CN101865458A - 一种并行流化床化学链燃烧系统 - Google Patents

一种并行流化床化学链燃烧系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101865458A
CN101865458A CN201010216899A CN201010216899A CN101865458A CN 101865458 A CN101865458 A CN 101865458A CN 201010216899 A CN201010216899 A CN 201010216899A CN 201010216899 A CN201010216899 A CN 201010216899A CN 101865458 A CN101865458 A CN 101865458A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
fluidized bed
hole
reaction device
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201010216899A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101865458B (zh
Inventor
董长青
李君�
杨勇平
蒋景周
张俊姣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN2010102168992A priority Critical patent/CN101865458B/zh
Publication of CN101865458A publication Critical patent/CN101865458A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101865458B publication Critical patent/CN101865458B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

本发明公开了属于燃料的清洁燃烧和高效利用技术领域的一种并行流化床化学链燃烧系统。并行流化床筒体内经隔板分成两个腔体，一个腔体为燃料反应器，另一个腔体为空气反应器，所述隔板上开有a孔和b孔，物料穿过所述隔板上的a孔和b孔进行物质和能量的交换；本系统打破了较为传统的化学链燃烧装置串行流化床设计思路，采用并行流化床概念；采用隔板将空气反应器和燃料反应器分割，载氧体仅通过隔板在两个反应器之间传递，由于传递距离和传递阻力的减小，能够保证载氧体的传递量；燃料反应器气体向空气反应器内流动的气体体积分数在5～10％之内，且燃气的转化率高达95％；本发明的并行流化床化学链燃烧反应器的规模容易放大运行。

Description

一种并行流化床化学链燃烧系统
技术领域
本发明属于燃料的清洁燃烧和高效利用技术领域，特别涉及一种并行流化床化学链燃烧系统。
背景技术
化学链燃烧(CLC)是一种新的无火焰燃烧技术，在使用含碳气体燃料时，燃烧产物仅包含CO2和H2O，只需经过简单的冷凝就能得到高纯度的CO2，从而以较低的能源消耗实现CO2的分离。该技术具有非常高的能源利用效率，具有广阔的发展前景。化学链燃烧系统包括2个反应器，即燃料反应器和空气反应器。金属氧化物作为氧载体在两个反应器中循环，实现氧和能量的转移。对于化学链燃烧系统，关键的问题就是如何选取反应器的类型。一个合适的CLC反应器，需满足下述主要的条件：(1)能够在燃料反应器与空气反应器间运载足够的载氧体；(2)能阻止两个反应器间气体发生交换；(3)可为反应提供足够的反应时间。
目前，国内外大多采用的是基于串行流化床反应器化学链燃烧系统。在串行流化床反应器结构中，气流床是空气反应器，空气将载氧体颗粒携带到旋风分离器，在分离器中颗粒与失掉了部分氧气的空气分离后进入燃料反应器，载氧体颗粒从燃料反应器出来后经过又一个颗粒密封装置回到空气反应器。虽然这种反应器有较高的燃气转化效率，但受其结构和工作原理限制，载氧体的传递量有限，实现大型化运行仍然任重道远。而一种良好的化学链燃烧反应器不仅仅能符合前述化学链反应器的基本运行要求，还应该能够考虑其运行操作是否简捷易行，以及是否容易实现规模的放大。同时，化学链燃烧分离CO2技术的大型化、工业化应用将带来更多经济和社会价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有化学链燃烧技术中存在的缺点，寻求设计一种能满足上述条件的一个化学链燃烧反应装置，使得足够的物料量在两个反应器之间有效的循环，以实现可燃气体同载氧体之间的置换反应，达到燃料的高效清洁利用的目的。
一种并行流化床化学链燃烧系统，该系统包括并行流化床筒体，其特征在于：所述并行流化床筒体内经隔板分成两个腔体，一个腔体为燃料反应器，另一个腔体为空气反应器，所述隔板上开有a孔和b孔，物料穿过所述隔板上的a孔和b孔进行物质和能量的交换；
燃料反应器上部设置气固出口用于与其气固分离器相连，下部设置布风板和风室，燃料反应器的风室上设置燃气入口；
空气反应器上部设置气固出口用于与其气固分离器相连，下部设置布风板和风室，空气反应器的风室上设置空气入口。
燃料反应器和空气反应器为方形或圆形等形状。
空气反应器上的布风板为倾斜设置，以方便物料进入燃料反应器。
空气反应器上的布风板与水平方向成角用θ表示，角度范围为：0≤θ＜90°，优选30≤θ≤60°，其中θ＝45°时效果最佳。
燃料反应器上的布风板为水平布置。
a孔中心与b孔中心均位于隔板的竖直中心线上。
a孔设置于隔板下部，b孔设置于隔板中下部，位于a孔上侧。
燃料反应器的布风板上设置排渣管。
运行时空气反应器和燃料反应器均为流化状态，来自空气反应器的空气将物料流化以后，物料沿着空气反应器的布风板经隔板上的a孔流动至燃料反应器，与来自燃料反应器的燃气反应后，在料层位差的重力的作用下，燃料反应器内的物料经隔板上的b孔从燃料反应器返送回空气反应器。
本发明并行流化床化学链燃烧系统的空气反应器和燃料反应器采用并行连接，物料穿过隔板进行物质和能量交换。本发明提出的并行流化床化学链燃烧装置对载氧体的要求降低，从而可以进一步解决化学链燃烧系统中载氧体交换量不够，以及载氧体颗粒的携氧量和携热量不足等问题。
本发明与现有技术相比创新点和优点在于：1)打破了较为传统的化学链燃烧装置串行流化床设计思路，采用并行流化床概念；2)采用隔板将空气反应器和燃料反应器分割，载氧体仅通过隔板在两个反应器之间传递，由于传递距离和传递阻力的减小，能够保证载氧体的传递量；3)倾斜布置的布风板结构进一步使得载氧体颗粒从空气反应器到燃料反应器的过程更加容易实现；4)通过实验表明，燃料反应器在800℃时，通过控制两个反应器的气速操作条件，燃料反应器气体向空气反应器内流动的气体体积分数在5～10％之内，且燃气的转化率可高达95％；5)综合上述运行特性，使得并行流化床化学链燃烧反应器的规模容易放大运行。
附图说明
图1是并行流化床化学链燃烧系统示意图；
图2是并行流化床化学链燃烧系统的隔板示意图；
图中标号：1、燃料反应器；2、空气反应器；3、隔板；4、燃料反应器风室；5、空气反应器风室；6、燃料反应器燃气入口；7、空气反应器空气入口；8、燃料反应器气固出口；9、空气反应器气固出口；10、排渣管，11-b孔；12-a孔；13-筒体；14-燃料反应器布风板；15-空气反应器布风板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
一种并行流化床化学链燃烧系统，如图1所示，该系统包括并行流化床筒体13，所述并行流化床筒体13内经隔板3分成两个腔体，一个腔体为燃料反应器1，另一个腔体为空气反应器2，所述隔板3上开有a孔12和b孔11，物料穿过所述隔板3上的a孔12和b孔11进行物质和能量的交换；并行流化床化学链燃烧系统的隔板示意图如图2所示；
燃料反应器1上部设置气固出口8用于与其气固分离器相连，下部设置布风板14和风室4，燃料反应器1的风室4上设置燃气入口6；
空气反应器2上部设置气固出口9用于与其气固分离器相连，下部设置布风板15和风室5，空气反应器2的风室4上设置空气入口7。
燃料反应器1和空气反应器2形状均为圆形。
空气反应器2上的布风板15为倾斜设置，以方便物料进入燃料反应器2。
空气反应器2上的布风板15与水平方向成角用θ表示，θ＝45°。
燃料反应器1上的布风板14为水平布置。
a孔12中心与b孔11中心均位于隔板3的竖直中心线上，其中，a孔12设置于隔板3下部，b孔11设置于隔板3中下部，位于a孔12上侧。
燃料反应器1上的布风板14上设置排渣管10。
运行时空气反应器2和燃料反应器1均为流化状态，来自空气反应器2的空气将物料流化以后，物料沿着空气反应器2的布风板15经隔板3上的a孔12流动至燃料反应器1，与来自燃料反应器1的燃气反应后，在料层位差的重力的作用下，燃料反应器1内的物料经隔板3上的b孔11从燃料反应器1返送回空气反应器2。
正常运行时，反应器内部加入一定量的金属氧化物作为载氧体，加至预定的床料厚度，通过调节燃料反应器燃气入口6的燃气量以及空气反应器空气入口7的空气量至一定的空燃比工况。空气反应器2中，随着来自空气反应器空气入口7的空气将金属氧化物颗粒流化以后，物料沿着倾斜的布风板通过隔板3的a孔12(见图2)流动至燃料反应器1；燃料反应器1中，来自燃料反应器入口6的燃气与来自空气反应器2的金属氧化物载氧体进行反应，生成CO2和H2O，同时金属氧化物被还原为低价态金属氧化物或者金属单质，来自燃料反应器燃气入口6的燃气将这部分还原的低价态金属氧化物或单质流化后，经过隔板3的b孔11进入空气反应器2中，载氧体颗粒如此循环运行，在运行过程中或运行结束后可以通过排渣管10排出。反应后空气反应器2中的气体为含有少量O2的氮气，从空气反应器气固出口9进入其气固分离器进行气固分离，反应后的燃料反应器1中的气体为CO2和H2O，从燃料反应器气固出口8进入其气固分离器进行气固分离。
综上所述，本装置采用了空气反应器和燃料反应器并行连接的方式。在运行过程中只需要对燃料反应器燃气入口6的燃气量以及空气反应器空气入口7的空气量进行控制，实现两反应器之间物料传递的目的。在实现化学链燃烧基本特性的同时，本发明所提出的并行流化床化学链燃烧反应器对载氧体的要求降低，可以进一步解决化学链燃烧系统中载氧体交换量不够，以及载氧体颗粒的携氧量和携热量不足等问题，使得并行流化床化学链燃烧反应器容易实现大型化运行。

Claims (9)

1.一种并行流化床化学链燃烧系统，该系统包括并行流化床筒体(13)，其特征在于：所述并行流化床筒体(13)内经隔板(3)分成两个腔体，一个腔体为燃料反应器(1)，另一个腔体为空气反应器(2)，所述隔板(3)上开有a孔(12)和b孔(11)，物料穿过所述隔板(3)上的a孔(12)和b孔(11)进行物质和能量的交换；
燃料反应器(1)上部设置气固出口(8)用于与其气固分离器相连，下部设置布风板(14)和风室(4)，燃料反应器(1)的风室(4)上设置燃气入口(6)；
空气反应器(2)上部设置气固出口(9)用于与其气固分离器相连，下部设置布风板(15)和风室(5)，空气反应器(2)的风室(4)上设置空气入口(7)。
2.根据权利要求1所述的一种并行流化床化学链燃烧系统，其特征在于：空气反应器(2)上的布风板(15)为倾斜设置，以方便物料进入燃料反应器(2)。
3.根据权利要求1所述的一种并行流化床化学链燃烧系统，其特征在于：空气反应器(2)上的布风板(15)与水平方向成角用θ表示，角度范围为：0≤θ＜90°。
4.根据权利要求2或3所述的一种并行流化床化学链燃烧系统，其特征在于：空气反应器(2)上的布风板(15)与水平方向成角30～60°。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种并行流化床化学链燃烧系统，其特征在于：燃料反应器(1)上的布风板(14)为水平布置。
6.根据权利要求1所述的一种并行流化床化学链燃烧系统，其特征在于：a孔(12)中心与b孔(11)中心均位于隔板(3)的竖直中心线上。
7.根据权利要求1或6所述的一种并行流化床化学链燃烧系统，其特征在于：a孔(12)设置于隔板(3)下部，b孔(11)设置于隔板(3)中下部，位于a孔(12)上侧。
8.根据权利要求1所述的一种并行流化床化学链燃烧系统，其特征在于：燃料反应器(1)上的布风板(14)上设置排渣管(10)。
9.根据权利要求1所述的一种并行流化床化学链燃烧系统，其特征在于：运行时空气反应器(2)和燃料反应器(1)均为流化状态，来自空气反应器(2)的空气将物料流化以后，物料沿着空气反应器(2)的布风板(15)经隔板(3)上的a孔(12)流动至燃料反应器(1)，与来自燃料反应器(1)的燃气反应后，在料层位差的重力的作用下，燃料反应器(1)内的物料经隔板(3)上的b孔(11)从燃料反应器(1)返送回空气反应器(2)。
CN2010102168992A 2010-06-25 2010-06-25 一种并行流化床化学链燃烧系统 Expired - Fee Related CN101865458B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102168992A CN101865458B (zh) 2010-06-25 2010-06-25 一种并行流化床化学链燃烧系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102168992A CN101865458B (zh) 2010-06-25 2010-06-25 一种并行流化床化学链燃烧系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101865458A true CN101865458A (zh) 2010-10-20
CN101865458B CN101865458B (zh) 2012-01-11

Family

ID=42957285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102168992A Expired - Fee Related CN101865458B (zh) 2010-06-25 2010-06-25 一种并行流化床化学链燃烧系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101865458B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102087048A (zh) * 2010-12-15 2011-06-08 华北电力大学（保定） 一种固定床化学链燃烧反应工艺及装置
CN103672873A (zh) * 2013-11-18 2014-03-26 北京科技大学 一种连续运行的固体燃料化学链反应系统
CN104190332A (zh) * 2014-09-17 2014-12-10 中国石油大学(北京) 一种多分区的气固流化床反应器及系统
CN105716075A (zh) * 2016-02-03 2016-06-29 山东佳星环保科技有限公司 一种循环流化床燃烧设备
CN112156727A (zh) * 2020-05-19 2021-01-01 中国科学院广州能源研究所 一种可规模放大的颗粒多床循环和气密流化床结构
CN114353063A (zh) * 2021-11-30 2022-04-15 西安交通大学 一种液态化学链燃烧热电联产及碳捕集系统与工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101261010A (zh) * 2008-04-22 2008-09-10 青岛科技大学 双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置
US20090191104A1 (en) * 2005-08-26 2009-07-30 Ihi Corporation Reactor-integrated syphon
CN101576253A (zh) * 2009-04-29 2009-11-11 南京师范大学 水平循环并行流化化学链燃烧装置
CN101638590A (zh) * 2009-08-24 2010-02-03 中国科学院广州能源研究所 一种可燃固体废弃物化学链气化制合成气的方法及串行流化床反应器
WO2010014938A9 (en) * 2008-07-31 2010-04-08 Alstom Technology Ltd. System for hot solids combustion and gasification
EP2178630A1 (de) * 2007-08-14 2010-04-28 Technische Universität Wien Wirbelschichtreaktorsystem

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090191104A1 (en) * 2005-08-26 2009-07-30 Ihi Corporation Reactor-integrated syphon
EP2178630A1 (de) * 2007-08-14 2010-04-28 Technische Universität Wien Wirbelschichtreaktorsystem
CN101261010A (zh) * 2008-04-22 2008-09-10 青岛科技大学 双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置
WO2010014938A9 (en) * 2008-07-31 2010-04-08 Alstom Technology Ltd. System for hot solids combustion and gasification
CN101576253A (zh) * 2009-04-29 2009-11-11 南京师范大学 水平循环并行流化化学链燃烧装置
CN101638590A (zh) * 2009-08-24 2010-02-03 中国科学院广州能源研究所 一种可燃固体废弃物化学链气化制合成气的方法及串行流化床反应器

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102087048A (zh) * 2010-12-15 2011-06-08 华北电力大学（保定） 一种固定床化学链燃烧反应工艺及装置
CN103672873A (zh) * 2013-11-18 2014-03-26 北京科技大学 一种连续运行的固体燃料化学链反应系统
CN104190332A (zh) * 2014-09-17 2014-12-10 中国石油大学(北京) 一种多分区的气固流化床反应器及系统
CN105716075A (zh) * 2016-02-03 2016-06-29 山东佳星环保科技有限公司 一种循环流化床燃烧设备
CN112156727A (zh) * 2020-05-19 2021-01-01 中国科学院广州能源研究所 一种可规模放大的颗粒多床循环和气密流化床结构
CN114353063A (zh) * 2021-11-30 2022-04-15 西安交通大学 一种液态化学链燃烧热电联产及碳捕集系统与工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN101865458B (zh) 2012-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101865458B (zh) 一种并行流化床化学链燃烧系统
CN101391234B (zh) 一种催化剂多段再生方法及装置
CN101460395B (zh) 微通道反应器系统
CN202902929U (zh) 固体物料冷却设备
CN206996524U (zh) 一种组合式固定床反应器
CN101773767B (zh) 内环流密闭式光催化还原co2膜反应装置及还原方法
CN203648506U (zh) 超临界处理装置及系统
CN210473928U (zh) 多级反应回流的高收率氟化铝合成装置
CN106237939A (zh) 反应装置及反应设备
CN203561231U (zh) 复合冷却式粉体冷却器
CN103120919B (zh) 一种流化床输运床耦合反应装置
CN106595352B (zh) 外循环流化床换热器
CN102389752A (zh) 多功能气固流化床工艺评价系统和方法
CN205886831U (zh) 一种聚甲氧基二甲醚合成固定床反应器
CN1593740A (zh) 高效浆态床反应器
CN103769007B (zh) 一种沸腾床反应器
CN201586520U (zh) 一种移动床反应器
CN206996521U (zh) 一种组合式固定床反应器
CN206980688U (zh) 邻氯苯腈流化床反应器
CN102815711B (zh) 一种由四氯化硅制备三氯氢硅的冷氢化系统
CN1112234C (zh) 气液固三相循环反应器
CN204897528U (zh) 一种三级叠加式高效厌氧反应器
CN102284261B (zh) 一种立式流化床反应器
CN206103895U (zh) 一种气‑液联合反应装置
CN205886832U (zh) 一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20101020

Assignee: ZHEJIANG KELING ENVIRONMENTAL PROTECTION SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD.

Assignor: North China Electric Power University

Contract record no.: 2014990000268

Denomination of invention: Chemical-looping combustion system of parallel fluidized bed

Granted publication date: 20120111

License type: Exclusive License

Record date: 20140506

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120111

Termination date: 20170625

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee