一种基于两级双床反应器的固体燃料化学链燃烧系统技术方案

一种基于两级双床反应器的固体燃料化学链燃烧系统属于化学链燃烧技术领域。一级燃料反应器由气化床和快速流化床组成，气化床的侧面与进料装置相连，气化床顶部与第一气固分离装置相连；快速流化床的顶部与二级燃料反应器相连；二级燃料反应器由主反应床和分离床组成，分离床的侧面与物料循环控制装置相连，顶部与第二气固分离装置相连；空气反应器为快速流化床结构，其侧面与物料循环控制装置相连，顶部与第一气固分离装置的下料管相连。一级燃料反应器内实现固体燃料的预热和部分燃料的气化和氧化；二级燃料反应器内未反应完全的燃料继续反应；在分离室内，灰分随烟气进入气固分离装置，载氧体则经过物料循环控制装置返回空气反应器，进行循环再生。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于化学链燃烧
，具体涉及一种基于两级双床设计的固体燃料化学链燃烧的反应系统。
技术介绍
1997年京都会议制定的颇具影响的《京都议定书》中规定了六种主要的温室气体CO2, CH4, N2O, NFCs, PFCs, SF6，其中CO2的增加对增强温室效应的贡献大约是70%，因此公约的核心是节约能源、提高能源利用效率以达到控制和减少CO2排放。减少化石燃料燃烧所排放的CO2对于控制温室效应和全球变暖具有重要的意义。常规分离和捕集CO2气体有三种方法碳分离法、纯氧燃烧和燃烧后分离法。然而这三种方法都需要消耗大量能量，使系统整体效率将大幅度下降。化学链燃烧技术是一种无火焰燃烧方式，可以避免燃料与空气的直接接触，其原理是利用金属氧化物作载氧体与燃料进行两步化学反应来代替传统的一步反应，即可以防止NOx生成又可以富集C02。 化学链燃烧系统包括两个反应器，即燃料反应器和空气反应器。金属氧化物作为氧载体在两个反应器中循环，实现氧和能量的转移。一个高效的化学链燃烧系统至少要满足下述三个主要条件(I)在空气反应器和燃料反应器间运载足够的载氧体；(2)能够提供足够的反应时间；(3)能够阻止两个反应器之间的气体混合。目前，国内外大多采用的是串行流化床反应器化学链燃烧系统。其中，空气反应器为快速流化床，空气将载氧体颗粒携带到气固分离器，载氧体经分离进入燃料反应器，载氧体与燃料反应后由燃料反应器进入一个颗粒密封装置回到空气反应器。虽然这种反应器由较高的燃气转化效率，但在固体燃料化学链燃烧系统中，受其结构和工作原理的限制，其存在着固体混合物分离困难等问题，导致载氧体的传递量和利用效率均较低，实现大型化运行仍然任重道远。化学链燃烧反应器不仅要符合前述化学链燃烧系统的运行要求，还要考虑到其大型化和简易化运行的要求。完成上述要求才能使得化学链燃烧技术带来实质性的经济价值和社会价值。
技术实现思路
本技术的目的在于把固体燃料应用到化学链燃烧技术中，提供一种高效、清洁、经济、可持续的基于两级双床设计的固体燃料化学链燃烧的反应系统。本技术采用的技术方案为该反应系统由一级燃料反应器、二级燃料反应器、空气反应器、第一气固分离装置、第二气固分离装置、物料循环控制装置及进料装置组成。所述一级燃料反应器由左右排列的气化床和快速流化床组成，气化床和快速流化床的上部由隔板分开，中部设有连接通道；气化床的侧面与进料装置相连，气化床顶部与第一气固分离装置相连；快速流化床的顶部与二级燃料反应器相连；二级燃料反应器由主反应床和分离床组成，主反应床和分离床的上部由隔板分开，下部设置连接通道；分离床的侧面设置载氧体出口与物料循环控制装置相连，顶部设置灰分和烟气出口与第二气固分离装置相连；空气反应器为快速流化床结构，其侧面的载氧体入口与物料循环控制装置相连，顶部的载氧体口与第一气固分离装置的下料管相连。所述气化床和快速流化床的底部均设置布风板和风室。所述主反应床内设有两排相互交错的角度可调式挡板，挡板向下倾斜，与水平面夹角为30° < Θ <60°，主反应床的底部设置吹扫风风口；分离床底部设置分离风风室。所述的气化床内的燃料入口位于载氧体的上部，载氧体入口位于载氧体内。所述气化床内隔板的高度高于燃料入口高度。所述物料循环控制装置为L阀或U阀。 所述载氧体为活性金属氧化物，进料装置内送入的固体燃料为煤粉或生物质。本技术与现有技术比较具有以下优点(I)采用燃料反应器两级双床布置方式，在第一级反应器中实现固体燃料的预热、部分气化和氧化等过程，载氧体的存在可以加速固体燃料的气化，有利于固体燃料的充分燃烧；在第二级燃料反应器中实现固体燃料的充分气化和氧化，以及固体灰分的分离等技术过程。(2)主反应床内设置的挡板采用角度可调式结构，可根据不同固体燃料燃烧特性和运行工况进行调节。此种方式可以增加反应器内气流扰动、延长物料停留时间，使气化反应和氧化反应更加充分。(3)分离床可利用不同物料性质差异，将载氧体从气固混合物中分离出来，并输送至空气反应器。可以有效的将载氧体于灰分分离开，提高了回收效率。附图说明图I为本技术的结构示意图；图中标号I- 一级燃料反应器；2_ 二级燃料反应器；3_空气反应器；4_第一气固分离装置；5-第二气固分离装置；6_物料循环控制装置；7_进料装置；a_气化床；b_快速流化床；C-主反应床；d_分离床。具体实施方式本技术提供了一种基于两级双床设计的固体燃料化学链燃烧的反应系统，下面通过附图和具体实施方式对本技术做进一步说明。本系统的结构由一级燃料反应器I、二级燃料反应器2、空气反应器3、第一气固分离装置4、第二气固分离装置5、物料循环控制装置6及进料装置7组成，如图I所示。一级燃料反应器I由左右排列的气化床a和快速流化床b组成，气化床a和快速流化床b的上部由隔板分开，中部设有连接通道；气化床a和快速流化床b的底部均设置布风板和风室。气化床a的侧面与进料装置7相连，气化床a顶部与第一气固分离装置4相连；快速流化床b的顶部与二级燃料反应器2相连。气化床a内的燃料入口位于载氧体的上部，载氧体入口位于载氧体内，气化床a内隔板的高度高于燃料入口高度。二级燃料反应器2由主反应床c和分离床d组成，主反应床c和分离床d的上部由隔板分开，下部设置连接通道；主反应床c内设有两排相互交错的角度可调式挡板，挡板向下倾斜，与水平面夹角为30° < Θ <60°，主反应床C的底部设置吹扫风风口 ；分离床d底部设置分离风风室。分离床d的侧面设置载氧体出口与物料循环控制装置6相连，顶部设置灰分和烟气出口与第二气固分离装置5相连；空气反应器3为快速流化床结构，其侧面的载氧体入口与物料循环控制装置6相连，顶部的载氧体口与第一气固分离装置4的下料管相连。物料循环控制装置6为L阀或U阀。本反应系统具体工作过程如下固体燃料由进料装置7送入一级燃料反应器1，与来自空气反应器3的炽热的载氧体混合。在一级燃料反应器I的气化床a内，固体燃料与携带大量热量的载氧体充分混合，从而迅速达到气化温度，产生大量气化气体，同时固体燃料(主要为焦炭)及可燃气体(主要为H2、C0和CH4)均与载氧体发生剧烈反应。在气力输送条件下，固体混合物(载氧体、焦炭、灰分和未反应的燃料)以及气化气体经过两床之间的通道进入快速反应床b。在快速反应床b内，气化反应和还原反应继续进行，同时固体混合物被输送至二级燃料反应器2的主反应床C。固体混合物进入二级燃料反应器2主反应床c后，沿可角度调式挡板下落。挡板 的作用是增加反应器内气流扰动、延长物料停留时间，使反应更加充分。低价态载氧体和灰分及烟气由底部通道进入分离床d。在分离床d内灰分随烟气进入第二气固分离器5，烟气经过除尘和冷却处理即可得到高纯度CO2 ;载氧体则经过分离床d侧部通道进入物料循环控制装置6，然后进入空气反应器3。在空气反应器3内，低价态的载氧体在高温下快速与空气发生反应，然后被输送到第一气固分离器4中。经气-固分离后，尾气(氮气和少量氧气)被排入大气中；炽热的高价态载氧体进入一级燃料反应器I与燃料发生反应。至此系统完成一个“氧化-还原-氧化”循环过程，从而形成一个高效、清洁、可连续运行的固体燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两级双床反应器的固体燃料化学链燃烧系统，由一级燃料反应器(1)、二级燃料反应器(2)、空气反应器(3)、第一气固分离装置(4)、第二气固分离装置(5)、物料循环控制装置(6)及进料装置(7)组成，其特征在于：所述一级燃料反应器(1)由左右排列的气化床(a)和快速流化床(b)组成，气化床(a)和快速流化床(b)的上部由隔板分开，中部设有连接通道；气化床(a)的侧面与进料装置(7)相连，气化床(a)顶部与第一气固分离装置(4)相连；快速流化床(b)的顶部与二级燃料反应器(2)相连；二级燃料反应器(2)由主反应床(c)和分离床(d)组成，主反应床(c)和分离床(d)的上部由隔板分开，下部设置连接通道；分离床(d)的侧面设置载氧体出口与物料循环控制装置(6)相连，顶部设置灰分和烟气出口与第二气固分离装置(5)相连；空气反应器(3)为快速流化床结构，其侧面的载氧体入口与物料循环控制装置(6)相连，顶部的载氧体口与第一气固分离装置(4)的下料管相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董长青，梁志永，覃吴，赵莹，杨勇平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：实用新型
国别省市：