CN108954303A - 一体式固定床化学链燃烧装置 - Google Patents

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李九如
李想
陈巨辉
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明涉及高效燃烧和清洁能源技术领域，是一种新型的一体式固定床化学链燃烧装置。该装置的目的是为了解决传统化学链燃烧装置存在的问题，对传统设备进行一体化改进，最大限度的提高反应速率和燃烧效率。通过对传统化学链燃烧装置的整合，使之实现了一体化，交替转换空气反应室与燃料反应室的作用，实现燃烧过程中氧化反应与还原反应过程交替进行，从而保证化学链燃烧系统的连续反应，以此来提高燃烧的反应速率，也减少了反应过程的热量损失，从而实现能源利用的最大化。

Description

一体式固定床化学链燃烧装置
技术领域
本发明涉及高效燃烧和清洁能源技术领域，具体涉及一种新型的一体式固定床化学链燃烧装置。
背景技术
化学链燃烧是一种很有前景的燃烧方式。化学链燃烧系统具有效率高、零能散分离CO2的特点，化学链技术是一种新型的化学转化和能源能够合理利用的技术。该技术是将传统燃烧的化学转化过程解耦为两个或多个反应过程，来实现能源的有效利用和物质的低能耗分离。从化学反应角度看，化学链是将某特定化学反应解耦为在多个反应器内进行的多步化学反应，实现了多个反应物的非直接接触；从能量利用角度看，化学链可以实现能量梯级利用，减小了系统熵的损失；从过程强弱程度的角度看，化学链是利用化学的载体实现反应和分离的过程。因此，化学链可以这样被表述：以实现能源高效利用和物质低能耗分离为目的，利用化学的载体将某特定的化学反应解耦为在多个反应器内进行的多步反应过程。
化学链反应器包括空气反应器、燃料反应器和溢流装置三个部分，在这三部分化学链反应器中实现了一步化学反应转变成了两步至多步化学反应。化学链燃烧是无火焰燃烧，其主要原理是将传统的燃料与氧气直接接触转变为借助载氧体与燃料和空气分表发生反应的过程，燃料不在与氧气直接接触，而是借助载氧体，将空气中的氧气由氧化物中的氧原子形式带入燃料中发生反应。
在选定载氧体的条件下，化学链燃烧系统的装置直接影响着反应速率。传统的化学链燃烧装置的空气反应器和燃料反应器相互独立，氧气通过载氧体在两者之间传递，反应过程速率较低，且容易产生热量损失，因此，在本发明中，将空气反应器与燃料反应器等装置进行整合，以提高反应速率与燃料利用率。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统化学链燃烧装置存在的问题，对传统设备进行一体化改进，最大限度的提高反应速率和燃烧效率。通过空气反应器和燃料反应器的结合，使传统燃烧设备实现了一体化；交替转换空气反应室与燃料反应室的作用，实现燃烧过程中氧化反应与还原反应过程交替进行，从而保证化学链燃烧系统的连续反应，以此来提高绕少的反应速率，也减少了反应过程的热量损失，从而实现能源利用的最大化。
本发明的技术方案如下：
所述化学链燃烧装置由三部分构成，即罐体部分、管道部分、PLC控制的电磁阀部分、燃烧产物及废气收集部分。
所述罐体部分采用的是夹套容器设计方案，罐体部分是套筒式结构，有两个筒体组成，内筒体可做为空气反应器（燃料反应器），外筒体与内筒体壁之间可作为燃料反应器（空气反应器），内筒体壁面开孔，开孔部分设置电磁阀开关。
所述管道部分有管道和电磁阀组成，管道一侧谅解罐体部分，管道另一侧连接PLC控制的电磁阀部分和燃烧产物废气收集部分。
所述PLC控制的电磁阀部分由PLC控制系统与电磁阀两部分组成。
所述燃烧产物及废气收集部分由冷凝器，CO2收集器，N2收集器组成。
附图说明
图1 一体式固定床化学链燃烧装置二维示意图。
具体实施方式
一体式固定床化学链燃烧装置工作方式如下：
本发明设计了一套一体式化学链燃烧装置，其具体结构如图1所示，以下对其结构进行具体说明。
该装置由三部分构成，即罐体部分、管道部分、PLC控制的电磁阀部分、燃烧产物及废气收集部分。罐体部分是套筒式结构，有两个筒体组成，内筒体可做为空气反应器（燃料反应器），外筒体与内筒体壁之间可作为燃料反应器（空气反应器），内筒体壁面开孔，开孔部分设置电磁阀开关。
管道部分有管道和电磁阀组成，管道一侧连接罐体部分，管道另一侧连接PLC控制的电磁阀部分和燃烧产物废气收集部分。
PLC控制的电磁阀部分由PLC控制系统与电磁阀两部分组成。
燃烧产物及废气收集部分由冷凝器，CO2收集器，N2收集器组成。
一体式固定床化学链燃烧装置实施步骤如下。
（1）在内筒体与外筒体底部分别加入载氧体。
（2）对筒体进行预热处理。
（3）电磁阀1、4在工作过程中为常开状态。
（4）当电磁阀3、5、7打开时，阀门2、6、8关闭，区域I内发生氧化反应，区域II内发生还原反应。反应结束后，区域II产生的CO2和H2O由电磁阀7排出至冷凝器和CO2收集器中。
（5）当电磁阀2、6、8打开时，电磁阀3、5、7关闭，此时，区域I发生还原反应，区域II发生氧化反应。反应结束后，区域I产生的CO2和H2O由电磁阀8排出至冷凝器和CO2收集器中。该步骤的反应与（4）中的反应方式相反。
（6）区域I与区域II之间的氧化反应与还原反应交替进行，两个区域都可以作为空气反应器和燃料反应器，两区域的作用是通过各个电磁阀的开关来实现相互转换的。
本发明具有以下优点。
1.一体式装置可减少装置的占地面积和空间。
2.载氧体位置固定，减少了传递过程所需的时间，提高反应效率。
3.传统载氧体与氧气的反应与载氧体的输运过程中，存在反应不完全的载氧体混杂的输运现象，而新设备可是这一影响反应速率的危害降到最低。
4.系统运行具有连续性，减少了以往系统间歇运行所需的时间，提高了反应速率。
5.PLC控制系统的引入提高了自动化程度。

Claims (4)

1.一体式固定床化学链燃烧装置为一整体结构，总体结构由内外两部分固定筒体组成，内筒体围成的区域为区域I，外筒体围成的区域为区域II，气体燃料通过燃料管道分别进入区域I与区域II内；空气通过空气管道分别进入区域I与区域II内，反应产物通过管道排出至冷凝器和CO2收集器。
2.根据权利要求1所述的一体式固定床化学链燃烧装置，其特征在于，所述装置区域I、区域II都有压力测量装置和温度测量装置。
3.根据权利要求1所述的一体式固定床化学链燃烧装置，其特征在于，所述装置只适用于气体燃料。
4.根据权利要求1所述的一体式固定床化学链燃烧装置，其特征在于，所述装置中的载氧体位置固定，均匀分布在区域I和区域II底部，反应期间无输运过程。
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