CN113280329A - 一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁性纳米颗粒载氧体用于独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，涉及大型流化床技术，包括提供流化风的风室、炉膛、与炉膛上部烟气出口相连接的旋风分离器、与返料器及炉膛底部密相区相连接的外循环流化床换热器，与外循环流化床换热器上下紧邻一体布置的内循环流化床换热器。实现了磁性纳米颗粒载氧体的循环燃烧，可根据各个换热室蒸汽参数的要求，通过独立流化风实现各个换热室换热功率的按需调节与控制，利用炉膛密相区贴壁高温颗粒流与炉膛底渣热量，可以满足循环流化床锅炉更高等级的蒸汽参数需求。

Description

一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床
技术领域
本发明涉及一种磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床，特别是大型循环流化床锅炉技术。
背景技术
随着循环流化床锅炉容量与蒸汽参数的提高,炉内放热和吸热的不平衡增长将引起受热面的布置问题，目前有效的解决方案就是在主循环回路布置外置式换热器,一方面把受热面由炉内转移到炉外，有效解决了将受热面置于炉膛内的密封、膨胀与磨损问题，另一方面增加了床温与汽温的运行调节手段，使锅炉更容易适应变负荷工况要求。Lurgi与Alstom公司使用外置式换热器来解决受热面不足的问题，但调节进入外置式换热器循环灰量的灰控制阀加工精度要求高，且主要依赖进口，价格昂贵，这给外置换热器的维护及投资成本带来一定的困难。中国专利CN00238546. 5公开了一种应用于大型循环流化床锅炉的外循环紧凑式分流回灰换热器，通过调节流化风量来调节高温回灰量与低温回灰量之间的比例，但仅采用单个外循环流化床换热器，使对高蒸汽参数等级的需求受到一定的限制。
当锅炉蒸汽参数达到更高的参数等级时，如超临界参数460MW(27. 5MPa/560/580°C )或超超临界参数800MW(30. 9MP&/604/621 °C )，若仍采用常规的单个外置式外循环流化床换热器已无法满足高蒸汽参数等级的要求，此时需要设计新型的外置式流化床换热器。为了进一步提高锅炉蒸汽参数，国际专利W02007/128883公开了一种用于循环流化床锅炉的流化床热交换器和具有流化床热交换器的循环流化床锅炉，在主循环回路中上下串联二个热交换室，利用内、外循环固体颗粒的热量来获得较高的蒸汽参数,该换热器布置方式为循环流化床锅炉的大型化提供了有利条件，但经第一级外循环换热室换热后的低温颗粒与从炉膛底部进入的高温颗粒未充分混合后即进入第二级换热室，这将导致第二级换热室内不同位置处由于换热不均而引起热偏差大的问题。现在的常规锅炉应用广泛，但是却有多种问题：1、载氧体循环速率低；2、循环流化床功率低；3、占用空间大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床包括空气反应器提升管、燃料反应器提升管、载氧体螺旋进料机、燃料螺旋进料机、氧化侧旋风分离器、还原侧旋风分离器、暂存器、电磁分离器、排灰口、电加热器、电机，其特征在于：左侧电机连接载氧体螺旋进料机，连接空气反应器提升管，提升管底部连接鼓风机、电加热器，顶部连接氧化侧旋风分离器，旋风分离器上部连接排风管，下部经过U型密封阀连接右侧的燃料反应器提升管，燃料反应器提升管底部连接鼓风机、电加热器，顶部连接旋风分离器，旋风分离器上部连接排风管，下部连接输送管送入暂存器，底部再连接磁性分选器，左侧经过U型密封阀连接回空气反应器提升管，右侧经过U型密封阀连接回燃料反应器提升管。
进一步的，所述电磁分选器由圆盘、电磁转子、弹簧、挡板构成。
进一步的，所述燃料反应器提升管右侧通过U型密封阀连接排灰口。
进一步的，所述U型密封阀底部均连接布风板通入氮气。
本发明的有益效果是通过选取磁性纳米颗粒的载氧体，由于磁性纳米颗粒粒径小，拥有很高的比表面积，可以提高载氧体单位质量载氧量，提高流化床的运行功率；且磁性纳米颗粒相比常规颗粒拥有极好的流动性，可以提高流化床内的流动，提高燃料反应器内的反应速率，提高整体效率；由于选取了该种颗粒，因此改进了循环式流化床，通过暂存器和电磁分离器，将旋风分离器分离出来的煤粉和载氧体进行分离，暂存器可以将下落的颗粒减速，为接下来的分离做准备，由于载氧体选取的是铁磁性纳米颗粒，因此颗粒具有铁磁性，会吸附在电磁分选器上，随后通过挡板将其分离，电磁分选的方式可以快速的将载氧体和煤灰进行分离，提高分离效率，提高循环速率；通过以上的方式可以有效地提高循环的各个阶段的速率，以此来实现更高的循环流化床功率和二氧化碳的捕捉。
附图说明
图1是一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床的系统图。
图2是一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床的为电磁分离器28结构示意图。
图3是一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床的载氧体氧化-还原循环示意图。
图4是一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床的燃料-飞灰循环示意图。
图5是一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床的空气-烟气循环示意图。
图6是一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床的颗粒分布示意图。
图中：载氧体螺旋进料机11、电机12、鼓风机13、电加热器14、空气反应器提升管15、氧化侧旋风分离器16、燃料螺旋进料机21、电机22、鼓风机23、电加热器24、燃料反应器提升管25、还原侧旋风分离器26、暂存器27、电磁分离器28、圆盘281、电磁转子282、弹簧283、挡板284、排灰口29、空气U型密封阀31、燃料U型密封阀32、回料U型密封阀33。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明白，下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床包括空气反应器提升管15、燃料反应器提升管25、载氧体螺旋进料机11、燃料螺旋进料机21、氧化侧旋风分离器16、还原侧旋风分离器26、暂存器27、电磁分离器28、排灰口29、电加热器14、电机12，其特征在于：左侧电机12连接载氧体螺旋进料机11，连接空气反应器提升管15，提升管底部连接鼓风机13、电加热器14，顶部连接氧化侧旋风分离器16，旋风分离器上部连接排风管，下部经过U型密封阀31连接右侧的燃料反应器提升管25，燃料反应器提升管25底部连接鼓风机23、电加热器24，顶部连接旋风分离器26，旋风分离器上部连接排风管，下部连接输送管送入暂存器27，底部再连接磁性分选器28，左侧经过U型密封阀32连接回空气反应器提升管15，右侧经过U型密封阀33连接回燃料反应器提升管。
进一步的，所述电磁分选器由圆盘281、电磁转子282、弹簧283、挡板284构成。
进一步的，所述燃料反应器提升管右侧通过U型密封阀连接排灰口29。
进一步的，所述U型密封阀底部均连接布风板通入氮气。
如图2所示，电磁分离装置由圆盘281、电磁转子282、弹簧283、挡板284构成，暂存器27中的物料经过减速落入电磁分离器28，圆盘281套在转子282上，转子282为小型电磁铁，通电产生较弱磁场，可以对具有铁磁性的载氧体进行吸引，由于磁性作用会将具有磁性的载氧体运输到左侧，没有磁性的煤粉落入右侧；通过挡板284可以将吸附在圆盘281上的载氧体进行剥离，将其落入左侧管道。
如图3所示为载氧体的氧化-还原循环：载氧体注入空气反应器提升管15后，在上升过程中与热空气发生氧化反应，通过提升管输运段运送至氧化侧旋风分离器16，通过离心作用将固体颗粒分离出，落入下方U型密封阀31，底部进气使颗粒具有流化特性，由于连通器特性，无漏风的注入进燃料反应器提升管25，在上升过程中与煤粉发生还原反应，反应后的颗粒进入提升管输运段运送至还原侧旋风分离器26，通过离心作用将固体颗粒分离出，分离出的颗粒有煤粉、载氧体、灰分，经过暂存器27的缓冲，通过磁性分选器28将载氧体输送回空气反应器提升管15进行循环，将煤粉输送回燃料反应器提升管25继续参加反应。
如图4所示为煤粉-灰分循环：煤粉注入燃料反应器提升管25后，与载氧体发生反应，产生的灰分分为粗颗粒和细颗粒，粗颗粒会随流化的过程上浮到床层上表面，进入排灰口29；细颗粒一部分会随着烟气进入还原侧旋风分离器26，随着烟气排出，烟气最终进入静电除尘装置分离出来；另部分会随未燃尽煤粉回到燃料反应器提升管25，随着循环过程不断聚团和破碎，最终以前两种情况排出。
如图5所示为空气-烟气循环：空气反应器提升管15底部注入预热空气，其为载氧体提供氧气，并维持流化床状态，通过顶部氧化侧旋风分离器16排出烟气，主要成分以N2为主；燃料反应器提升管25底部仅注入少量空气以确保燃料氧化完全，最终通过顶部还原侧旋风分离器26排出烟气，主要成分以CO2为主。
如图6所示本设计采用了左右两个反应器，空气反应器和燃烧反应器，用来载氧体发生反应传递氧气。两侧反应器均配有螺旋给料机，可以在保证气体颗粒不泄露的前提下，为系统补给燃料和载氧体。为了让载氧体反应的时间充分且完全，两侧提升管均为下粗上细的结构，粗段可以让气速较低保持鼓泡流化，使载氧体有充足时间反应，当鼓泡到缩口处，流量不变气速增加，使得平缓的鼓泡状态转换为气力输送状态，可以将颗粒运送到顶部，进行循环。为了让烟气中的颗粒分离出，两侧尾部均安置了旋风分离器，适用于纳米颗粒的气固分离，本设计采用50nm颗粒，分离器通过固体颗粒旋转过程的离心作用，最终将气固分离，落入至下方管路。为了降低颗粒下落速度提高分离效率，落料口布置了暂存器，收集下落的颗粒，为接下来外磁场分离做准备。为了防止两侧气体掺混，使用U型密封阀，密封阀底侧通入少量的N2使在U型密封阀中的颗粒具有流动性质，可以有效地防止两侧气体之间的掺混。为了让燃烧后的聚团灰分排出，燃料反应器在鼓泡高度处连接排灰管路，燃烧后的灰分，可以由此排出。

Claims (3)

1.一种基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床，其特征在于，载氧体颗粒为磁性纳米颗粒，采用了左右两个反应器，空气反应器和燃烧反应器，用来载氧体发生反应传递氧气。
2.根据权利要求1所述的基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床，其特征在于，燃烧后的载氧体颗粒分离出，两侧尾部均安置了旋风分离器，适用于磁性纳米颗粒的气固分离，本设计采用50nm颗粒，分离器通过固体颗粒旋转过程的离心作用，最终将气固分离，落入至下方管路。
3.根据权利要求1所述的基于磁性纳米颗粒载氧体的循环流化床，其特征在于，磁性纳米颗粒载氧体相比于常规颗粒有更好的流化状态并且磁性纳米载氧体颗粒有较高的比表面积所携带的氧气含量在相同载氧体体积分数的条件下提高60%，从而实现流化床中较小体积分数的载氧体带入更多的氧含量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115638419A (zh) * 2022-10-13 2023-01-24 无锡华光环保能源集团股份有限公司 一种载氧体辅助可燃固废流化床燃烧装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102878552A (zh) * 2012-07-06 2013-01-16 华北电力大学 一种基于磁性载氧体的固体燃料化学链燃烧系统及工艺
CN104456544A (zh) * 2014-12-23 2015-03-25 内蒙古大学 煤层气的化学链燃烧方法及串行流化床系统
JP2015087053A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ケミカルループ燃焼装置を備えた微粉炭燃焼ボイラ発電システム
CN110094722A (zh) * 2019-04-19 2019-08-06 南京师范大学 一种流化床载氧体辅助富氧燃烧系统及方法
CN110186033A (zh) * 2019-05-27 2019-08-30 哈尔滨理工大学 一种基于a类载氧体的化学链反应器
CN110410781A (zh) * 2019-08-07 2019-11-05 哈尔滨理工大学 一种磁性纳米级载氧体化学链反应器及其使用方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102878552A (zh) * 2012-07-06 2013-01-16 华北电力大学 一种基于磁性载氧体的固体燃料化学链燃烧系统及工艺
JP2015087053A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ケミカルループ燃焼装置を備えた微粉炭燃焼ボイラ発電システム
CN104456544A (zh) * 2014-12-23 2015-03-25 内蒙古大学 煤层气的化学链燃烧方法及串行流化床系统
CN110094722A (zh) * 2019-04-19 2019-08-06 南京师范大学 一种流化床载氧体辅助富氧燃烧系统及方法
CN110186033A (zh) * 2019-05-27 2019-08-30 哈尔滨理工大学 一种基于a类载氧体的化学链反应器
CN110410781A (zh) * 2019-08-07 2019-11-05 哈尔滨理工大学 一种磁性纳米级载氧体化学链反应器及其使用方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115638419A (zh) * 2022-10-13 2023-01-24 无锡华光环保能源集团股份有限公司 一种载氧体辅助可燃固废流化床燃烧装置及方法
CN115638419B (zh) * 2022-10-13 2023-07-18 无锡华光环保能源集团股份有限公司 一种载氧体辅助可燃固废流化床燃烧装置及方法

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