[发明专利]一种具有自热制氧功能的煤粉燃烧方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤燃烧技术领域，具体涉及一种便于煤基化学链燃烧的方法和装置，实现煤等含碳固体燃料的高效利用及充分转化。

背景技术

直接以煤为燃料的化学链燃烧技术，作为一种新型的氧燃烧方式，直接以氧载体代替空气，实现煤的非混合无焰燃烧，具有显著的优点，不仅能在损失较小能量的情况下、实现煤燃烧过程中CO₂的有效分离；而且避免了煤直接与空气燃烧过程中的不可逆损失，实现了系统内部热量的梯级利用，具有较高的燃烧效率；同时，还能有效的抑制煤燃烧过程中NO_x的生成。

但是，直接以煤为燃料的化学链燃烧过程中，存在如下两个重大的限制环节，具体如下：

首先，燃烧过程中，主要发生的仍旧是煤气化产物与氧载体之间的气固氧化反应，而不是煤粉颗粒直接与氧载体之间的固固反应；同时，由于煤气化速率远低于煤气化产物与氧载体之间的反应速率，是直接以煤为燃料的化学链燃烧的限制环节，导致化学链燃烧过程中，煤粉难以完全气化、充分利用，煤燃烧尾气中包含一定的可燃不凝结气体，主要为CO、H₂、CH₄。

其次，直接以煤为燃料的化学链燃烧过程中，煤与氧载体的反应主要在燃料反应器中进行，燃料反应器的结构形式以鼓泡床反应器为主。鉴于煤与氧载体的二元床料中，煤的密度比氧载体的密度小得多，二者之间存在较大的密度差，易于发生床料偏析，导致煤与氧载体难于有效接触、充分流态化。而当煤粉颗粒运动到氧载体颗粒上端热解、气化时，所产生的不凝结可燃气体（主要包括CO、H₂、CH₄），因无法与氧载体接触，也难于被氧化。

正是基于上述原因，导致了直接以煤为燃料的化学链燃烧过程，煤粉难以有效气化、充分利用，煤燃烧尾气中所掺杂的不凝气体，主要包括CO、H₂、CH₄，不仅会导致CO₂分离困难，耗能增加；而且导致煤粉难于充分燃烧，很不经济。

因此，采取有效措施，促进尾气中不凝结气体的燃烧转化，对于煤的高效转化及煤化学链燃烧的推广应用，都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自热制氧功能的煤粉燃烧方法，将煤的纯氧燃烧技术与化学链燃烧技术有机结合，既克服纯氧燃烧中纯O₂制备的高成本、高耗能的限制，又促进煤的有效转化、高效利用，消除煤燃烧尾气中不凝结气体，获得高浓度的CO₂，便于后续存贮处理。

本发明的目的还在于提供实现上述方法的装置，将煤的纯氧燃烧技术与化学链燃烧技术有机结合，既克服纯氧燃烧中纯O₂制备的高成本、高耗能的限制，又促进煤的有效转化、高效利用，消除煤燃烧尾气中不凝结气体，获得高浓度的CO₂，便于后续存贮处理。

一种具有自热制氧功能的煤粉燃烧方法，具体为：

（1）利用钨基氧化物作为复合氧载体，与含碳燃料发生还原反应，生成Cu、W、CO₂和不凝结气体；

（2）步骤（1）还原反应生成的W和Cu，在空气气氛下发生氧化反应，重新生成CuWO₄；

（3）步骤（2）氧化反应生成的CuWO₄，借助氧化反应产生的热量，在水蒸气气氛下分解，产生O₂、Cu₂O和WO₂，产生的O₂与步骤（1）生成的不凝结气体反应生成CO₂和水蒸气；

（4）步骤（3）分解产生的Cu₂O和WO₂，再在空气气氛下发生氧化反应，重新形成CuWO₄，返回步骤（1）继续下一次循环反应，本步骤反应释放的热量作为步骤（1）还原反应的热源。

一种具有自热制氧功能的煤粉燃烧装置，包括依次管道连接形成回路的还原反应器的第一输出端、第一氧化反应器的输入端、第一氧化反应器的输出端、第一分离器的输入端、第一分离器的输出端、分解反应器的输入端、分解反应器的输出端、第二分离器的输入端、第二分离器的第一输出端、第二氧化反应器的输入端、第二氧化反应器的输出端、第三分离器的输入端、第三分离器的输出端和还原反应器的第一输入端；第二分离器的第二输出端通过冷凝器7管道连接还原反应器1的第二输入端。

本发明的技术效果体现在：