專利名稱：雙分布板煤基串行流化床化學(xué)鏈燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣固流化床反應(yīng)器領(lǐng)域，涉及一種雙分布板煤基串行 流化床化學(xué)鏈燃燒裝置，適于燃用煤等固體燃料的化學(xué)鏈燃燒裝置。
背景技術(shù)：
目前，化學(xué)鏈燃燒是一種嶄新的燃燒理念，這種燃燒狀態(tài)的燃料 不直接與空氣接觸燃燒，而是以載氧體在兩個(gè)反應(yīng)器之間的循環(huán)交替 反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)燃料的燃燒過程，化學(xué)鏈燃燒方式相比于傳統(tǒng)的與空氣直 接接觸、有火焰、 一步化學(xué)反應(yīng)、燃燒溫度高的燃燒方式，化學(xué)鏈燃 燒實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能梯級(jí)利用，具有更高的能量利用效率；更重要的是， 化學(xué)鏈燃燒方式中燃料與空氣不直接接觸，燃燒產(chǎn)物不會(huì)被空氣中的 N2稀釋而濃度極高，通過冷凝即可簡(jiǎn)單而低能耗地實(shí)現(xiàn)了 C02的分 離和捕集；另外，由于空氣反應(yīng)器的運(yùn)行溫度相對(duì)較低，在空氣反應(yīng) 器內(nèi)幾乎無熱力型NOx和快速型NOx生成，而在燃料反應(yīng)器內(nèi)，由 于不與02接觸，沒有燃料型NOx產(chǎn)生。相比之下，現(xiàn)有常規(guī)的固體燃料燃燒裝置要實(shí)現(xiàn)化學(xué)鏈燃燒方 式，必須為煤粉的氣化單獨(dú)增加一臺(tái)氣化爐，大大增加了投資費(fèi)用， 還需要額外熱量消耗，操作也比較困難；對(duì)于一些改進(jìn)了的裝置將煤 粉氣化和載氧體的還原集成在一個(gè)裝置內(nèi)進(jìn)行，盡管節(jié)省了一臺(tái)氣化 爐的費(fèi)用，而且也提高了熱量利用率，使反應(yīng)器達(dá)到自給熱循環(huán)反應(yīng) 的效果，但仍然存在一些難以克服的缺點(diǎn)。所以探討開發(fā)一種全新的 化學(xué)鏈燃燒固體燃料的裝置已成為本領(lǐng)域中正在努力的探究方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種將 煤粉的氣化和載氧體顆粒的還原放在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)燃燒，利 用氣速的變化使反應(yīng)能夠持續(xù)順利的運(yùn)行，使物料能夠方便有效的循 環(huán)使用，從而實(shí)現(xiàn)固體燃料同載氧體顆粒之間的置換反應(yīng)，達(dá)到燃料化學(xué)能梯級(jí)利用和C02分離捕集的結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明裝置主體結(jié)構(gòu)包括變截面鼓泡流化床、循環(huán)流化床、傾斜射流管、旋風(fēng)分離器、旋風(fēng)分離器和返料裝置;鼓泡流化床的底部制有進(jìn)氣口和進(jìn)料口，鼓泡流化床內(nèi)被安裝的上下結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分布板分為低氣速氣化區(qū)域、過渡區(qū)域和高氣速還原區(qū)域，低氣速區(qū)域和高氣速區(qū)域底部分別制有的分布板，兩個(gè)區(qū)域中間設(shè)有一變截面的過渡區(qū)域，實(shí)現(xiàn)低氣速氣化區(qū)域和高氣速還原區(qū)域的氣體流速不同；鼓泡流化床的上部與旋風(fēng)分離器的上部管狀連通，旋風(fēng)分離器的頂部制有排氣口，排氣口與鼓泡流化床的進(jìn)氣口相通，旋風(fēng)分離器的下部通過料腿通入低氣速氣化區(qū)域，高氣速還原區(qū)域底部通過返料裝置與循環(huán)流化床相通；循環(huán)流化床的底部設(shè)有空氣進(jìn)口 ，循環(huán)流化床的上部與旋風(fēng)分離器相通，旋風(fēng)分離器的下部通入高氣速還原區(qū)域；鼓泡流化床的低氣速氣化區(qū)域內(nèi)物料為煤粉顆粒，高氣速還原區(qū)域內(nèi)的物料為載氧體顆粒，循環(huán)流化床內(nèi)的物料為被合成氣還原后的載氧體顆粒；鼓泡流化床內(nèi)的低氣速氣化區(qū)域和高氣速還原區(qū)域兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的工作溫度為800 1100'C，高氣速還原區(qū)域的溫度高于低氣速氣化區(qū)域，循環(huán)流化床內(nèi)工作溫度處于900 120(TC。本發(fā)明雙分布板結(jié)構(gòu)的鼓泡流化床作為煤粉顆粒氣化和載氧體顆粒被還原的共同區(qū)域，由低氣速氣化區(qū)域、傾斜射流管、過渡區(qū)域、分布板和高氣速還原區(qū)域組成；低氣速氣化區(qū)域和高氣速還原區(qū)域之間的過渡區(qū)域?yàn)樽兘孛媸狡交O(shè)計(jì)，過渡區(qū)域四周各制有傾斜射流管，按照由下向上的方向，過平滑過渡區(qū)域各點(diǎn)做切線與豎直方向的夾角的變化趨勢(shì)是由O度變大再減小到O度，夾角最大為60度；氣體流速的調(diào)節(jié)由過渡區(qū)域四周的傾斜射流管通過噴入二氧化碳完成；煤粉顆粒集中在低氣速氣化區(qū)域與水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行氣化反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳C+H20 4 CO+H2C+C02 — 2CO其氣化反應(yīng)的氣化合成氣向上流動(dòng)，由于過渡區(qū)域的通道截面積變小，高氣速還原區(qū)域的內(nèi)徑小于低氣速氣化區(qū)域的內(nèi)徑，使氣體流 速增加；合成氣向上流動(dòng)，在高氣速還原區(qū)域內(nèi)與載氧體顆粒發(fā)生還 原反應(yīng)，還原后的載氧體顆粒通過返料裝置進(jìn)入循環(huán)流化床內(nèi)再生； 高氣速還原區(qū)域內(nèi)未燃盡的煤焦顆粒將被氣流攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器， 分離后的煤焦顆粒返回低氣速氣化區(qū)域進(jìn)一步反應(yīng)氣化。本發(fā)明的燃燒時(shí)煤粉從鼓泡流化床的下部的進(jìn)料口進(jìn)入，與從進(jìn) 氣口進(jìn)入低氣速氣化區(qū)域內(nèi)的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到 的氣化合成氣進(jìn)入高氣速還原區(qū)域內(nèi)同載氧體顆粒反應(yīng)將其還原，同 時(shí)生成二氧化碳和水蒸氣；被還原的載氧體顆粒通過返料裝置返回到 循環(huán)流化床，與從進(jìn)氣口進(jìn)入的空氣反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)載氧體顆粒的再生， 再生后的顆粒通過旋風(fēng)分離器進(jìn)入高氣速還原區(qū)域重新反應(yīng)；高氣速 還原區(qū)域內(nèi)的部分未燃盡的煤焦顆粒被氣流攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器，進(jìn) 行氣固分離，分離下來的煤焦顆粒通過料腿返回低氣速區(qū)域進(jìn)一步反 應(yīng)，分離后的氣體包含水蒸氣和二氧化碳，從旋風(fēng)分離器的排氣口排 出，抽取部分氣體通過鼓泡流化床的進(jìn)氣口循環(huán)進(jìn)入低氣速區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn) 一是與常規(guī)的煤基化學(xué)鏈 燃燒裝置相比，由于將煤粉氣化和載氧體的還原集成在一個(gè)裝置內(nèi)進(jìn) 行，節(jié)省了一臺(tái)氣化爐的費(fèi)用；二是煤粉氣化和載氧體的還原集成在 一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，再加上變截面的過渡部分和調(diào)節(jié)氣速的傾斜射流管， 可使整個(gè)系統(tǒng)的操作更加靈活性，響應(yīng)更加迅速；三是回收利用旋風(fēng) 分離器排出的水蒸氣和二氧化碳，提高了熱量利用率，擁有更廣闊的 工業(yè)應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例做進(jìn)一步說明。實(shí)施例本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括循環(huán)流化床1、空氣進(jìn)口2、旋風(fēng)分離器13、返料裝置3、鼓泡流化床9、進(jìn)氣口5、進(jìn)料口7、分布板6、分布板IO、低氣速氣化區(qū)域8、過渡區(qū)域ll、高氣速還原區(qū)域12、 傾斜射流管4、旋風(fēng)分離器15、旋風(fēng)分離器排氣口 14和料腿16;由 循環(huán)流化床l、旋風(fēng)分離器13、返料裝置3、低氣速氣化區(qū)域8、過 渡部分11、高氣速還原區(qū)域12和旋風(fēng)分離器15連通接成一個(gè)循環(huán) 回路；循環(huán)流化床1上部與旋風(fēng)分離器13上部連通，旋風(fēng)分離器13 下部與高氣速還原區(qū)域12相通，高氣速還原區(qū)域12通過返料裝置3 與循環(huán)流化床1的下部相連通，高氣速還原區(qū)域12、低氣速氣化區(qū) 域8和過渡區(qū)域11是相通的;高氣速還原區(qū)域12上部與旋風(fēng)分離器 15上部連通，旋風(fēng)分離器15下部通過料腿16與低氣速氣化區(qū)域8 相通，旋風(fēng)分離器15頂部的排氣口 14和低氣速氣化區(qū)域8底部的進(jìn) 氣口 5是相通的；循環(huán)流化床1的下部設(shè)有空氣進(jìn)口 2，低氣速氣化 區(qū)域8的底部設(shè)有進(jìn)氣口 5和進(jìn)料口 7。本實(shí)施例的鼓泡流化床9的底部設(shè)有進(jìn)氣口 5和進(jìn)料口 7，主體 分為低氣速氣化區(qū)域8、過渡區(qū)域11和高氣速還原區(qū)域12，低氣速 氣化區(qū)域8和高氣速還原區(qū)域12底部分別制有分布板6和10，兩個(gè) 區(qū)域中間制有變截面的過渡區(qū)域11，鼓泡流化床9的上部與旋風(fēng)分 離器15的上部相連通，旋風(fēng)分離器15的頂部制有排氣口 14，排氣 口 14與鼓泡流化床9的進(jìn)氣口 5相通，旋風(fēng)分離器15的下部通過料 腿16通入低氣速氣化區(qū)域8，高氣速還原區(qū)域12底部通過返料裝置 3與循環(huán)流化床1相通；循環(huán)流化床1的底部制有空氣進(jìn)口 2，循環(huán) 流化床1的上部與旋風(fēng)分離器13相通，旋風(fēng)分離器13的下部通入高 氣速還原區(qū)域12;鼓泡流化床9的低氣速氣化區(qū)域8內(nèi)物料為煤粉 顆粒，高氣速還原區(qū)域12內(nèi)的物料為載氧體顆粒，循環(huán)流化床1內(nèi) 的物料為被合成氣還原后的載氧體顆粒，鼓泡流化床9內(nèi)兩個(gè)區(qū)域均 處于800 110(TC的操作，高氣速還原區(qū)域12的溫度高于低氣速氣 化區(qū)域8，循環(huán)流化床處于900 120(TC操作。本實(shí)施例采用普通煤 燃燒時(shí)，燃燒率均高于現(xiàn)有設(shè)備裝置五個(gè)百分點(diǎn)以上，具有明顯的經(jīng) 濟(jì)效益。本實(shí)施例使用中的反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w通過進(jìn)氣口 5進(jìn)入低氣速氣化區(qū)域8，與通過給料口 7進(jìn)入的煤粉顆粒發(fā)生氣 化反應(yīng)，生成合成氣，主要成分為一氧化碳和氫氣，部分未燃盡煤焦 顆粒被氣流攜帶進(jìn)入高氣速還原區(qū)域12，上升過程中由于通道截面 積變小，并且有部分氣流通過傾斜射流管4被射入通道中，使氣流的 上升速度增大，進(jìn)入高氣速還原區(qū)域12;高氣速還原區(qū)域12內(nèi)載氧 體顆粒同合成氣反應(yīng)，生成二氧化碳和水蒸汽，載氧體顆粒也被還原； 還原后的載氧體通過返料裝置3進(jìn)入循環(huán)流化床1，與空氣氧化反應(yīng) 完成載氧體的再生;再生后的載氧體顆粒被空氣攜帶通過旋風(fēng)分離器 l分離，返回到高氣速還原區(qū)域12中重新反應(yīng)；高氣速還原區(qū)域12 內(nèi)生成的氣體產(chǎn)物攜帶未燃盡煤焦顆粒進(jìn)入旋風(fēng)分離器15進(jìn)行氣固 分離，未燃盡煤焦顆粒通過料腿16返回到低氣速氣化區(qū)域8內(nèi)進(jìn)一 步反應(yīng)；從旋風(fēng)分離器排氣口 14中排出的氣體，部分將通過進(jìn)氣口 5再循環(huán)進(jìn)入低氣速氣化區(qū)域8內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種雙分布板煤基串行流化床化學(xué)鏈燃燒裝置，主體結(jié)構(gòu)包括變截面鼓泡流化床、循環(huán)流化床、傾斜射流管、旋風(fēng)分離器、旋風(fēng)分離器和返料裝置，其特征在于鼓泡流化床的底部制有進(jìn)氣口和進(jìn)料口，鼓泡流化床內(nèi)被安裝的上下結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分布板分為低氣速氣化區(qū)域、過渡區(qū)域和高氣速還原區(qū)域，低氣速區(qū)域和高氣速區(qū)域底部分別制有分布板，兩個(gè)區(qū)域中間設(shè)有變截面的過渡區(qū)域，使低氣速氣化區(qū)域和高氣速還原區(qū)域的氣體流速不同；鼓泡流化床的上部與旋風(fēng)分離器的上部管狀連通，旋風(fēng)分離器的頂部制有排氣口，排氣口與鼓泡流化床的進(jìn)氣口相通，旋風(fēng)分離器的下部通過料腿通入低氣速氣化區(qū)域，高氣速還原區(qū)域底部通過返料裝置與循環(huán)流化床相通；循環(huán)流化床的底部設(shè)有空氣進(jìn)口，循環(huán)流化床的上部與旋風(fēng)分離器相通，旋風(fēng)分離器的下部通入高氣速還原區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙分布板煤基串行流化床化學(xué)鏈燃燒 裝置，其特征在于雙分布板結(jié)構(gòu)的鼓泡流化床作為煤粉顆粒氣化和載 氧體顆粒被還原的共同區(qū)域，由低氣速氣化區(qū)域、傾斜射流管、過渡 區(qū)域、分布板和高氣速還原區(qū)域組成；低氣速氣化區(qū)域和高氣速還原 區(qū)域之間的過渡區(qū)域?yàn)樽兘孛媸狡交O(shè)計(jì)，過渡區(qū)域四周各制有傾斜 射流管，由下向上的方向過平滑過渡區(qū)域各點(diǎn)做切線與豎直方向的夾 角的變化趨勢(shì)是由0度變大再減小到0度，夾角最大為60度；氣體 流速的調(diào)節(jié)由過渡區(qū)域四周的傾斜射流管通過噴入二氧化碳完成；煤 粉顆粒集中在低氣速氣化區(qū)域與水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行氣化反 應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，其氣化反應(yīng)的氣化合成氣向上流動(dòng)，由于過 渡區(qū)域的通道截面積變小，高氣速還原區(qū)域的內(nèi)徑小于低氣速氣化區(qū) 域的內(nèi)徑，使氣體流速增加；合成氣向上流動(dòng)，在高氣速還原區(qū)域內(nèi) 與載氧體顆粒發(fā)生還原反應(yīng)，還原后的載氧體顆粒通過返料裝置進(jìn)入循環(huán)流化床內(nèi)再生；高氣速還原區(qū)域內(nèi)未燃盡的煤焦顆粒將被氣流攜 帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器，分離后的煤焦顆粒返回低氣速氣化區(qū)域進(jìn)一步反 應(yīng)氣化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙分布板煤基串行流化床化學(xué)鏈燃燒 裝置，其特征在于鼓泡流化床的低氣速氣化區(qū)域內(nèi)物料為煤粉顆粒， 高氣速還原區(qū)域內(nèi)的物料為載氧體顆粒，循環(huán)流化床內(nèi)的物料為被合 成氣還原后的載氧體顆粒；鼓泡流化床內(nèi)的低氣速氣化區(qū)域和高氣速 還原區(qū)域兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的工作溫度為800 1100°C，高氣速還原區(qū)域的 溫度高于低氣速氣化區(qū)域，循環(huán)流化床內(nèi)工作溫度為900 1200°C。
全文摘要
本發(fā)明屬于氣固流化床反應(yīng)器領(lǐng)域，涉及一種雙分布板煤基串行流化床化學(xué)鏈燃燒裝置，適于燃用煤等固體燃料的化學(xué)鏈燃燒，鼓泡流化床的底部制有進(jìn)氣口和進(jìn)料口，其內(nèi)被兩個(gè)分布板分為三個(gè)區(qū)域，低氣速區(qū)域和高氣速區(qū)域底部分別制有的分布板，兩個(gè)區(qū)域中間設(shè)有變截面的過渡區(qū)域，實(shí)現(xiàn)低氣速氣化區(qū)域和高氣速還原區(qū)域的氣體流速不同；鼓泡流化床的上部與旋風(fēng)分離器的上部管狀連通，旋風(fēng)分離器的頂部制有排氣口與鼓泡流化床的進(jìn)氣口相通，下部通過料腿通入低氣速氣化區(qū)域，高氣速還原區(qū)域底部通過返料裝置與循環(huán)流化床相通；循環(huán)流化床的底部設(shè)有空氣進(jìn)口，上部與旋風(fēng)分離器相通，具有造價(jià)低，操作靈便，熱效率高，使用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F23C10/04GK101261010SQ20081001571
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者徐東彥, 田紅景, 郭慶杰 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)