[发明专利]一种基于固体燃料的化学链燃烧装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于固体燃料的化学链燃烧装置及其使用方法，属于化学链系统技术领域。

背景技术

化学链燃烧(Chemical looping combustion)技术是一种革命性的新型燃烧方式，它将传统的一步燃烧反应分解为两步分别在燃料反应器和空气反应器中进行，通过中间循环氧载体(通常为金属氧化物)将空气中的氧提供给燃料。在传统燃烧反应中，因为N₂的稀释，烟气中CO₂浓度仅13％左右，需要消耗大量的能量才能将其捕集；而在化学链燃烧过程中，燃料和空气是隔离的，因此在燃料反应器中产生的烟气不会被空气中的N₂稀释，其主要成分为CO₂和H₂O，经过简单的冷凝就可以得到高纯度的CO₂以便利用或封存。同时，它还能有效抑制其他污染物的产生，而且，因为能量的梯级利用，化学链燃烧方式可以提高系统的热效率。因此，化学链燃烧技术是一种高效、清洁的燃烧方式，目前也是国内外研究的热点方向。

化学链燃烧技术的燃料适应性很强，气体、液体、固体燃料均能适用。而针对不同燃料形式、氧载体类型的反应器设计一直是化学链技术研究领域的一项重要工作。2000年以前，化学链技术的相关研究主要集中在使用气体燃料方面，2000年后，各国研究者才逐渐开发燃用固体燃料(主要是煤、石油焦等)的化学链系统。燃用固体燃料比燃用气体燃料的化学链燃烧过程更复杂，更难以控制，主要原因是燃料反应器中的固-固反应速率比空气反应器中的气-固反应速率小2-3个数量级，在两个反应器的结构设计和运行控制上存在很大的困难。

目前设计的用于燃用固体燃料的化学链燃烧反应器主要是串型流化床反应器(Interconnected fluidized-bed)和双循环流化床反应器(Dual CFB)。串行流化床反应器形式类似于传统的循环流化床，由一个快速床的空气反应器和一个低速鼓泡床/湍流床的燃料反应器组成，两个反应器之间用流动密封阀隔绝，然而简单的低速鼓泡床/湍流床结构依然很难满足颗粒长停留时间的需求。双循环流化床反应器由两个循环流化床系统串接而成，这给系统设计、运行控制都带来了较大的困难，同时也会加大系统经济投资。而并行反应器结构主要是针对气体燃料，它的结构简单，操作方便，但是密封效果较差，CO₂的捕集效率较低，也无法适用于固体燃料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于固体燃料的结构简单、操作方便、CO₂捕集效率高、密封性能好且能有效控制燃料反应器中颗粒停留时间的化学链燃烧装置及其使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于固体燃料的化学链燃烧装置，其特征在于：包括空气反应器流化床，旋风分离器与空气反应器流化床连接，燃料反应器流化床通过第一流动密封阀连接旋风分离器，螺旋进料器设于燃料反应器流化床的侧面；下降管上端口连接燃料反应器流化床，下降管下端口通过第二流动密封阀连接回料管上端口，回料管下端口连接空气反应器流化床。

优选地，所述空气反应器流化床包括空气反应主室，空气反应器布风板设于空气反应主室下方，空气反应器提升管通过空气反应器过渡段设于空气反应主室上方；空气反应主室与所述回料管连接，空气反应器提升管与所述旋风分离器连接。

优选地，所述旋风分离器包括气固分离器及设于其下方的旋风分离器下降管；气固分离器的入口与所述空气反应器提升管的上端出口水平连接，旋风分离器下降管的下端出口连接所述第一流动密封阀。

优选地，所述燃料反应器流化床包括燃料反应器左反应室和燃料反应器右反应室，燃料反应器中间隔板设于燃料反应器左反应室和燃料反应器右反应室之间，燃料反应器中间隔板的上方和下方分别有上开口和下开口，燃料反应器布风板设于燃料反应器左反应室和燃料反应器右反应室的下方；燃料反应器左反应室连接所述螺旋进料器的出口，燃料反应器下降管设于燃料反应器左反应室上方且其上端与所述第一流动密封阀连接；燃料反应器右反应室的出口壁面上水平设有孔/条格，燃料反应器右反应室的出口壁面连接所述下降管上端口。

优选地，所述燃料反应器下降管的出口低于所述上开口。

优选地，所述燃料反应器右反应室的壁面上的孔/条格低于所述上开口。