CN109804142B

CN109804142B - 含碳燃料的流化床燃烧

Info

Publication number: CN109804142B
Application number: CN201780062245.9A
Authority: CN
Inventors: 迈克·菲茨西蒙斯
Original assignee: Gas Technology Institute
Current assignee: GTI Energy
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2037-06-12
Also published as: KR102336903B1; AU2017310229A1; US20180045405A1; KR20190035893A; CN109804142A; AU2017310229B2; WO2018031117A1; PL430832A1; BR112019002879A2; US10113740B2; JP2019525118A

Abstract

本发明涉及在富氧燃烧流化床反应器中燃烧含碳燃料的方法和装置，包括将富氧燃烧反应器内的局部氧含量控制到规定的水平。将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器中，并通过惰性材料、白云石或其组合的流化床洗脱，以燃烧燃料和氧气，以至少产生CO₂和蒸汽。含氧气体是氧气、再循环的CO₂和蒸汽的混合物，足够的氧气被加入到再循环的CO₂和蒸汽中，使混合物含有7‑20 mol％的氧气。将含碳燃料和含氧气体在彼此足够接近的位置引入流化床中，以避免在该位置产生还原气氛。所产生的CO₂和蒸汽的至少一部分再循环到反应器中。

Description

含碳燃料的流化床燃烧

技术领域

本申请一般涉及含碳燃料的燃烧，更具体而言，涉及在流化床反应器中或通过流化床反应器的这种燃烧处理。

背景技术

近年来，例如由于对全球气候变化的担忧，伴随动力生产大量CO₂的大气释放受到密切关注，并且已经寻求减少CO₂排放的新动力源。十多年来，许多国家一直在开发一种名为富氧燃烧（oxy-combustion）的有前景的技术。

这种加工技术通常采用包括例如由惰性材料或白云石或两者的组合构成的流化床的反应器。将固体含碳的、可能含硫的燃料喷射反应器中，以便用氧气或空气燃烧。使用例如主要由二氧化碳和蒸汽组成的再循环废气使床流化。CO₂可以构成床的流化气体的65-99%，并且蒸汽可以构成剩余部分。常规的富氧燃烧反应器将所有再循环废气与20-30%或多达50%的氧（摩尔百分比）预混合。这是富氧燃烧系统的通用配方，富氧燃烧系统已被提出用于从煤、石油焦和生物质燃烧产生动力的优化的高碳捕获系统。

如果该过程在高压下进行，则在废气水冷凝期间可以除去相当大量的热量，这允许用高质量蒸汽产生更多的电力，并且可以用废气冷凝物预热锅炉给水。因此，非常需要一种在高压下进行富氧燃烧的方法，以提高系统效率。

在上述常规方法中但在高压下进行富氧燃烧的一个含义是，高氧含量要求含碳燃料（例如煤，褐煤，石油焦或生物质）以大粒径喷射以防止过热，因此，固体必须通过气旋在床外循环以确保完全燃烧（US2014/0065559A1）。

如专利申请US2010/0307389A1中所述将粉煤喷射到这样的床中将允许在非常短的时间内完全燃烧，使得固体不必在床外循环，但是这也存在如下风险：煤颗粒将燃烧得比散热快，并通过床扩散到传热器表面，这可能导致结渣造成结垢。燃料中的水分仅具有有限程度的缓解作用，并且使用湿燃料对操作成本具有其他不利影响（必须产生更多氧气，并且当固体未干燥时不能以常规方式处理固体）。

发明内容

根据一个方面或实施方式，提供了一种燃烧含碳燃料的方法。该方法包括将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器中。在流化床反应器内，含碳燃料和含氧气体通过包含惰性材料、白云石或其组合的流化床洗脱。流化反应器可以是分级的。含氧气体为氧气、再循环的CO₂和蒸汽的混合物，其中足够的氧气被加入到再循环的CO₂和蒸汽中，该混合物中含有7～20mol％的氧气，其可以在第一阶段中预混合。在随后的阶段中，将含碳燃料和含氧气体在彼此足够接近的位置引入流化床中，以避免在该位置产生还原气氛。含碳燃料与至少一部分含氧气体反应以至少产生CO₂和蒸汽。产生的CO₂和蒸汽的至少一部分被再循环到流化床中以形成至少一部分含氧气体，并向其中加入足够的氧气以形成含有7～20mol％氧气的混合物。这可以在反应器内的另外的、进一步的或几个阶段中重复以产生更多或额外的CO₂和蒸汽，使得与再循环的CO₂和蒸汽混合或混杂的氧气的总量大于，并且可能，足够大于20％，然而在每个阶段中，氧气的加入量不超过20％以形成含有7～20mol％氧的混合物。

本申请提供了一种在富氧燃烧反应器中燃烧含碳燃料的改进过程（方法），该改进涉及将富氧燃烧反应器内的局部氧含量控制到高达20vol.％，但是实现了供给至系统的总氧量水平超过20％。这可以，至少部分地，通过在反应器的后续阶段中在非常靠近喷射器中的燃料的间距喷射氧气来实现，例如，这种紧密接近通常可以对应于约1x-20x（1-20倍）的燃料喷射器直径的间距。

根据另一方面或实施方式，提供了一种处理系统，其包括流化床反应器，其中含碳燃料和含氧气体通过包含惰性材料、白云石或其组合的流化床洗脱。含氧气体包括氧气、再循环的CO₂和蒸汽的混合物，其中足够的氧气被加入到再循环的CO₂和蒸汽中，该混合物含有7～20 mol％的氧气。此外，在该系统中，含碳燃料和含氧气体在彼此足够接近的位置喷射到流化床中，以避免在该位置产生还原气氛（例如，0％氧气）。

如本文所用，当涉及氧含量、环境等使用时对“局部”的提及应理解为通常是指反应器的一个阶段，其包括的间距大约为燃料和氧气喷射直径的40x-60x（40-60倍）。

通过以下结合本申请权利要求和附图的详细描述，其他目的和优点对于本领域技术人员将是清晰的。

附图说明

从以下结合附图的描述中将更好地理解本申请的目的和特征，其中：

图1是根据本申请的一个方面的处理系统的简化示意图；

图2是根据本申请的一个方面的用于将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器的装置的简化示意图；

图3是根据本申请的另一方面的用于将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器的装置的简化示意图；

图4是根据本申请的另一个方面的用于将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器的装置的简化示意图；

图5是图4所示的用于将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器的装置的端视图；

图6是根据本申请的另一个方面的用于将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器的装置的简化示意图；和

图7是根据本申请的一个方面的多级处理系统的简化示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种燃烧含碳燃料的方法，其方法在富氧燃烧方面不同于的现有技术状态。

图1是一个处理系统的简化示意图，通常根据本申请的一个方面通过附图标记10示出。如图所示，根据本申请，将含碳燃料通过管线12、将氧气通过管线14，分别引入（例如，喷射）富氧燃烧反应器系统16。富氧燃烧反应器系统16可以理想地形成或产生动力，例如由线20表示，以及产物气体，例如CO₂、H₂O（例如蒸汽）和其他气体，例如由线22表示。线21所代表的反应器系统产品气体的至少一部分可再循环回富氧燃烧反应器系统16（例如线24表示）。

根据本申请的一个方面，将氧气喷射到再循环的CO₂和蒸汽的混合物中，使得氧气、CO₂和蒸汽（例如管线26）的混合物包括至少7mol%但不超过或高达20mol%的氧气，并且在一些情况下，相对含量高达18mol％（摩尔）的氧气，或根据某些优选实施方式，更优选至少9mol％且最高为12mol％（的氧气。还喷射适量的燃料并使得燃料可以完全燃烧，例如，该过程运行贫燃料（fuel lean）。如本领域技术人员所理解以及在本文提供的教导的指导下，有利的是，燃料和氧气以这种相互足够靠近的接近度喷射，由此通过混合在氧气耗尽之前发生脱挥发分燃烧（devolatization burning）（例如，脱挥发分涉及燃料的烃含量），然后在该位置不会产生还原气氛。在一个实施方式中，实现脱挥发分所需的接近间距理想地小于500mm，并且可以优选地小于150mm，并且在一些实施方式中，甚至低至100mm，如果燃料被粉碎到足够的程度其则可以实现，例如，70％的标准工业煤研磨小于200目，其最大尺寸小于1毫米，或优选小于300微米。因此，例如，20mm的燃料供给线可具有大约150-400mm的垂直接近间距，其间将发生脱挥发分。如果喷射器包括水平喷射分量，则在水平方向上接近间距可以更大，其可以适合分配并且保持喷射器的数量低，以及减小垂直接近间距。该水平接近间距可以覆盖150-600mm的范围，优选范围250-300mm，这可以通过选择用于喷射燃料和氧气的喷射器的适当速度来控制。

还原性气氛是高度腐蚀性的且通常需要引入和使用昂贵的合金、和/或在燃烧反应器中的膨胀的或更大的“禁止”区域用于金属部件。此后，碳质部分（称为“炭”(cha)）的剩余燃烧可以在扩散限制反应中进行，其中氧气随着二氧化碳从颗粒向外扩散而扩散到颗粒，并且在这种扩散限制燃烧中，颗粒不会过热和熔化。由于“禁止”区域可以理想地保持相对地小，这些措施的净效果是可以与除热装置平衡的快速反应速率。

根据某些实施方式，含碳燃料是固体。例如，合适的此类含碳燃料可包括煤、石油焦、生物质等或及其组合。

根据某些实施方式，含碳燃料是气体。例如，合适的这种含碳燃料可包括天然气。

在燃烧之后但在废气离开流化床之前，可以将反应器分级，连续重复这些摩尔百分比，以避免或防止燃料颗粒过热，例如可能导致结渣。

图7是根据本申请的一个方面的多级处理系统的简化示意图，该系统通常由附图标记10'表示。处理系统10'在某种程度上类似于上述处理系统10，其中类似的项目通过添加“'”来类似地编号。

如图所示，根据本申请，含碳燃料通过管线12'以及氧气通过管线14'分别被引入（例如喷射）富氧燃烧反应器系统16'中。富氧燃烧反应器系统16'是由阶段16'a、16'b和16'c组成的多级反应器系统。富氧燃烧反应器系统16'可以理想地形成或产生动力和产物气体，例如CO₂，H₂O（例如蒸汽）和其他气体，其中产物气体由管线22'表示。

在图7中，示出了富氧燃烧反应器系统16'，其中来自第一阶段16'a的产物气体被描绘为经由管线21'a输送至第二阶段16'b；来自第二阶段16'b的产物气体被描绘为经由管线21'b输送至第三阶段16'c；以及来自第三阶段16'c的产物气体描绘为经由管线21'c输送。例如由线24'表示，至少一部分的反应器系统产物气体21'c可以再循环回到富氧燃烧反应器系统16'。

根据本申请的一个方面，加入足够的氧（例如14'a、14'b和14'c）以使得每个阶段在开始时的氧摩尔百分比可高达20mol%，例如高达18mol%，或高达16-18mol%。如果需要，添加的氧气和再循环的CO₂和蒸汽可以在第一阶段中预混合。根据本申请的某些优选方面，在每个阶段开始时的氧摩尔百分比可以在至少8mol%至最多12mol%的范围内。在每个阶段结束时的残余氧含量优选小于约3mol%，更优选约1mol%。

此外，阶段的数量可以是2、3或4或更多，但是更多阶段增加了复杂性和成本。为了限制设计复杂性和成本以及使床流化气体（例如再循环废气）的压力损失最小化，2-3个阶段通常是优选的阶段数量。在实践中，通常根据脱挥发分和燃烧反应的间距来选择阶段的数量，其取决于燃料类型并且可以通过用感兴趣的燃料进行实验来确定。所得到的阶段数量将决定必须对废气进行的压缩工作以流化床。

在最后阶段结束时，混合的气体优选保留0.7摩尔％至1摩尔％的氧气，这简化了气体净化的同时防止CO形成，但最大限度地减少氧气的生产过剩。然而，在各阶段之间，废气可含有高达3-5％（摩尔）的氧气，以防止、避免或最小化对内部构件的损害。

燃烧含碳材料（比如煤）的富氧燃烧方法面临许多挑战。例如，在吹气式燃烧器中，过量氧通常高达5％，并且在燃烧器中通常保持这样以避免还原气氛，其对金属表面是有害的。本申请允许这种含碳材料在相对低氧水平的快速燃烧，而不是通过使用某些高合金材料（其是昂贵的）或通过喷射过量氧（这也是昂贵的）来解决这个问题或顾虑。通过在流化床中采用或使用非常细粉煤，可以有利地加速燃烧速率。然而，使用细粉煤可导致非常高的颗粒温度，甚至在床内热交换器表面，导致所述床表面结渣和结垢。根据本申请实施方式的优选方面，可以有利地控制反应速率，通过降低局部氧分压（例如通过控制氧摩尔百分比）来降低颗粒温度。

根据本申请，可以理想地采用一种或多种方法或技术来控制局部氧气摩尔百分比小于20％或小于18％，可以如所希望的那样来缓和煤和灰分颗粒的燃烧温度。例如，在每个阶段，氧气喷射器被理想地放置在煤喷射器附近，以使得它们的羽流重叠并且充分混合，以及分布均匀。因此排除了减少区域。

阶段的数量(级数)可以少至2至4个，或者多至为100或200个微阶段，每个微阶段占据约2-6立方英尺的局部环境。水平地，氧气和燃料混合物可以通过各种喷射装置或方案适当地控制。例如，在一个实施方式中，阶段可以通过内部热交换器表面垂直分开，例如占据多达横截面积的50％和多达35％的气体体积，或者仅占少至横截面积的40％，和仅占少至气体体积的20％。

在一个优选的实施方式中，床材料（例如白云石和含碳材料（例如煤固体颗粒））被分别调整尺寸，以使得它们能够被夹带（例如，能够从反应器中吹出）并输送到过滤器、旋风分离器和其他烟气净化设备。

本领域技术人员在本文提供的教导的指导下将理解并意识到，富氧燃烧处理采用再循环废气作为流体气体的主要成分的操作允许通过作为摩尔百分比的氧气流率的适当控制以获得许多令人惊讶和有益的结果。主要是，其中在氧气摩尔百分比与废气再循环质量流量之间的有一个紧密反比关系，以及这具有显著的结果。其次是床锥度的大小。第三个令人惊讶的结果是可以从床内热交换器和对流热交换器以不同摩尔百分比除去的热量的相对大小。这可以被视为再循环气体流率的大小和减少气体温度到再循环气体温度所需的焓的直接结果。

作为示例，下面的表1中示出了几个潜在的操作条件，每个操作条件将满足标称的1 GWth煤流率。最后阶段在废气中通常会接收较少的氧气以修正最终氧气摩尔比：

表1：

根据一个实施方式，以低局部摩尔百分比操作的流化床反应器可通过增加阶段数量（级数）获得高的总体系统摩尔比。例如，通过采用6个阶段，相同的总体氧气系统平衡28％可以与将氧气限制在8%或9％的系统相匹配。

尽管这些设计似乎具有不同的设计条件，但单床设计能够在一定的速度范围内运行，其具有相对恒定和可预测的传热、鼓泡活动、空隙率和低压振荡的流化制度，在流化床中所有这些都可以是理想的特性。此外，这仅仅是一个说明性示例，其假设所有三个阶段的燃料流率相同。改变第一、第二、第三和其他阶段（级）之间的燃料流量比的设计可以这样的方式操作，即单个床直径和锥度可以通过改变每个阶段的燃料平衡和改变每平方米床面积的燃料浓度来管理一系列流率和氧气摩尔百分比。以这种方式设计和操作的流化床可以提供或产生各种操作和性能上优点或益处，包括：例如，改进或增加的燃料灵活性，更高的调节能力中的一个或多个，以及当与富氧燃烧系统相比时，设计一系列冷却剂温度变化,来一次引入所有氧气并且不分级燃烧。此外，通过使用细粉碎的含碳材料（如细粉煤）和非常高的换热器表面积/床体积比，反应器的绝对尺寸（例如以MW / m ³测量）可以增加几倍。

例如，用于吹气加压流化床调节器的现有商业规模的床内热交换器采用体积分数为流化床的5％至14％的换热器。根据一个优选实施方式，本申请被设计具有占据至少20％或24％，以及高达32％或35％体积的热交换器和较小直径的管，这进一步降低了每兆瓦的床体积。

本申请至少部分地借助于控制喷射和床挡板中的一种或多种，允许精细控制氧气而不会不利地影响床或碳燃尽。例如，流化床可包含一个或多个或一系列的热交换器，其执行一个或多个或一些非常重要的功能。例如，一个或多个热交换器可以用于从燃烧过程中移除热量并将其传递到冷却剂（工作流体，例如蒸汽或超临界CO₂）。一个或多个热交换器可用作泡沫破碎器以确保平稳且无振荡的流化。一个或多个热交换器可以作为阶段挡板以防止过度的回混，该过度的回混已知会导致固体的过量传质和固体/气体混合和停留时间不足，从而导致低碳燃尽和低效运行。

现在参考图2-6，其示出了几种上述布置、设计或技术，通过它们可以实现含碳燃料和氧气的所需混合。所有这些布置、设计或技术具有额外的益处，即它们可以被廉价地制造，例如，通过使用称为“选择性激光熔化”的相对新的添加制造方法，或允许形成复杂的形状的仅为传统加工和焊接的一小部分成本的其他类似添加技术。

首先转到图2，示出了通常由附图标记210标识以及有时被称为异质配对(unlikedoublet)的布置、设计或技术。在异质配对210中，每个燃料喷射器212与氧气喷射器214配对，以至于燃料喷射器羽流216和氧气喷射器羽流218具有匹配的动量。羽流216和218相互作用以形成均匀混合的片(sheet)220。这种布置、设计或技术可有利地提供或导致在床中横向散布燃料，对于流化床这种混合方向通常已知是较差的。

图3示出了通常由附图标记230标识并且有时称为同轴溅板式喷射器的布置，设计或技术。

在同轴溅板式喷射器230中，含碳燃料通过中心管232供给以碰撞第一防溅板234并且被重新定向以初始地以360°的方式向外流动，通常垂直于中心管232，例如用于由含箭头236表示的页面的平面中。所述含氧气体通过围绕中心管232设置的环形流动路径238供给，以冲击（碰撞）第二防溅板240并被重新定向以初始地以360°的方式向外流动，通常垂直于中心管232，例如在由箭头242表示的页面的平面中，并且平行于含碳燃料的重新定向的初始流。

以这种方式，含碳燃料（例如煤）和氧气都被引入平行板中，该平行板在剪切层中混合。这些流的动量不是以与异质配对装置匹配（即图2中所示以及上面描述的异质配对装置匹配）相同的方式进行匹配。替代地，这些流的设计使得一“片”的速度大约是另一“片”的速度的两倍。该设计的优点在于，经由中心管232输送的含碳燃料通过在环形空间238中流动的较冷氧气受到保护或与燃烧热量隔离。

图4和图5示出了另一种同轴装置（通常用附图标记250表示），用于将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器。在装置250中，含碳燃料通过中心管252供给，含氧气体通过围绕中心管252设置的环形流动路径254供给。同轴装置250还包括多个侧排出口256，中心侧排出一部分含碳燃料（例如通过出口262）同时通过环形羽流264排出含氧气体。

类似于上述同轴溅板式喷射器230的，装置250可有利地用于借助在环形流动路径254中流动的较冷氧气保护或隔离通过中心管252输送的含碳燃料免受燃烧热。

装置250可以提供或导致侧排出口256在流化床中被利用从而产生或形成磨损增加。可以理解，流化床通常被设计以避免或防止磨损。然而，在本申请中，来自含碳燃料（例如煤灰）和/或床料（例如白云石）的残余物可以优先通过夹带从流化床输出或搬出。为了增加或最大化硫捕获潜力，床材料白云石或石灰石颗粒优选以大于最大可夹带颗粒的尺寸喷射。然而，如果这些颗粒被磨损到随后可夹带的尺寸，所述材料不必通过热床除灰系统除去，而是可替代的通过过滤系统除去，例如在与对流换热器交换热量之后。这具有降低大型除灰系统以及这些固体处理阀的维护的资金成本的优点。此外，白云石的夹带可以起到清洁对流换热器表面的作用，例如否则会随时随着飞灰而弄脏。

在该同轴设计中，附图描绘了处于预制状态的单个元件，例如在焊接到较长的喷射栅格管阵列之前。

根据用于将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器的另一实施方式，图6示出了通常由附图标记270表示的装置。在装置270中，含碳燃料通过导管272输送并通过出口274排出以此形成燃料羽流276，同时含氧气体通过导管282输送并通过出口284排出以此形成含氧气体羽流286。如图所示，导管272和282通常是平行的但处于不同的水平或垂直高度，伴随氧气被喷射到燃料下方。以这种方式，氧气羽流以常规的分布器网格方式被引入流化床，伴随氧气被喷射到燃料下方。与其他设计类似，这些分布器网格可以有利地将氧气和燃料以一比一的比率流入或流出。

因此，根据本申请一个方面，提供了喷射氧气和含碳燃料的方法和系统，其改善和/或更好地控制其在富氧燃烧处理中的混合。

根据另一方面，本申请提供了至少部分地通过使用分级燃烧，以相对低的成本改善或优化CO₂捕获并且允许达到高效率的系统和方法。

根据另一个方面，本申请允许减小反应器尺寸并且能够改进使用密集包装的热交换器表面，例如实现推进完全燃烧、缓和床温度、降低资本成本和减少废弃中的一个或多个目的。

权利要求书并不意旨包括并且不应当被解释为包括装置加功能或步骤加功能的限制，除非这种限制分别使用措词“用于……的装置”或“用于…… 的步骤”明确记载在给定的权利要求中。

在此说明性地公开的本申请可适当地在不具有本文未具体公开的任何要素、部分、步骤、组分或成分的情况下实施。

虽然在前面的详细描述中已经结合本申请的某些优选实施方式描述了本申请，并且已经出于说明的目的阐述了许多细节，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以附加实施方式，且在不脱离本申请的基本原理的情况下，可以显着改变本文所述的某些细节。

Claims

1.一种燃烧含碳燃料的方法，其特征在于，所述方法包括：

将含碳燃料和含氧气体引入分级流化床反应器，其中，含碳燃料包括选自煤、石油焦、生物质及其组合的固体，含碳燃料和含氧气体通过包含惰性材料、白云石或其组合的流化床洗脱；含氧气体包括氧气、再循环的CO₂和蒸汽的混合物，其中足够的氧气被加入到再循环的CO₂和蒸汽中，每个阶段的混合物含有7～20 mol％的氧气；

含碳燃料和含氧气体在彼此足够接近的位置引入流化床中，以避免在该位置产生还原气氛；

燃烧含碳燃料和至少一部分含氧气体以至少产生CO₂和蒸汽；和

将所产生的CO₂和蒸汽的至少一部分作为含氧气体的一部分再循环到流化床反应器中，使得供给反应器的氧气总量大于20％，但每个阶段供给的氧气量不超过20％；

每个阶段具有开端和末端，每个阶段的开端具有至少为7％且至多为20％的氧气摩尔百分含量，并且在最后阶段之前每个阶段的末端具有不超过3mol％的氧气含量，最后阶段的末端具有0.7～1.0mol％的氧气含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含碳燃料包括天然气。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，流化床反应器包括至少一个床内热交换器。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，流化床反应器包括多个床内热交换器，所述多个床内热交换器占据流化床反应器体积的20-35％。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，流化床反应器包括多个垂直分离的阶段，其中至少一对相邻的垂直分离的阶段通过内部热交换器表面分隔。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器中实现了含碳燃料和氧气的所需混合。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器包括：通过异质配对装置将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器中，其中燃料喷射器与含氧气体喷射器配对，其中燃料喷射器和含氧气体喷射器产生匹配的动量羽流，并且所述动量羽流相互作用以形成均匀混合的片。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器包括：通过同轴溅板式喷射器将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器中，其中含碳燃料通过中心管供给以冲击第一防溅板并且被重定向成垂直于中心管初始地向外流动，并且含氧气体通过围绕中心管设置的环形流动路径供给以冲击第二防溅板被重新定向成垂直于中心管初始地向外流动并平行于被重新定向的含碳燃料的初始流。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器包括：通过同轴装置将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器，其中含碳燃料通过中心管供给，含氧气体通过围绕中心管设置的环形流动路径供给，所述同轴装置还包括多个侧排出口，这些侧排出口的中心排出一部分含碳燃料并伴随着含氧气体的环形羽流。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将含碳燃料和含氧气体引入流化床反应器包括：将含碳燃料和含氧气体平行且垂直间隔地引入流化床反应器。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法为在富氧燃烧反应器中燃烧含碳燃料的改进方法，改进方法包括：将富氧燃烧反应器内的局部氧含量控制在小于20mol％。

12.一种处理系统，其特征在于，包括：

分级流化床反应器，其中含碳燃料和含氧气体通过包含惰性材料、白云石或其组合的流化床洗脱；含碳燃料包括天然气；

其中含氧气体包括氧气、再循环的CO₂和蒸汽的混合物，其中足够的氧气被加入到再循环的CO₂和蒸汽中，每个阶段的混合物含有7～20mol％的氧气；

其中含碳燃料和含氧气体在彼此足够接近的位置喷射到流化床中，以避免在该位置产生还原气氛；

13.根据权利要求12所述的处理系统，其特征在于，含碳燃料包括选自煤、石油焦、生物质及其组合的固体。

14.根据权利要求12所述的处理系统，其特征在于，流化床反应器包括至少一个床内热交换器。

15.根据权利要求14所述的处理系统，其特征在于，流化床反应器包括多个床内热交换器，所述多个床内热交换器占据流化床反应器体积的20～35％。