CN1195171C - 燃煤串行流化床间接燃烧装置及方法 - Google Patents
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Abstract
燃煤串行流化床间接燃烧装置及方法为煤的一种CO2零排放的燃烧装置及方法，该装置由循环流化床空气反应器2、鼓泡流化床燃料反应器4以及移动流化床气体隔离器3、旋风分离器6串行组成；其方法将煤粉和水制成浆体A，输送至水煤浆气化反应器1内，煤气化产物B进入鼓泡流化床燃料反应器4和移动流化床气体隔离器3；在循环流化床空气反应器2内空气和金属进行氧化反应，经旋风分离器6分离后，金属氧化物进入鼓泡流化床燃料反应器4，与煤气化产物B反应，还原成金属，经移动流化床气体隔离器3返回到反应器2，进行金属氧化物的再生过程，在燃料反应器4内水煤气B与金属氧化物反应，产生CO2和H2O(汽)，冷凝剔除H2O，将CO2分离出来。
Description
技术领域
本发明为煤的一种燃烧方式，具体为实现煤间接燃烧，达到CO2零排放的装置及方法。
背景技术
二氧化碳(CO2)是诸多潜在的温室效应气体中影响最大的温室气体，如何减排CO2已经成为今后人类可持续发展的主要内容之一。常规的燃烧技术均是以空气为氧化剂，生成的烟气中CO2占10～20％，CO2的后续处理(浓缩提纯)成本太高，通常有以下方法：
●通过分子膜分离方法对CO2进行分离提纯处理，其分离效率低而且成本高，如火电厂采用此方法对烟气中CO2分离处理，会增加20％的发电成本，即使发达国家也难以实施。
●通过生物光合作用脱除CO2，寻找高效生物藻类进行大规模脱除CO2，尚需技术突破。
●通过高效CO2溶剂或吸附剂技术分离CO2，有待于进一步研究。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种能将CO2单独分离出来，最终实现CO2零排放的燃煤串行流化床间接燃烧装置及方法。
技术方案
本发明的燃煤串行流化床间接燃烧装置由三种不同流态化的流化床相串联所组成，即由循环流化床空气反应器、鼓泡流化床燃料反应器以及移动流化床气体隔离器、旋风分离器串行组成；循环流化床空气反应器内部设有水煤浆气化反应器，其下部与移动流化床气体隔离器相连通，移动流化床气体隔离器又与鼓泡流化床燃料反应器相连通，鼓泡流化床燃料反应器的上部与气体除尘器相连通，气体除尘器的上部为二氧化碳和水蒸汽出气口，循环流化床空气反应器的上部与旋风分离器相连通，旋风分离器的下部与鼓泡流化床燃料反应器相连通，旋风分离器的上部为贫氧空气出气口。
本发明的燃煤串行流化床间接燃烧装置的间接燃烧方法，将50～200μm煤粉和水混合制成水煤浆，输送至水煤浆气化反应器内，进行水煤气反应，煤气化产物夹带着煤灰进入鼓泡流化床燃料反应器和移动流化床气体隔离器；在循环流化床空气反应器内，将空气和金属进行氧化反应生成金属氧化物，经旋风分离器分离后，金属氧化物进入鼓泡流化床燃料反应器，与煤气化产物水煤气反应，还原成金属，经移动流化床气体隔离器返回到循环流化床空气反应器，进行金属氧化物的再生过程，即载氧过程；在燃料反应器内水煤气与金属氧化物反应，产生CO2和H2O汽，气流携带煤灰进入气体除尘器，除尘后的洁净气体CO2+H2O冷凝剔除H2O，将CO2分离出来。
采用双重颗粒密封，即移动流化床气体隔离器和旋风分离器料腿密封，阻止循环流化床空气反应器和鼓泡流化床燃料反应器间的气体泄漏掺混。鼓泡流化床燃料反应器和移动流化床气体隔离器处于300～700℃的中温状态。
所述的串行流化床技术中采用双重颗粒密封技术，即移动流化床气体隔离器和旋风分离器料腿颗粒密封，高效阻止空气反应器和燃料反应器间的气体泄漏掺混。
间接燃烧，采用气体燃料不直接与空气接触燃烧，而是在一定温度条件下，金属和空气接触进行氧化反应，将空气中氧置换出来，形成金属氧化物，然后金属氧化物与气体燃料直接接触，进行还原反应，其反应产物为CO2和H2O(汽)，冷凝后剔除H2O，将CO2单独分离出来，可见在没有能量损失的前提下，间接燃烧能够分离出CO2。因此，间接燃烧能够安全处置燃料能源转换过程中CO2，最终向零排放迈进。如何实现煤间接燃烧，是实现燃煤零排放的关键，其装置及方法有着更为广泛的社会效益和工业应用前景。
技术效果
常规的燃烧技术均是以空气为氧化剂，生成的烟气中CO2只占10～20％，CO2的后续处理(浓缩提纯)成本太高。本发明提供一种实现煤间接燃烧的装置及方法，在没有能量损失的条件下，能够将CO2从燃烧产物分离出来。
本发明的燃煤串行流化床间接燃烧装置及方法，将煤粉(50～200μm)和水混合制成浆体，输送至水煤浆气化反应器内，进行高温高压下的水煤气反应，具有加压气流床气化炉的特点，煤种适应性强，采用蒸汽作为气化剂，气流速度快，反应温度高，故气化强度高。
煤气化产物(CH4+CO+H2+H2O)夹带着煤灰进入本发明提出的串行流化床间接燃烧装置中的鼓泡流化床燃料反应器和移动流化床气体隔离器。在循环流化床空气反应器内空气和金属进行氧化反应生成金属氧化物，经旋风分离器分离后金属氧化物进入鼓泡流化床燃料反应器，与煤气化产物进行还原反应，其反应产物为CO2和H2O(汽)，金属氧化物则还原成金属，经移动流化床气体隔离器返回到循环流化床空气反应器，进行金属氧化物的再生过程，即载氧过程。
燃料反应器和气体隔离器处于中温状态(300～700℃)，煤灰不会粘结在金属氧化物上。和金属氧化物相比，煤灰很细，且比重轻，很容易在燃料反应器内与金属/金属氧化物分离出来，被气流携带进入气体除尘器，除尘后的洁净气体(CO2+H2O)冷凝剔除H2O，将CO2分离出来，可见在没有能量损失的条件下，燃煤串行流化床间接燃烧装置及方法能够将CO2从燃烧产物分离出来。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图，其中有水煤浆气化反应器1、循环流化床空气反应器2、移动流化床气体隔离器3、鼓泡流化床燃料反应器4、气体除尘器5、旋风分离器6，水煤浆A、水煤气B、二氧化碳和水蒸汽出气口C、空气D、贫氧空气出气口E。
具体实施方法
本发明的燃煤串行流化床间接燃烧装置，是由水煤浆气化反应器1、循环流化床空气反应器2、移动流化床气体隔离器3、鼓泡流化床燃料反应器4、气体除尘器5、以及旋风分离器6组成。循环流化床空气反应器2内部设有水煤浆气化反应器1，其下部与移动流化床气体隔离器3相连通，移动流化床气体隔离器3又与鼓泡流化床燃料反应器4相连通，鼓泡流化床燃料反应器4的上部与气体除尘器5相连通，气体除尘器5的上部为二氧化碳和水蒸汽出气口C，循环流化床空气反应器2的上部与旋风分离器6相连通，旋风分离器6的下部与鼓泡流化床燃料反应器4相连通，旋风分离器6的上部为贫氧空气出气口E。
本发明的燃煤串行流化床间接燃烧装置的间接燃烧方法，是将50～200μm煤粉和水混合制成水煤浆A，输送至水煤浆气化反应器1内，进行水煤气反应，煤气化产物B夹带着煤灰进入鼓泡流化床燃料反应器4和移动流化床气体隔离器3；在循环流化床空气反应器2内，将空气和金属进行氧化反应生成金属氧化物，经旋风分离器6分离后，金属氧化物进入鼓泡流化床燃料反应器4，与煤气化产物水煤气B反应，还原成金属，经移动流化床气体隔离器3返回到循环流化床空气反应器2，进行金属氧化物的再生过程，即载氧过程；在燃料反应器4内水煤气B与金属氧化物反应，产生CO2和H2O汽，气流携带煤灰进入气体除尘器5，除尘后的洁净气体CO2+H2O冷凝剔除H2O，将CO2分离出来。采用双重颗粒密封，即移动流化床气体隔离器3和旋风分离器6料腿密封，阻止循环流化床空气反应器2和鼓泡流化床燃料反应器4间的气体泄漏掺混。
鼓泡流化床燃料反应器4和移动流化床气体隔离器3处于300～700℃的中温状态。
水煤浆A进入水煤浆气化反应器1，进行高温高压下的水煤气反应，煤气化产物水煤气B夹带着煤灰进入移动流化床气体隔离器3和鼓泡流化床燃料反应器4。
在循环流化床空气反应器2内空气和金属进行氧化反应生成金属氧化物，经旋风分离器6分离后金属氧化物进入鼓泡流化床燃料反应器4，与煤气化产物水煤气B进行还原反应，其反应产物为CO2和H2O(汽)，而金属氧化物则还原成金属，经移动流化床气体隔离器3返回到循环流化床空气反应器2，进行金属氧化物的再生过程，即载氧过程。
和金属氧化物相比，煤灰很细，且比重轻，很容易在燃料反应器4内与金属/金属氧化物分离出来，被气流携带进入气体除尘器5，除尘后的洁净气体C(CO2+H2O)冷凝剔除H2O，将CO2分离出来，可见在没有能量损失的条件下，燃煤串行流化床间接燃烧装置及方法能够将CO2从燃烧产物分离出来。
Claims (4)
1、一种燃煤串行流化床间接燃烧装置，其特征在于该装置由三种不同流态化的流化床相串联所组成，即由循环流化床空气反应器(2)、鼓泡流化床燃料反应器(4)以及移动流化床气体隔离器(3)、旋风分离器(6)串行组成；循环流化床空气反应器(2)内部设有水煤浆气化反应器(1)，其下部与移动流化床气体隔离器(3)相连通，移动流化床气体隔离器(3)又与鼓泡流化床燃料反应器(4)相连通，水煤浆(A)输送至水煤浆气化反应器(1)内，进行水煤气反应，煤气化产物(B)夹带着煤灰进入鼓泡流化床燃料反应器(4)和移动流化床气体隔离器(3)；鼓泡流化床燃料反应器(4)的上部与气体除尘器(5)相连通，气体除尘器(5)的上部为二氧化碳和水蒸汽出气口(C)，循环流化床空气反应器(2)的上部与旋风分离器(6)相连通，旋风分离器(6)的下部与鼓泡流化床燃料反应器(4)相连通，旋风分离器(6)的上部为贫氧空气出气口(E)。
2、一种用于权利要求1所述的燃煤串行流化床间接燃烧装置的间接燃烧方法，其特征在于将50～200μm煤粉和水混合制成水煤浆(A)，输送至水煤浆气化反应器(1)内，进行水煤气反应，煤气化产物(B)夹带着煤灰进入鼓泡流化床燃料反应器(4)和移动流化床气体隔离器(3)；在循环流化床空气反应器(2)内，将空气和金属进行氧化反应生成金属氧化物，经旋风分离器(6)分离后，金属氧化物进入鼓泡流化床燃料反应器(4)，与煤气化产物水煤气(B)反应，还原成金属，经移动流化床气体隔离器(3)返回到循环流化床空气反应器(2)，进行金属氧化物的再生过程，即载氧过程；在燃料反应器(4)内水煤气(B)与金属氧化物反应，产生CO2和H2O汽，气流携带煤灰进入气体除尘器(5)，除尘后的洁净气体CO2+H2O冷凝剔除H2O，将CO2分离出来。
3、根据权利要求2所述的串行流化床间接燃烧方法，其特征在于采用双重颗粒密封，即移动流化床气体隔离器(3)和旋风分离器(6)料腿密封，阻止循环流化床空气反应器(2)和鼓泡流化床燃料反应器(4)间的气体泄漏掺混。
4、根据权利要求2或3所述的串行流化床间接燃烧方法，其特征在于鼓泡流化床燃料反应器(4)和移动流化床气体隔离器(3)处于300～700℃的中温状态。
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