CN112555834A - 一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，包括化学链空分装置、垃圾焚烧炉以及烟气处理装置，化学链空分装置包括吸氧反应器和释氧反应器；垃圾焚烧炉包括炉体、过热器和省煤器；烟气处理装置包括脱酸装置、除尘装置、洗涤塔、蒸气‑烟气换热器、SCR反应器和碳捕集装置，SCR反应器的出口设有烟气分支管道，烟气分支管道与释氧反应器连通。本发明耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法包括步骤：S1、分别吸氧反应和释氧反应；S2、释氧反应器产物通入垃圾焚烧炉，燃烧烟气进入烟气处理装置；S3、烟气经脱酸装置、除尘装置、洗涤塔、蒸气‑烟气换热器和SCR反应器处理；S4、处理后烟气一部分进入释氧反应器中，另一部分进入碳捕集装置。

Description

一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统及方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体地说，本发明涉及一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统及方法。

背景技术

随着我国城市化进程和经济的不断发展，城市生活垃圾量逐步增加，“垃圾围城”的问题亟需解决。当前垃圾无害化处理方式主要有焚烧、填埋、堆肥等三种方式。其中，垃圾焚烧由于具有无害化、减量化、资源化等优点，因此成为了当前主流的垃圾处理方式，同时也给垃圾焚烧发电提供了契机。

由于温室效应日渐加剧，CO₂减排与捕集成为应对全球气候变化的关键举措。当前，电力行业是我国最大的二氧化碳排放来源，因此垃圾焚烧发电厂在解决城市生活垃圾的同时也应当考虑如何对其产生的烟气进行CO₂捕集。化学链空分技术是新型的制氧技术，它具有低能耗制氧的优势。将化学链空分技术与传统电厂相结合，将电厂的尾部烟气与制取的氧气混合代替空气与燃料燃烧，那么产物中主要是CO₂和H₂O，通过简单冷凝分离过程即可获得高纯度CO₂，实现了CO₂减排与捕集。

与此同时，因为垃圾焚烧产生的烟气中水蒸气和HCl含量较高，导致其余热锅炉低温腐蚀较严重，垃圾焚烧厂中空气预热器中普遍采用蒸气，如汽包抽取的饱和蒸气和一次母管的蒸气作为加热介质对空气进行预热，据估计所利用的蒸气量一般占蒸气总量10％-15％，这将降低电厂的发电效率。

综上所述，亟需提供一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统及方法，以解决现有技术的垃圾焚烧系统中所存在的空气与垃圾的直接燃烧，产生大量热力型NO_x以及CO₂捕集等技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统及方法，以解决现有技术的垃圾焚烧系统中所存在的空气与垃圾的直接燃烧，产生大量热力型NO_x以及CO₂等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，包括通过管道依次连接在一起的化学链空分装置、垃圾焚烧炉以及烟气处理装置，所述化学链空分装置包括吸氧反应器和释氧反应器；所述垃圾焚烧炉包括炉体、过热器和省煤器；所述烟气处理装置包括通过管道依次连接的脱酸装置、除尘装置、洗涤塔、蒸气-烟气换热器、SCR反应器和碳捕集装置，所述SCR反应器的出口还设置有烟气分支管道，所述烟气分支管道与所述释氧反应器连通。

在上述实施方式的基础上，在另一改进的实施方式中，所述吸氧反应器和/或所述释氧反应器为固定床形式或移动床形式或流化床形式。

在上述实施方式的基础上，在另一改进的实施方式中，所述炉体与所述过热器之间的管道内还设置有SNCR处理器。

在上述实施方式的基础上，在另一改进的实施方式中，所述化学链空分装置还包括2个换热器和2个旋风分离器，所述吸氧反应器的入口和所述释氧反应器的出口分别设置有1个所述换热器和1个所述旋风分离器。

在上述实施方式的基础上，在另一改进的实施方式中，所述脱酸装置为旋转喷雾半干式脱酸装置，用于喷施石灰浆。

在上述实施方式的基础上，在另一改进的实施方式中，所述脱酸装置和所述除尘装置之间的管道内还设置有活性炭喷施器，用于喷施活性炭。

在上述实施方式的基础上，在另一改进的实施方式中，所述化学链空分装置还包括太阳能加热装置，所述太阳能加热装置用于向所述释氧反应器提供热量。

在上述实施方式的基础上，在另一改进的实施方式中，所述化学链空分装置还包括外部管道反应器，所述释氧反应器的出口处的管道上还设置有产气分支管道，所述产气分支管道与所述外部管道反应器连通，所述外部管道反应器用于通入可燃气体与所述产气分支管道中通入的氧气进行燃烧反应，并向所述释氧反应器提供热量；所述外部管道反应器的烟气出口通过管道与碳捕集装置连通。

本发明还提供一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法，采用如上所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统进行垃圾焚烧处理，具体包括以下步骤：

S1、向吸氧反应器中通入空气，氧载体在吸氧反应器中发生氧化反应并进行吸氧反应，氧载体携带吸氧反应器中释放的热量进入释氧反应器中发生还原反应并进行释氧反应，还原反应后的氧载体再次进入到吸氧反应器中；

S2、所述步骤S1中的释氧反应器所生成的富氧气流直接通入垃圾焚烧炉的炉体中，与垃圾发生燃烧反应，炉体中产生的烟气经过过热器和省煤器与蒸气和给水换热后即进入烟气处理装置；

S3、所述步骤S2中进入烟气处理装置的烟气，依次经过脱酸装置、除尘装置、洗涤塔、蒸气-烟气换热器和SCR反应器分别进行脱酸、除尘、减湿除酸、烟气加热和脱销反应；

S4、所述步骤S3中经过SCR反应器处理后的烟气，一部分经由烟气分支管道进入到释氧反应器中，另一部分进入到碳捕集装置中进行二氧化碳与水蒸气的分离处理。

在上述实施方式的基础上，在另一改进的实施方式中，所述步骤S1中，释氧反应器与吸氧反应器的反应温度为850℃-1050℃，氧载体为铜基金属氧化物CuO/Cu₂O、锰基金属氧化物Mn₂O₃/Mn₃O₄、钴基金属氧化物Co₃O₄/CoO的任意一种或两种及两种以上的混合。

本发明还提供一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法，采用如上所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统进行垃圾焚烧处理，具体包括以下步骤：

S1、向吸氧反应器中通入空气，氧载体在吸氧反应器中发生氧化反应并进行吸氧反应，氧载体携带吸氧反应器中释放的热量进入释氧反应器中发生还原反应并进行释氧反应，还原反应后的氧载体再次进入到吸氧反应器中；

S2、所述步骤S1中的释氧反应器所生成的富氧气流，一部分通过产气分支管道进入到外部管道反应器中，另一部分直接通入垃圾焚烧炉的炉体中进行垃圾发生燃烧反应，炉体中产生的烟气经过过热器和省煤器与蒸气和给水换热后即进入烟气处理装置，外部管道反应器中反应后的烟气通过管道进入到碳捕集装置中；

S3、所述步骤S2中进入烟气处理装置的烟气，依次经过脱酸装置、除尘装置、洗涤塔、蒸气-烟气换热器和SCR反应器分别进行脱酸、除尘、减湿除酸、烟气加热和脱销反应；

S4、所述步骤S3中经过SCR反应器处理后的烟气，一部分经由烟气分支管道进入到释氧反应器中，另一部分进入到碳捕集装置中进行二氧化碳与水蒸气的分离处理。

本发明的技术方案所取得的有益技术效果是：

1.本发明的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，在垃圾焚烧系统中耦合了化学链空分制氧技术，一方面垃圾焚烧炉燃烧生成的烟气在经过烟气净化单元后，主要成分为二氧化碳和水蒸气，通过冷凝分离的方式即可获得高纯度二氧化碳，这减缓了对温室效应的影响；另一方面因为采用化学链空分制氧技术向垃圾焚烧炉提供了富氧气流(CO₂+H₂O+O₂)，无需空预器加热可直接通入垃圾焚烧炉中与垃圾发生燃烧反应，进而避免了空气与垃圾的直接接触，避免了热力型NO_x的生成，显著降低了垃圾焚烧的大气污染；

2.本发明的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法，利用了化学链空分技术生成富氧气流，直接用于垃圾焚烧，一方面避免了空气与垃圾的直接燃烧，另一方面化学链空分制氧技术通过吸氧反应器与释氧反应器分别进行化合反应与分解反应，理想状况下化合反应释放的热量能满足分解反应吸收的热量，实际条件下也只需要外界提供少部分的能量即可保证氧载体在释氧反应器和吸氧反应器之间的循环，因此化学链空分制氧相比于传统的制氧技术具有更低的成本的优势。

3.本发明的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法，利用了SCR反应器出口的部分烟气作为循环烟气，具有优良的技术效果。

第一，通过优化SCR反应器的温度为200-250℃，利用SCR反应器的出口的烟气作为循环烟气(循环烟气的温度为200-250℃)，该循环烟气通过烟气分支管道进入到释氧反应器中，在释氧反应器中作为流化气，并携带释氧反应器中生成的氧气(也即富氧气流)形成混合气流。SCR反应器的出口烟气的温度刚好满足一般垃圾焚烧炉送入炉膛的空气温度，因此释氧反应器所生成的富氧气流对循环烟气进行换热后，无需空预器加热可直接通入垃圾焚烧炉中与垃圾发生燃烧反应；而在现有技术中向炉体通入氧气或者空气时还需要先通过空气预热器对氧气或者空气进行加热。本方法中无需使用空气预热器，进而省去了传统垃圾焚烧厂中利用汽包抽取的饱和蒸气和一次母管的蒸气作为加热介质对空气进行预热对空气进行预热节约大量宝贵的蒸气资源，可以显著降低垃圾焚烧的成本以及能耗，起到了节能的作用。本发明中通过合理地选择循环烟气的循环位置，也即将SCR反应器的出口部分烟气作为循环烟气进入到释氧反应器中，而将SCR反应器的出口的烟气温度调整为200-250℃，满足垃圾焚烧炉的入口温度需求。

第二，该循环烟气进入到释氧反应器后，在化学链空分装置的反应过程中还充当着流化气的作用。也即循环烟气在释氧反应器中充当惰性组分，降低平衡氧分压，使反应朝着释氧的方向进行；同时产生的氧气(也即富氧气流)也需要气流来携带着进入到垃圾焚烧炉中。现有技术中的化学链空分系统均使用水蒸气来作为循环介质，比如“一种基于化学链空分制氧和燃烧前CO₂捕集的发电系统”专利中，即利用水蒸气作为流化介质。但是申请人前期进行了研究发现，使用烟气作为流化气比使用水蒸气作流化气要更加地降低能耗。在化学链空分系统中使用循环烟气作为流化气的能耗比使用水蒸气作为流化气的能耗要低很多，同时也节约了加热水蒸气所需的宝贵能源。而且循环烟气在进入释氧反应器之后，与富氧气流进行换热，并作为流化气携带富氧气流进入到炉体中，不仅推动了释氧反应器中还原反应的发生，还推动了反应后的氧气进入到垃圾焚烧炉的炉体中，保证整个垃圾焚烧过程的顺利进行。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1中耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统的结构组成示意图(箭头示意流向)；

图2为实施例1中耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法的流程示意图(箭头示意流向)；

图3为实施例2中耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统的结构组成示意图(箭头示意流向)；

图4为实施例3中耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统的结构组成示意图(箭头示意流向)。

附图标记：

1-吸氧反应器 2-释氧反应器 3-炉体

4-过热器 5-省煤器 6-脱酸装置

7-除尘装置 8-洗涤塔 9-蒸气-烟气换热器

10-SCR反应器 11-碳捕集装置 12-外部管道反应器

13-垃圾焚烧炉 14-烟气净化单元 15-太阳能加热装置

A-循环烟气 B-空气 C-高纯度二氧化碳

D-富氧气流 E-甲烷燃烧尾气

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

实施例1

参考附图1的示意，本实施例中的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，包括通过管道依次连接在一起的化学链空分装置、垃圾焚烧炉13以及烟气处理装置，化学链空分装置包括吸氧反应器1和释氧反应器2；垃圾焚烧炉13包括炉体3、过热器4和省煤器5；烟气处理装置包括通过管道依次连接的脱酸装置6、除尘装置7、洗涤塔8、蒸气-烟气换热器9、SCR反应器10和碳捕集装置11，SCR反应器10的出口还设置有烟气分支管道，烟气分支管道与释氧反应器2连通。其中烟气处理装置包括烟气净化单元14和碳捕集装置11，也即烟气净化单元14包括通过管道依次连接的脱酸装置6、除尘装置7、洗涤塔8、蒸气-烟气换热器9以及SCR反应器10，垃圾焚烧炉13中的烟气先经过烟气净化单元14处理后，一部分经过烟气分支管道进入到释氧反应器2中，另一部分进入到碳捕集装置11中。烟气分支管一端连接在SCR反应器10的出口的管道上，另一端连接在释氧反应器2的顶端。

参见附图1所示，本实施例中进入烟气处理装置的烟气，依次经过脱酸装置6、除尘装置7、洗涤塔8、蒸气-烟气换热器9和SCR反应器10分别进行脱酸、除尘、减湿除酸反应之后，烟气还需要通入至SCR反应器10(SCR即选择性催化还原法)中进行处理。因为SNCR法的脱除效率只有50％左右，为了达到我国NO_x超低排放标准，因此在烟气处理的尾部还需要添加SCR脱硝装置。烟气在进入SCR反应器10之前还需要通过蒸气-烟气换热器9，将烟气的温度提高到200℃及以上。一般的，SCR反应器10的脱硝温度在180～300℃之间，(其中180-250℃范围的为低温催化剂，250-300℃范围的为中温催化剂)，具体温度还需要考虑所选用的脱硝催化剂的反应温度区间，在本实施例中设置为200℃～250℃之间。在垃圾焚烧炉13中，为了保证垃圾的稳定燃烧，助燃空气的温度一般在200℃左右，所以在SCR反应器10的出口，分离一部分烟气作循环烟气并通入释氧反应器2中，循环烟气带着氧载体释放的氧气(也即富氧气流)成为混合烟气，再一起通入到垃圾焚烧炉13中作为可燃烧气体与垃圾发生燃烧反应；而另一部分经过在SCR反应器10处理后的烟气则通入到碳捕集装置11中，通过压缩冷凝的方式将二氧化碳与水蒸气进行分离，进而获得高纯度的CO-2。

本实施例的垃圾焚烧系统中耦合了化学链空分装置，一方面垃圾焚烧炉13燃烧生成的烟气在经过烟气净化单元14后，主要成分为二氧化碳和水蒸气，进入到碳捕集装置11后通过冷凝分离的方式即可获得高纯度二氧化碳，这减缓了对温室效应的影响；另一方面因为采用化学链空分制氧技术向垃圾焚烧炉13提供了富氧气流(主要成分为CO₂+H₂O+O₂)，无需空预器加热可直接通入垃圾焚烧炉13中与垃圾发生燃烧反应，同时避免了热力型NO_x的生成；利用SCR反应器10的出口的烟气(主要成分为CO₂+H₂O)作为循环烟气(循环烟气的温度在200-250℃之间)，循环烟气通过烟气分支管道进入到释氧反应器2中，可以作为流化气，携带释氧反应器2中生成的氧气(也即富氧气流)成为混合烟气(循环烟气和富氧气流混合后的主要成分仍为主要成分为CO₂+H₂O+O₂)，并直接通入垃圾焚烧炉13中以保证垃圾的稳定燃烧，省去了传统垃圾焚烧厂中利用汽包抽取的饱和蒸气和一次母管的蒸气作为加热介质对空气进行预热对空气进行预热节约大量宝贵的蒸气资源。

在本实施例中吸氧反应器1和释氧反应器2为固定床形式。在其它的实施例中，吸氧反应器1或释氧反应器2可以设置为移动床形式或流化床形式，均不影响化学链空分装置以及整个垃圾焚烧系统的功能实现。

在上述实施例的基础上，在另一改进的实施例中，炉体3与过热器4之间的管道内还设置有SNCR处理器。这样设置，垃圾焚烧炉13产生的烟气首先经过SNCR处理，即选择性非催化还原，在焚烧炉上方处喷入还原剂，一般为氨水、尿素等，用于将烟气中的氮氧化物还原为氮气和水。烟气经过SNCR处理后，再进入到过热器4和省煤器5进行与蒸气和给水换热后再进入烟气处理装置。

在上述实施例的基础上，在另一改进的实施例中，化学链空分装置还包括2个换热器和2个旋风分离器，吸氧反应器1的入口和释氧反应器2的出口分别设置有1个换热器和1个旋风分离器。参见附图1所示，首先空气进入到吸氧反应器1中，与吸氧反应器1中的低势氧载体Me发生氧化反应，低势氧载体Me吸收空气中的氧成为高势氧载体MeO；之后高势氧载体MeO与贫氧空气通过旋风分离器(图中未画出)进行分离，其中贫氧空气通过换热器(图中未画出)与给水换热，换热后的贫氧空气排放至大气中。高势氧载体MeO进入到释氧反应器2中，此时从SCR反应器10的出口通入的循环烟气作为流化气，高势氧载体MeO在一定的温度和氧分压条件下进行还原反应并释氧反应，生成的富氧气流(主成分为CO₂+H₂O+O₂)在释氧反应器2的出口处的换热器中对循环烟气进行换热(换热后的富氧气流温度仍在200℃以上)，无需空预器加热可直接将混合烟气通入垃圾焚烧炉13中与垃圾发生燃烧反应。

本实施例中，化学链空分装置中所采用的氧载体为铜基金属氧化物CuO/Cu₂O。在其它实施中，可以采用锰基金属氧化物Mn₂O₃/Mn₃O₄、钴基金属氧化物Co₃O₄/CoO的任意一种或者两种及两种以上的混合作为氧载体。

在上述实施例的基础上，在另一改进的实施例中，脱酸装置6为旋转喷雾半干式脱酸装置，用于喷施石灰浆进而与烟气中的SO₂，HCl和HF等污染物发生中和反应，同时还使二噁英和重金属凝结，以去除烟气中的酸性物质和重金属。

在上述实施例的基础上，在另一改进的实施例中，脱酸装置6和除尘装置7之间的管道内还设置有活性炭喷施器，用于喷施活性炭，进一步吸收烟气中的二噁英和汞。

在上述实施例的基础上，在另一改进的实施例中，除尘装置7为布袋除尘器，用于分离烟气中的灰尘和固体颗粒，同时布袋除尘器中粘附的粉尘中含有石灰浆和活性炭，因此可以延续中和反应和吸附粉尘中的有害物。

在上述实施例的基础上，在另一改进的实施例中，洗涤塔8为湿式洗涤塔8，通过注入NaOH溶液，与烟气中的SO_x、HCl、HF等酸性气体进行化学反应，减湿的同时进一步吸收烟气中的上述酸性气体。随着上述酸性气体的脱除，烟气不再具有低温腐蚀性，同时垃圾焚烧产生的K、重金属等易造成SCR反应器10中催化剂中毒的成分也在除尘器中脱除了。

参见附图2的示意，采用本实施例的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统进行垃圾焚烧处理时的方法，具体包括以下步骤：

S1、向吸氧反应器1中通入空气，氧载体在吸氧反应器1中发生氧化反应并进行吸氧反应，氧载体携带吸氧反应器1中释放的热量进入释氧反应器2中发生还原反应并进行释氧反应，还原反应后的氧载体再次进入到吸氧反应器1中；

S2、步骤S1中的释氧反应器2所生成的富氧气流直接通入垃圾焚烧炉13的炉体3中，与垃圾发生燃烧反应，炉体3中产生的烟气经过过热器4和省煤器5与蒸气和给水换热后即进入烟气处理装置；

S3、步骤S2中进入烟气处理装置的烟气，依次经过脱酸装置6、除尘装置7、洗涤塔8、蒸气-烟气换热器9和SCR反应器10分别进行脱酸、除尘、减湿除酸、烟气加热和脱销反应；

S4、步骤S3中经过SCR反应器10处理后的烟气，一部分经由烟气分支管道进入到释氧反应器2中，另一部分进入到碳捕集装置11中进行二氧化碳与水蒸气的分离处理。

结合附图1和附图2的示意，介绍本实施例中耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统中气体的流转过程。

首先是空气进入到吸氧反应器1中，与吸氧反应器1中的低势氧载体Me发生氧化反应，低势氧载体Me吸收空气中的氧成为高势氧载体MeO；之后高势氧载体MeO与贫氧空气分离，其中贫氧空气通过换热器(图中未画出)换热后再放至大气中。从SCR反应器10出口分离部分烟气作循环烟气，并通入释氧反应器2中起到流化气的作用，高势氧载体MeO在一定的温度和氧分压条件下进行释氧反应，生成的富氧气流在释氧反应器2的出口处的换热器中对循环烟气进行换热后，无需空预器加热可直接将混合烟气通入垃圾焚烧炉13中与垃圾发生燃烧反应。还原后的低势氧载体Me则再次进入到吸氧反应器1中进行循环。

然后，垃圾焚烧炉13产生的烟气经过过热器4和省煤器5与蒸气和给水换热后即进入烟气处理装置。

接着，烟气首先经过脱酸装置6，脱酸装置6的出口烟气预设温度在150℃左右；脱酸装置6出口处的烟气再进入除尘装置7；经过除尘装置7之后，烟气通过蒸气-烟气换热器9进行加热到200℃及以上；之后烟气还需要通入至SCR(即选择性催化还原法)反应器中进行处理，SCR反应器10的脱硝温度在180-300℃之间(其中180-250℃范围的为低温催化剂，250-300℃范围的为中温催化剂)，本实施例中脱硝温度为200-250℃之间。在SCR反应器10出口分离一部分烟气作循环烟气并通入释氧反应器2；而另一部分烟气则通入碳捕集装置11，通过压缩冷凝的方式将二氧化碳与水蒸气进行分离，进而获得高纯度的CO₂。

实施例2

参考附图3的示意，与实施例1中的结构相比，本实施例的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统在包含实施例1中各结构的上，本实施例中的化学链空分装置还包括太阳能加热装置15，太阳能加热装置15用于向释氧反应器2提供热量。

由于实施例1中释氧反应器2与吸氧反应器1的反应温度为850℃-1050℃。在实际运行过程中，吸氧反应器1中氧载体Me与空气中的氧发生氧化反应，放出热量；释氧反应器2中氧载体MeO进行分解反应释放氧气，吸收热量。实际情况下存在散热损失，氧载体也无法携带吸氧反应器1中全部释放的热量，因此需要外界提供部分热量，以维持释氧反应器2的温度进而维持氧化还原反应过程的进行。在本实施例中，通过添加太阳能加热装置15，向释氧反应器2提供热量。本实施例中采用塔式太阳能加热装置，塔式太阳能加热装置包括接收器、高温储热装置、热交换装置、给水泵、冷凝器、汽轮机和发电机等主要部件，其中热交换装置紧贴于释氧反应器2的外壁，以便向释氧反应器2提供热量。由于塔式太阳能加热装置15属于现有技术，在此对其具体结构之间的连接关系不进行赘述。在其它实施例中可以根据需要选择其他形式的太阳能加热装置15。

本实施例中，通过增加太阳能加热装置15，可以保证化学链空分装置在运行期间，由太阳能加热装置15为释氧反应器2提供热量，维持氧载体MeO进行分解反应释放氧气的反应温度，保证释氧反应的进行，从而保证后续垃圾焚烧炉13中垃圾的充分燃烧。

实施例3

参考附图4的示意，与实施例1中的结构相比，本实施例的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统在包含实施例1中各结构的基础上，本实施例中的化学链空分装置还包括外部管道反应器12，释氧反应器2的出口处的管道上还设置有产气分支管道，产气分支管道与外部管道反应器12连通，外部管道反应器12用于通入可燃气体与产气分支管道中通入的氧气进行燃烧反应，并向释氧反应器2提供热量；外部管道反应器12的烟气出口通过管道与碳捕集装置11连通。

本实施例中在释氧反应器2的外侧添加外部管道反应器12，并将释氧反应器2中产生的氧气(也即富氧气流)的一部分通入到外部管道反应器12，同时向外部管道反应器12通入甲烷气体。这样在外部管道反应器12中甲烷发生燃烧反应并为释氧反应器2提供热量，而且外部管道反应器12中反应后的烟气(CO₂+H₂O)也能通入碳捕集装置11中，再通过压缩冷凝的方式获得高纯度CO₂。这样设置，在向释氧反应器2热量的同时，不会增加其它的污染气体，非常高效。

采用本实施例中的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统进行垃圾焚烧的方法，具体包括以下步骤：

S1、向吸氧反应器1中通入空气，氧载体在吸氧反应器1中发生氧化反应并进行吸氧反应，氧载体携带吸氧反应器1中释放的热量进入释氧反应器2中发生还原反应并进行释氧反应，还原反应后的氧载体再次进入到吸氧反应器1中；

S2、所述步骤S1中的释氧反应器2所生成的富氧气流，一部分通过产气分支管道进入到外部管道反应器12中，另一部分直接通入垃圾焚烧炉13的炉体3中进行垃圾发生燃烧反应，炉体3中产生的烟气经过过热器4和省煤器5与蒸气和给水换热后即进入烟气处理装置，外部管道反应器12中反应后的烟气通过管道进入到碳捕集装置11中；

S3、所述步骤S2中进入烟气处理装置的烟气，依次经过脱酸装置6、除尘装置7、洗涤塔8、蒸气-烟气换热器9和SCR反应器10分别进行脱酸、除尘、减湿除酸、烟气加热和脱销反应；

S4、所述步骤S3中经过SCR反应器10处理后的烟气，一部分经由烟气分支管道进入到释氧反应器2中，另一部分进入到碳捕集装置11中进行二氧化碳与水蒸气的分离处理。

参见附图4的示意，简要介绍本实施例中耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统中气体的流转过程，其中与实施例1中相同的内容在此只做简要叙述。

首先是空气进入到吸氧反应器1中与吸氧反应器1中的低势氧载体Me发生氧化反应，贫氧空气放至大气中。从SCR反应器10出口分离部分烟气作循环烟气，并通入释氧反应器2中起到流化气的作用，释氧反应器2生成的富氧气流与循环烟气进行换热后，成为混合烟气，一部分通过产气分支管道进入到外部管道反应器12中，另一部分直接通入垃圾焚烧炉13中。

然后，垃圾焚烧炉13产生的烟气经过过热器4和省煤器5与蒸气和给水换热后即进入烟气处理装置。

接着，烟气经过烟气净化单元14进行处理，然后在SCR反应器10出口分离一部分烟气作循环烟气并通入释氧反应器2；而另一部分烟气则通入碳捕集装置11，通过压缩冷凝的方式将二氧化碳与水蒸气进行分离，进而获得高纯度的CO2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，其特征在于，包括通过管道依次连接在一起的化学链空分装置、垃圾焚烧炉以及烟气处理装置，所述化学链空分装置包括吸氧反应器和释氧反应器；所述垃圾焚烧炉包括炉体、过热器和省煤器；所述烟气处理装置包括通过管道依次连接的脱酸装置、除尘装置、洗涤塔、蒸气-烟气换热器、SCR反应器和碳捕集装置，所述SCR反应器的出口还设置有烟气分支管道，所述烟气分支管道与所述释氧反应器连通。

2.根据权利要求1所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述吸氧反应器和/或所述释氧反应器为固定床形式或移动床形式或流化床形式。

3.根据权利要求1所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述炉体与所述过热器之间的管道内还设置有SNCR处理器。

4.根据权利要求1所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述化学链空分装置还包括2个换热器和2个旋风分离器，所述吸氧反应器的入口和所述释氧反应器的出口分别设置有1个所述换热器和1个所述旋风分离器。

5.根据权利要求1所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述脱酸装置和所述除尘装置之间的管道内还设置有活性炭喷施器，用于喷施活性炭。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述化学链空分装置还包括太阳能加热装置，所述太阳能加热装置用于向所述释氧反应器提供热量。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述化学链空分装置还包括外部管道反应器，所述释氧反应器的出口处的管道上还设置有产气分支管道，所述产气分支管道与所述外部管道反应器连通，所述外部管道反应器用于通入可燃气体与所述产气分支管道中通入的氧气进行燃烧反应，并向所述释氧反应器提供热量；所述外部管道反应器的烟气出口通过管道与碳捕集装置连通。

8.一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统进行垃圾焚烧处理，具体包括以下步骤：

S1、向吸氧反应器中通入空气，氧载体在吸氧反应器中发生氧化反应并进行吸氧反应，氧载体携带吸氧反应器中释放的热量进入释氧反应器中发生还原反应并进行释氧反应，还原反应后的氧载体再次进入到吸氧反应器中；

S2、所述步骤S1中的释氧反应器所生成的富氧气流直接通入垃圾焚烧炉的炉体中，与垃圾发生燃烧反应，炉体中产生的烟气经过过热器和省煤器后即进入烟气处理装置；

S3、所述步骤S2中进入烟气处理装置的烟气，依次经过脱酸装置、除尘装置、洗涤塔、蒸气-烟气换热器和SCR反应器分别进行脱酸、除尘、减湿除酸、烟气加热和脱销反应；

S4、所述步骤S3中经过SCR反应器处理后的烟气，一部分经由烟气分支管道进入到释氧反应器中，另一部分进入到碳捕集装置中进行二氧化碳与水蒸气的分离处理。

9.根据权利要求8所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法，其特征在于，所述步骤S1中，释氧反应器与吸氧反应器的反应温度为850℃-1050℃，氧载体为铜基金属氧化物CuO/Cu₂O、锰基金属氧化物Mn₂O₃/Mn₃O₄、钴基金属氧化物Co₃O₄/CoO的任意一种或两种及两种以上的混合。

10.一种耦合化学链空分技术的垃圾焚烧方法，其特征在于，采用权利要求7所述的耦合化学链空分技术的垃圾焚烧系统进行垃圾焚烧处理，具体包括以下步骤：

S1、向吸氧反应器中通入空气，氧载体在吸氧反应器中发生氧化反应并进行吸氧反应，氧载体携带吸氧反应器中释放的热量进入释氧反应器中发生还原反应并进行释氧反应，还原反应后的氧载体再次进入到吸氧反应器中；

S2、所述步骤S1中的释氧反应器所生成的富氧气流，一部分通过产气分支管道进入到外部管道反应器中，另一部分直接通入垃圾焚烧炉的炉体中进行垃圾发生燃烧反应，炉体中产生的烟气经过过热器和省煤器与蒸气和给水换热后即进入烟气处理装置，外部管道反应器中反应后的烟气通过管道进入到碳捕集装置中；

S3、所述步骤S2中进入烟气处理装置的烟气，依次经过脱酸装置、除尘装置、洗涤塔、蒸气-烟气换热器和SCR反应器分别进行脱酸、除尘、减湿除酸、烟气加热和脱销反应；

S4、所述步骤S3中经过SCR反应器处理后的烟气，一部分经由烟气分支管道进入到释氧反应器中，另一部分进入到碳捕集装置中进行二氧化碳与水蒸气的分离处理。

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