CN104006383A - 使用用于燃烧含碳物料的设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用包括用于还原氧化物的第一反应器(1)的设备的方法，可燃物料(E1)和用于提供该可燃物料(E1)的燃烧反应的金属氧化物进入所述用于还原氧化物的第一反应器中，所述第一反应器与用于使氧化物氧化的第二反应器(4)相连接，所述方法的特征在于，附加的气态形式的氧(O)被注入所述用于还原氧化物的第一反应器(1)内，并且所述附加的氧(O)的量介于使可燃物料(E1)完全燃烧所需的理论配比的氧量的10％和30％之间。

Description

使用用于燃烧含碳物料的设备的方法
本申请是以下申请的分案申请：申请日：2009年5月15日；申请号：200980118552.X(PCT/EP2009/055935)；发明名称：“使用用于燃烧含碳物质的设备的方法”。
技术领域
本发明涉及一种使用用于燃烧含碳物料以产生电能和/或蒸汽的设备的方法。所述含碳物料可以是诸如煤的化石燃料，例如废料或生物质，这些含碳物料被喷射到诸如流化床燃烧室之类的燃烧室内。
背景技术
专利文献FR 2 850 156描述了这种用于燃烧含碳物料的设备。所述设备包括用于还原氧化物的反应器、第一旋流器、用于使氧化物氧化的反应器、第二旋流器、用于控制循环的氧化物的温度的交换器以及用于烟气热回收的交换器。在所述设备中对在两个反应器中被还原然后被氧化的氧化物进行循环。根据该现有技术，固体可燃物料在进入氧化物还原反应器之前被磨碎，对于煤来说，平均颗粒直径小于500μm。所述氧化物通过与燃料接触而被还原(所述燃料与所述氧化物释放出的氧起反应)，并且随后通过与空气接触而被氧化以使氧化物再生。氧化物的颗粒尺寸范围为从50μm至500μm，密度为从2000kg/m3至7000kg/m3。
由于该系统的简单性和紧凑性，这种用于燃烧含碳固体物料类型的设备确保了在提供用于产生电能的蒸汽的同时减少了捕获二氧化碳的成本。
在与还原反应器相关联的第一旋流器的出口处的固体颗粒穿过密封罐，然后被引向用于去除含碳残渣的装置，所述固体颗粒包括氧化物颗粒和含碳残渣。这种去除装置被蒸汽流化。通过该流化，诸如含碳残渣的细小和轻的颗粒可被分离并被再次引入到还原反应器内，而密度较大和(尺寸)较大的氧化物颗粒被朝向氧化反应器传递。
这种去除装置是在所述设备内形成碳屏障的分离器，其对于捕获应受排放限制的作为温室气体的二氧化碳是不可缺少的。
更一般地，这些设备——所述——依赖于通过作为载氧体的氧化物提供固体形式的氧，以使燃料(可以是气体或固体燃料)转化。这些设备可用于燃烧固体、气体或液体燃料，或用于通过气化产生氢气或合成气。
在燃烧的情况下，燃料转化的反应可以是吸热的。
该化学反应为：2MeO+C→2Me+CO2
MeO是氧化物、例如金属氧化物。
为了避免反应停止，反应器的温度必须保持在某一水平。
当前的控制温度的方式是将来自用于使氧化物氧化的反应器(该反应器在较高温度下运行)的固体引入用于氧化物还原的反应器内，或者如果可被注入的氧化物的量有限，则添加一些混合在载氧体中的惰性固体，如在气化情况中那样，由此提供所需的热量。
这两种解决方案的技术问题在于固体流太大从而导致设备的尺寸增加。
发明内容
本发明的目的是改进这种设备，从而在不需要大尺寸设备的情况下控制温度。
为此，本发明涉及一种使用这样的设备的方法，所述设备包括用于还原氧化物的第一反应器，可燃物料和用于提供可燃物料的燃烧反应的金属氧化物进入该第一反应器，所述第一反应器与用于使氧化物氧化的第二反应器相连接。
根据本发明，附加的气态形式的氧被注入所述用于还原氧化物的第一反应器内，并且所述附加的氧的量介于使可燃物料完全燃烧的所需的理论配比的氧量的10％和30％之间。
根据本发明，由于一部分含碳物料在放热反应中被气态氧氧化，所需的固体流被还原。这使反应器的尺寸较小。
本发明确保了燃料在反应器内部的停留时间增加，从而提高了碳的转化率。
根据一优选实施例，控制所述附加氧量，以便控制所述用于还原氧化物的第一反应器的温度。
通过利用附加的氧来迅速提供热量以恢复所需的温度可提供短期反应。
优选地，附加的氧在进入所述用于还原氧化物的第一反应器之前与流化介质混合。
可燃物料可以是煤。
所述流化介质可以是蒸汽和最终回收的烟气。
附图说明
下面借助附图更详细地描述本发明，所述附图仅示出本发明的一个优选实施例。
图1是在根据本发明的方法中使用的设备的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于燃烧含碳固体物料以产生电能和/或蒸汽的设备，被还原然后被氧化的至少一种氧化物、优选氧化物的混合物、有利地金属氧化物在该设备中循环，所述设备包括：用于还原氧化物的第一反应器1，可燃物料E1(例如被磨碎的煤)和氧化物E2进入第一反应器1内；第一分离旋流器20，将来自所述用于还原氧化物的反应器1的夹带固体供应给第一分离旋流器20；碳分离器3，该碳分离器安装在所述第一旋流器20的出口处，以便将含碳颗粒送入用于还原氧化物的反应器1内以及将氧化物E2送入被空气13流化的、用于使氧化物氧化的第二反应器4内；以及第二分离旋流器5，将来自所述用于使氧化物氧化的反应器1的夹带固体供应给第二旋流器5。所述设备包括两个后通道11、12，后通道11、12包括用于烟气和用于空气的回收交换器，每个所述后通道专用于反应器1、4中的一个。通过蒸汽和回收的烟气的混合物使所述用于还原氧化物的反应器1流化。
通常通过设置旋流器20、密封罐8和最终固体分离器3来实现从金属氧化物中分离含碳残渣。
从第二旋流器5的底部提取出的固体氧化物颗粒进入密封罐9，将第一部分固体氧化物颗粒从密封罐9传送至用于使氧化物氧化的第二反应器4的底部，将第二部分固体氧化物颗粒再循环至用于还原氧化物的第一反应器1的底部，以及将第三部分固体氧化物颗粒送至被空气流化的、具有热交换器的外部床7并最终送至用于使氧化物氧化的第二反应器4。
这种设备属于专利文献FR 2 850 156中所描述的已知设备的类型。
将附加的气态形式的氧O注入用于还原氧化物的第一反应器1内，并且控制进入所述用于还原氧化物的第一反应器1的物料E2的量，以便获得可燃物料在热平衡状态下的转化反应。
附加的氧O的量介于使可燃物料E1完全燃烧所需的理论配比的氧量的约10％和30％之间。
所述氧量取决于所使用的氧化物以及所述氧化物的反应焓、输运能力和热容量。
例如，如果使用钛铁矿FeTiO3，则计算得出：附加的氧O的量约等于理论配比的氧量的10％。
化学反应：
2MeO+C→2Me+CO2
是吸热的并需要提供热量。并非通过氧化物提供氧的总量并因此使用大量氧化物和大尺寸的反应器，而是借助附加的氧O通过下面的化学反应获得热量：
C+O2→CO2，
上述化学反应是放热的。
根据本发明，氧化物流可减少至1/2到1/1.5。
氧化物物料可包括用于持托氧化物的惰性物料。
所需的用于产生氧的空气分离单元的尺寸可以是在仅使用气态形式的氧起作用的反应器中的常规空气分离单元的尺寸的20％。这取决于以气态形式注入的附加的氧的比率。由于空气分离单元所造成的能量损失减少至1/5。
附加的氧O在进入用于还原氧化物的第一反应器1之前与流化介质相混合，所述流化介质是蒸汽和回收的烟气的混合物A1。附加的氧O被引入用于还原氧化物的第一反应器1的风箱1A内。
可通过专用的氧产品或通过气态形式的含氧混合物提供氧O。

Claims (4)

1. 一种使用包括用于还原氧化物的第一反应器（1）的设备的方法，可燃物料（E1）和用于提供所述可燃物料（E1）的燃烧反应的金属氧化物进入所述用于还原氧化物的第一反应器（1）内，所述第一反应器（1）与用于使氧化物氧化的第二反应器（4）相连接，所述方法的特征在于，附加的气态形式的氧（O）被注入所述用于还原氧化物的第一反应器（1）内，氧的总量由所述氧化物和附加的氧（O）提供，控制进入所述用于还原氧化物的第一反应器的物料的量，以便获得可燃物料在热平衡状态下的转化反应，所述附加的氧（O）的量介于使可燃物料（E1）完全燃烧所需的理论配比的氧量的10%和30%之间，以避免燃烧反应停止。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附加的氧（O）在进入所述用于还原氧化物的第一反应器（1）之前与流化介质（A1）相混合。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述可燃物料（E1）是煤。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述流化介质（A1）是蒸汽和回收的烟气。
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