[发明专利]一种切换式化学链燃烧装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用化学链燃烧的装置和方法，尤其涉及一种切换式化学链燃烧装置和方法。

背景技术

化学链燃烧(Chemical looping combustion)技术是一种具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。

在化学链燃烧过程中，燃料适应性强，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。目前设计的用于化学链燃烧的反应器结构包括串型流化床反应器(Interconnected fluidized-bed)、双循环流化床反应器(Dual CFB)以及并行或切换式反应器等。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，两个反应床之间用流动密封阀隔绝；双循环流化床反应器由两个循环流化床系统串接而成。这两种设计结构均比较复杂，在系统运行、控制方面均存在较大的困难，同时也会加大系统经济投资。而通常设计的切换式反应器均是由两个固定床反应器组成，在两个反应器间切换气源，实现氧载体颗粒的氧化-还原循环反应。这种反应器结构的优点是结构简单，容易控制，但是同时也存在着反应效率较低、难以大型化等问题。

发明内容

本发明针对现有化学链燃烧系统结构和工艺过程复杂，自动化控制要求高或反应性能较低等问题，提供一种嵌套型的切换式化学链燃烧反应装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种切换式化学链燃烧装置，包括第一反应器及第二反应器，第一反应器包括第一反应室，第一反应室底部设有第一风室，第一反应室内上部设有第一金属网，第二反应器包括第二反应室，第二反应室底部设有第二风室，第二反应室内上部设有第二金属网，其特征在于，所述的第二反应器置于第一反应器内，第一反应室与第一风室、第二反应室与第二风室之间设有一块布风板，布风板上设有均匀分布的风帽，风帽上设有开孔。

优选地，所述的燃烧装置还包括第一总管路分别与第一支管路、第二支管路、第三支管路连通，第一支管路与第一风室连接，第二支管路与第二风室连接，第一总管路上设有阀门一，第一支管路上设有阀门二，第二支管路上设有阀门三；第二总管路分别与第四支管路、第五支管路、第六支管路连通，第四支管路与第一风室连接，第五支管路与第二风室连接，第二总管路上设有阀门四，第四支管路上设有阀门五，第五支管路上设有阀门六；第三总管路分别与第三支管路、第六支管路连通，第三总管路上设有阀门七；第一反应室顶部设有第四总管路，第四总管路分别与第七支管路、第八支管路连通；第二反应室顶部设有第五总管路，第五总管路分别与第九支管路、第十支管路连通；第八支管路、第九支管路分别通过管路与阀门十连通，阀门十还与第七支管路、第十支管路连通，第八支管路上设有阀门八，位于第七支管路及与阀门十连通的管路之间，第九支管路上设有阀门九，位于第十支管路及与阀门十连通的管路之间。

本发明还提供了一种切换式化学链燃烧方法，其特征在于，采用上述切换式化学链燃烧装置，布风板上均匀铺设氧载体颗粒，从第一风室和第二风室通入的燃料气体和空气通过布风板上的风帽将氧载体颗粒流化并发生相应的化学反应；当燃料气依次通过第一总管路、第一支管路/第二支管路进入第一反应室/第二反应室时，空气则依次通过第二总管路、第五支管路/第四支管路进入第二反应室/第一反应室，在反应室中通入燃料气和空气的间隔通入水蒸气进行清扫，同时，水蒸气与燃料气燃料反应产生的CO₂气体从同一端口排出。