领域，特别涉及一种用于化学链燃烧的双循环流化床系统。

背景技术

化学链燃烧技术(Chemical-Looping Combustion，简称CLC)，它的基本原理是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧，借助于载氧剂(OxygenCarrier，简称OC)的作用分解为两个气固反应，一方面利用载氧剂分离空气中的氧，另一方面由载氧剂将空气中的氧传递到燃料中，进行燃料的燃烧。由于燃烧过程中，燃料与空气没有直接接触，因此，燃烧产物只有二氧化碳和水蒸汽，利用简单的冷却方法就可以分离出二氧化碳，除此优点之外，化学链燃烧技术还可以提高能源利用率。

对于化学链燃烧技术的利用系统，国外的相关报道中使用了双流化床系统，该系统由快速流化床、提升管、旋风分离器、鼓泡床和两个流动密封阀组成。在快速流化床中，载氧剂与空气中的氧气进行反应，从空气中获得氧，然后通过提升管进入旋风分离器。经过旋风分离器分离后，载氧剂进入第一流动密封阀，通过第一流动密封阀循环进入鼓泡床。在鼓泡床中，载氧剂与燃料进行反应，将空气中获得的氧传递给燃料，进行燃料的燃烧，生成二氧化碳和水蒸汽。二氧化碳和水蒸汽从鼓泡床中的排气口排出，进行冷却分离，而失氧后的载氧剂再通过第二流动密封阀循环至快速流化床，进行载氧剂的重新氧化。系统中的两个流动密封阀处需要不断通入流化气体，用以实现载氧剂的循环，并防止两个反应床之间的气体的发生相互泄漏。此双流化床系统，具有良好的气固接触性能，有利于载氧剂与气体的反应的进行，并可以为载氧剂在两个反应床之间的循环提供足够的动力，防止两个反应床之间的气体泄漏。但是，此双流化床系统也存在着操作复杂的缺点，尤其是系统中具有两个流动密封阀，要使它们能够稳定传输物料以及防止气体反窜泄漏，就要考虑它们各自的立管高度、通风量和风压，必须进行多次的调试，来确定合适的风量和风压，才能保证其正常工作，而且还要满足两个流动密封阀输送的固体量要近似相等，而且这种密封阀对固体颗粒流量的调节作用很小，如果流量较大，它的可控性和稳定性就会较差，这些因素都增加了系统的复杂性和不稳定性。另外，两个流动密封阀在运行过程中都需要通入流化气体对载氧剂进行流化，增加了系统能耗，降低了系统效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、控制方便、运行稳定的用于化学链燃烧的双循环流化床系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种用于化学链燃烧的双循环流化床系统，包括热能利用装置、鼓泡床、快速流化床、提升管、旋风分离器，以及依次纵向设置在旋风分离器的出口和鼓泡床进口之间的载氧剂储存器和固体流量控制阀，其特征在于，还包括一个流动密封阀，所述鼓泡床、流动密封阀、快速流化床、提升管、旋风分离器依次连接；所述旋风分离器通过第一排气管与所述热能利用装置连通，鼓泡床通过第二排气管与所述热能利用装置连通；所述第一排气管上设置有第一背压阀，第二排气管上设置有第二背压阀。

由于本发明在旋风分离器的出口和鼓泡床进口之间依次纵向设置有载氧剂储存器和固体流量控制阀，替换了旋风分离器和鼓泡床之间的流动密封阀。系统运行前，将载氧剂储存器中储存一定高度的载氧剂，这样就可以防止快速流化床侧的气体和鼓泡床侧的气体发生泄漏，而固体流量控制阀又可以精确控制循环的固体载氧剂的量。系统在运行过程中，只需要对一个流动密封阀进行调节，不需要同时调节两个流动密封阀，降低了系统的控制难度，提高了系统运行的稳定性。同时，本发明只使用一个流动密封阀，还减少了系统中流化气体的使用，降低了系统能耗，提高了系统的运行效率。

此外，本发明在简化的常压双流化床系统的基础上，分别在第一、第二排气管上分别设置有第一、第二背压阀，通过调节背压阀的开度，可以设定系统压力，可以使该系统在不同压力状态下增压运行，优化系统运行效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的用于化学链燃烧的双循环流化床系统图；图中：1、快速流化床；2、提升管；3、旋风分离器；4、载氧剂储存器；5、固体流量控制阀；6、鼓泡床；7、流动密封阀；8、第一背压阀；9第二背压阀；10、热能利用装置；11、第一加热器；12、第二加热器；13、压缩机；14、空气储罐；15、氮气储罐；16、燃气储罐。

具体实施方式

参照图1，本发明中，快速流化床1、提升管2、旋风分离器3、载氧剂储存器4、固体流量控制阀5、鼓泡床6、流动密封阀7依次连接，构成载氧剂的循环系统。系统中旋风分离器3、载氧剂储存器4、固体流量控制阀5、鼓泡床6、流动密封阀7、快速流化床1的位置高度依次递减。

旋风分离器3通过第一排气管17与热能利用装置10连接，第一排气管17上设置有第一背压阀8；鼓泡床通过第二排气管18与热能利用装置10连接，所述第二排气管18上设置有第二背压阀9。

快速流化床1外周设置有第一加热器11，鼓泡床6外周设置有第二加热器12，第一、第二加热器11、12用于系统启动时的预热。

本发明正常工作时，流动密封阀7一般通入水蒸气；鼓泡床6需要通入燃气，如甲烷等；快速流化床1需要通入压缩空气，由压缩机13将空气压缩到空气储罐14来提供。本实施例中，燃气储罐16提供甲烷气体；为了方便系统启动，还有氮气储罐15；以及相关的管路和气阀。

本发明的工作过程如下：

系统开始运行前，需要对系统进行预热。首先，关闭固体流量控制阀5、第一背压阀8和第二背压阀9，并将预先制备好的氧化态载氧剂放入快速流化床1、载氧剂储存器4、鼓泡床6和流动密封阀7中。打开快速流化床1、鼓泡床6和流动密封阀7处的压缩空气开关，此时，系统处于充气状态，随着充入气体的增加，系统内压力越来越高，调节第一背压阀8和第二背压阀9的开度，使第一、第二背压阀处的压力为0.3MP。然后，打开固体流量控制阀5，则系统内载氧剂处于循环状态，并启动第一、第二加热器11、12进行预热。待系统内温度达到设定的800℃后，将流动密封阀7处的压缩空气切换为水蒸汽，将鼓泡床6处的压缩空气切换为惰性流化气体(例如：氮气或惰性气体，本实施例采用氮气)，以排出流动密封阀7和鼓泡床6中存留的空气，避免通入甲烷后，发生危险。待鼓泡床6中空气排净后，关闭第一、第二加热器11、12，完成系统的预热。

鼓泡床6中空气排净后，开始在鼓泡床6中通入甲烷气体进行燃烧。此时，鼓泡床6中氧化态载氧剂的固体颗粒，在800℃下遇到甲烷，则迅速进行还原反应，载氧剂失氧变为还原态，然后通过流动密封阀7循环至快速流化床1中，在快速流化床1中，还原态的载氧剂与压缩空气中的氧气进行氧化反应，重新变为氧化态，再通过提升管2、旋风分离器3、载氧剂储存器4和固体流量控制阀5重新循环至鼓泡床6中进行还原反应，完成一次循环。在此循环中，甲烷则被氧化生成二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和水蒸汽通过鼓泡床6排出到热能利用装置10，进行能量交换。热能利用装置10可以是燃气轮机的透平、余热锅炉或换热器等装置。

综上所述，本发明采用载氧剂储存器4和一个相连的固体流量控制阀5来代替流动密封阀，在运行过程中，只需要根据系统循环所需的载氧剂的流量而将固体流量控制阀5旋至相应的开度，即可满足系统运行的要求，不但简化了系统结构，而且易于操作和控制；另外，调节第一、第二背压阀8、9可以使系统压力稳定在设定数值上，从而可以使得燃料在本系统中进行高效反应，提高热能利用效率。

由于通风瓦斯、焦炉煤气、高炉煤气等工业废气属于低品位能源，可燃成份含量较少，使用传统的燃烧方式和设备存在燃烧不稳定，甚至不能进行燃烧，从而造成了大量工业废气的排空，不仅浪费了能源，而且严重污染了环境。本发明除了可以对常规燃料气体进行燃烧利用外，还可以对目前大量存在的上述工业废气进行利用。

Claims (1)

1.一种用于化学链燃烧的双循环流化床系统，包括热能利用装置、鼓泡床、快速流化床、提升管、旋风分离器，以及依次纵向设置在旋风分离器的出口和鼓泡床进口之间的载氧剂储存器和固体流量控制阀，其特征在于，还包括一个流动密封阀，所述鼓泡床、流动密封阀、快速流化床、提升管、旋风分离器依次连接；所述旋风分离器通过第一排气管与所述热能利用装置连通，鼓泡床通过第二排气管与所述热能利用装置连通；所述第一排气管上设置有第一背压阀，第二排气管上设置有第二背压阀。