燃气锅炉系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃气锅炉系统及其运行方法，其中燃气锅炉系统包括填充有载氧体的第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器，第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器中的一个通入燃气使载氧体还原时，另一个通入空气使载氧体氧化，通过切换燃气管道和空气管道，使第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器内的载氧体交替进行氧化和还原，在氧化和还原反应的同时为供热介质提供热量。本发明专利技术热能利用率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锅炉
，特别涉及一种燃气锅炉系统及其运行方法。
技术介绍
常规的燃气锅炉存在的问题可概括为四个方面，一是能量利用效率较低。这是由于其燃烧烟气中水蒸气的露点低(55℃左右)，所以燃烧产生的水蒸气的潜热几乎得不到利用。再加上燃烧烟气量大，造成了较大的显热损失。二是NOx的排放量难以满足排放标准。较高的燃烧温度和燃气与空气的直接混合导致了热力型NOx和快速型NOx的产生。三是燃烧烟气中的CO2难以捕集。燃气烟气中的CO2浓度太低(8％左右)，其捕集工艺的能耗很大。四是安全性。对于常压尤其是加压燃气锅炉，需要严格的质检、资质与管理，因此还会产生额外的费用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种燃气锅炉系统及其使用方法，主要目的是提高热能利用效率。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供了一种燃气锅炉系统，包括：化学链燃烧反应器，所述化学链燃烧反应器内具有燃烧室和热媒室，所述燃烧室内充填有载氧体，所述热媒室用于容纳与燃烧室进行热交换的热媒，所述热媒室连接有热媒循环管道，所述热媒循环管道将热媒室内的热媒输出与供热介质换热后回流至热媒室；燃气管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将燃气输入化学链燃烧反应器的燃烧室内与氧化态的载氧体进行反应，燃气反应后生成二氧化碳和水，氧化态的载氧体通过还原反应生成还原态的载氧体，热媒室内的热媒吸收反应产生的热；空气管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将空气输入化学链燃烧反应器的燃烧室内与还原态的载氧体进行反应，还原态的载氧体通过氧化反应生成氧化态的载氧体；还原反应产物气体排出管道，与化学链燃烧反应器和空气管道连接，用于将燃气管道输入的燃气与氧化态的载氧体反应生成的还原反应产物气体输送至空气管道，与空气混合，空气将还原态的载氧体氧化为氧化态的载氧体的同时，反应产物中残余的燃气将氧化态的载氧体还原为还原态的载氧体；氧化反应产物气体排出管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将空气管道输入的气体与还原态的载氧体反应生成的氧化反应产物气体输出；其中，所述化学链燃烧反应器包括第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器，所述第一化学链燃烧反应器的热媒循环管道内循环的热媒通过第一热媒换热器与第一供热介质管道内的供热介质进行热交换，所述第二化学链燃烧反应器的热媒循环管道内循环的热媒通过第二热媒换热器与第二供热介质管道内的供热介质进行热交换，当燃气管道向第一化学链燃烧反应器内输入燃气使载氧体进行还原反应时，空气管道向第二化学链燃烧反应器内输入空气使载氧体进行氧化反应，如此，第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器中的载氧体反复交替进行氧化反应和还原反应。作为优选，所述燃气管道包括燃气管干线和燃气管支线，所述燃气管干线通过第一电动三通阀与两个燃气管支线连接，其中一个燃气管支线连接第一化学链燃烧反应器，另一个燃气管支线连接第二化学链燃烧反应器，所述第一电动三通阀控制所述燃气管道将燃气输送至第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应器；所述空气管道包括空气管道支线和空气管道干线，所述空气管道干线通过第二电动三通阀连接两个空气管道支线，其中一个空气管道支线连接第一化学链燃烧反应器，另一个空气管道支线连接第二化学链燃烧反应器，所述第二电动三通阀控制所述空气管道与第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应器导通；所述还原反应产物气体排出管道包括还原反应产物气体排出管道支线和还原反应产物气体排出管道干线，所述还原反应产物气体排出管道干线通过第三电动三通阀连接两个还原反应产物气体排出管道支线，其中一个还原反应产物气体排出管道支线连接第一化学链燃烧反应器，另一个还原反应产物气体排出管道支线连接第二化学链燃烧反应器，所述第三电动三通阀控制所述还原反应产物气体排出管道与第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应器导通；所述氧化产物气体排出管道包括氧化产物气体排出管道支线和氧化产物气体排出管道干线，所述氧化产物气体排出管道干线通过第四电动三通阀连接两个氧化产物气体排出管道支线，其中一个氧化产物气体排出管道支线连接第一化学链燃烧反应器，另一个氧化产物气体排出管道支线连接第二化学链燃烧反应器，所述第四电动三通阀控制所述氧化产物气体排出管道与第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应器导通。作为优选，还包括氧化产物气体循环管道，所述氧化产物气体循环管道连接氧化反应产物气体排出管道和空气管道，当第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应器由通入燃气切换为通入空气时，氧化反应产物气体排出管道和空气管道通过氧化反应产物气体循环管道暂时连通，以将切换前化学链燃烧反应器中未反应的燃气通过空气管道随空气输入第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应器与载氧体进行反应。作为优选，所述的氧化反应产物气体排出管道通过第五电动三通阀与氧化反应产物气体循环管道相连接，通过第五电动三通阀将所述氧化反应产物气体排出管道内的流体排出或输送至空气管道。作为优选，所述的化学链燃烧反应器为管壳式反应器，化学链燃烧反应器的管程中充填有载氧体，化学链燃烧反应器的壳程用于容纳热媒。作为优选，所述的还原反应产物气体排出管道上设有还原反应产物气体换热器、气水分离器以及CH4浓度传感器，第一供热介质管道内的供热介质先通过还原反应产物气体换热器与所述的还原反应产物气体排出管道内的还原反应产物气体进行热交换，然后再通过第一热媒换热器与第一化学链燃烧反应器的热媒进行热交换。作为优选，所述的还原反应产物气体排出管道上还设置有二氧化碳压缩机、二氧化碳冷凝器和液体二氧化碳与不凝气体的气液分离器，对还原反应产物气体中的二氧化碳气体进行液化分离，实现二氧化碳的收集。作为优选，所述氧化反应产物气体排出管道上设有氧化反应产物气体换热器和O2浓度传感器，第二供热介质管道内的供热介质先通过氧化反应产物气体换热器与所述的氧化反应产物气体排出管道内的氧化反应产物气体进行热交换，然后再通过第二热媒换热器与第二化学链燃烧反应器的热媒进行热交换。作为优选，所述的第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器的热媒室还分别连接有压力传感器，所述第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器的热媒室分别连接抽真空管道，所述抽真空管道上设置有真空截止阀和真空泵。作为优选，所述的载氧体为铜基载氧体或者以铜基载氧体为主成分的多元载氧体。如铜铁基二元载氧体或铜铁镍基三元载氧体等。另一方面，本专利技术实施例提供了一种燃气锅炉系统的运行方法，包括如下步骤：氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
燃气锅炉系统，其特征在于，包括：化学链燃烧反应器，所述化学链燃烧反应器内具有燃烧室和热媒室，所述燃烧室内充填有载氧体，所述热媒室用于容纳与燃烧室进行热交换的热媒，所述热媒室连接有热媒循环管道，所述热媒循环管道将热媒室内的热媒输出与供热介质换热后回流至热媒室；燃气管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将燃气输入化学链燃烧反应器的燃烧室内与氧化态的载氧体进行反应，燃气反应后生成二氧化碳和水，氧化态的载氧体通过还原反应生成还原态的载氧体，热媒室内的热媒吸收反应产生的热；空气管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将空气输入化学链燃烧反应器的燃烧室内与还原态的载氧体进行反应，还原态的载氧体通过氧化反应生成氧化态的载氧体；还原反应产物气体排出管道，与化学链燃烧反应器和空气管道连接，用于将燃气管道输入的燃气与氧化态载氧体反应生成的还原反应产物气体输送至空气管道，与空气混合，空气将还原态的载氧体氧化为氧化态的载氧体的同时，反应产物中残余的燃气将氧化态的载氧体还原为还原态的载氧体；氧化反应产物气体排出管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将空气管道输入的气体与还原态载氧体反应生成的氧化反应产物气体输出；其中，所述化学链燃烧反应器包括第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器，所述第一化学链燃烧反应器的热媒循环管道内循环的热媒通过第一热媒换热器与第一供热介质管道内的供热介质进行热交换，所述第二化学链燃烧反应器的热媒循环管道内循环的热媒通过第二热媒换热器与第二供热介质管道内的供热介质进行热交换，当燃气管道向第一化学链燃烧反应器内输入燃气使载氧体进行还原反应时，空气管道向第二化学链燃烧反应器内输入空气使载氧体进行氧化反应，如此，第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器中的载氧体反复交替进行氧化反应和还原反应。...

【技术特征摘要】
1.燃气锅炉系统，其特征在于，包括：
化学链燃烧反应器，所述化学链燃烧反应器内具有燃烧室和热媒室，所述燃烧室内充
填有载氧体，所述热媒室用于容纳与燃烧室进行热交换的热媒，所述热媒室连接有热媒循
环管道，所述热媒循环管道将热媒室内的热媒输出与供热介质换热后回流至热媒室；
燃气管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将燃气输入化学链燃烧反应器的燃烧室内
与氧化态的载氧体进行反应，燃气反应后生成二氧化碳和水，氧化态的载氧体通过还原反
应生成还原态的载氧体，热媒室内的热媒吸收反应产生的热；
空气管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将空气输入化学链燃烧反应器的燃烧室内
与还原态的载氧体进行反应，还原态的载氧体通过氧化反应生成氧化态的载氧体；
还原反应产物气体排出管道，与化学链燃烧反应器和空气管道连接，用于将燃气管道
输入的燃气与氧化态载氧体反应生成的还原反应产物气体输送至空气管道，与空气混合，
空气将还原态的载氧体氧化为氧化态的载氧体的同时，反应产物中残余的燃气将氧化态的
载氧体还原为还原态的载氧体；
氧化反应产物气体排出管道，与化学链燃烧反应器连接，用于将空气管道输入的气体
与还原态载氧体反应生成的氧化反应产物气体输出；
其中，所述化学链燃烧反应器包括第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器，
所述第一化学链燃烧反应器的热媒循环管道内循环的热媒通过第一热媒换热器与第一供
热介质管道内的供热介质进行热交换，所述第二化学链燃烧反应器的热媒循环管道内循环
的热媒通过第二热媒换热器与第二供热介质管道内的供热介质进行热交换，当燃气管道向
第一化学链燃烧反应器内输入燃气使载氧体进行还原反应时，空气管道向第二化学链燃烧
反应器内输入空气使载氧体进行氧化反应，如此，第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃
烧反应器中的载氧体反复交替进行氧化反应和还原反应。
2.根据权利要求1所述的燃气锅炉系统，其特征在于，所述燃气管道包括燃气管干线和
燃气管支线，所述燃气管干线通过第一电动三通阀与两个燃气管支线连接，其中一个燃气
管支线连接第一化学链燃烧反应器，另一个燃气管支线连接第二化学链燃烧反应器，所述
第一电动三通阀控制所述燃气管道将燃气输送至第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃
烧反应器；
所述空气管道包括空气管道支线和空气管道干线，所述空气管道干线通过第二电动三
通阀连接两个空气管道支线，其中一个空气管道支线连接第一化学链燃烧反应器，另一个
空气管道支线连接第二化学链燃烧反应器，所述第二电动三通阀控制所述空气管道与第一
化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应器导通；
所述还原反应产物气体排出管道包括还原反应产物气体排出管道支线和还原反应产
物气体排出管道干线，所述还原反应产物气体排出管道干线通过第三电动三通阀连接两个
还原反应产物气体排出管道支线，其中一个还原反应产物气体排出管道支线连接第一化学
链燃烧反应器，另一个还原反应产物气体排出管道支线连接第二化学链燃烧反应器，所述
第三电动三通阀控制所述还原反应产物气体排出管道与第一化学链燃烧反应器或第二化
学链燃烧反应器导通；
所述氧化产物气体排出管道包括氧化产物气体排出管道支线和氧化产物气体排出管
道干线，所述氧化产物气体排出管道干线通过第四电动三通阀连接两个氧化产物气体排出
管道支线，其中一个氧化产物气体排出管道支线连接第一化学链燃烧反应器，另一个氧化
产物气体排出管道支线连接第二化学链燃烧反应器，所述第四电动三通阀控制所述氧化产
物气体排出管道与第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应器导通。
3.根据权利要求1所述的燃气锅炉系统，其特征在于，还包括氧化产物气体循环管道，
所述氧化产物气体循环管道连接氧化反应产物气体排出管道和空气管道，当第一化学链燃
烧反应器或第二化学链燃烧反应器由通入燃气切换为通入空气时，氧化反应产物气体排出
管道和空气管道通过氧化反应产物气体循环管道暂时连通，以将切换前化学链燃烧反应器
中未反应的燃气通过空气管道随空气输入第一化学链燃烧反应器或第二化学链燃烧反应
器与载氧体进行反应。
4.根据权利要求1所述的燃气锅炉系统，其特征在于，所述的氧化反应产物气体排出管
道通过第五电动三通阀与氧化反应产物气体循环管道相连接，通过第五电动三通阀将所述
氧化反应产物气体排出或输送至空气管道。
5.根据权利要求1所述的燃气锅炉系统，其特征在于，所述的化学链燃烧反应器为管壳
式反应器，化学链燃烧反应器的管程中充填有载氧体，化学链燃烧反应器的壳程用于容纳
热媒。
6.根据权利要求1所述的燃气锅炉系统，其特征在于，所述的还原反应产物气体排出管
道上设有还原反应产物气体换热器、气水分离器以及CH4浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏庆泉，车立新，郝彦琼，武永健，
申请(专利权)人：北京科技大学，北京市燃气集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11