專利名稱：一種回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于清潔能源利用和節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置 。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，CO2減排任務(wù)極其艱巨，探索研究新型的CO2減排技術(shù)非常重要?；瘜W(xué)鏈燃燒(Chemical Looping Combustion, CLC)作為一種新型燃燒方式，具有優(yōu)越的CO2分離特性，日益受到關(guān)注。CLC作為一種新型的燃料和空氣非混合燃燒技術(shù)，其基本原理是借助于載氧體(oxygen carrier)的作用將燃燒過程分解為2個(gè)氣-固反應(yīng)一方面利用載氧體分離空氣中的氧；另一方面載氧體將分離的空氣中的氧傳遞給燃料，進(jìn)行燃料的無火焰燃燒，如圖I所示。CLC不僅能夠根除燃料燃燒時(shí)NOx的產(chǎn)生、提高燃料的燃燒效率，且燃料完全轉(zhuǎn)化時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物僅包含空氣和水蒸氣，無需額外的分離裝置和措施，經(jīng)過簡單的冷凝處理就可以得到高純的CO2，便于后續(xù)存貯處理。化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是目前國內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)之一。反應(yīng)器的形式對于化學(xué)鏈燃燒的工業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要，目前可應(yīng)用于化學(xué)鏈燃燒的反應(yīng)器形式大多為流化床反應(yīng)器，且以串行流化床反應(yīng)器為主，雖然有較高的轉(zhuǎn)化效率，但載氧體的流化和分離使得系統(tǒng)相對復(fù)雜且能耗高，受可靠性和經(jīng)濟(jì)性限制，實(shí)現(xiàn)大型化運(yùn)行仍然任重道遠(yuǎn)。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能實(shí)現(xiàn)氣體燃料的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)，無需將載氧劑流化，從而降低了反應(yīng)器的能量消耗，也避免了常規(guī)的固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置的復(fù)雜管道布置和換向控制機(jī)構(gòu)，而且結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝和運(yùn)行維護(hù)方便的回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置包括機(jī)架、固定床、上端蓋、下端蓋、隔板、氣體管、排氣管、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和密封機(jī)構(gòu)；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由變頻調(diào)速電機(jī)、減速器和聯(lián)軸器組成；所述固定床呈圓柱形，其內(nèi)部由燃料反應(yīng)區(qū)、空氣反應(yīng)區(qū)和密封區(qū)三部分組成，所述密封區(qū)設(shè)置在所述燃料反應(yīng)區(qū)與空氣反應(yīng)區(qū)之間，所述燃料反應(yīng)區(qū)和空氣反應(yīng)區(qū)內(nèi)均設(shè)置有若干隔板，所述隔板將所述燃料反應(yīng)區(qū)和空氣反應(yīng)區(qū)分為多個(gè)體積相等的扇形區(qū)域，每個(gè)所述扇形區(qū)域均內(nèi)部填充有載氧體，所述固定床的底部設(shè)有篦板，外沿接觸面設(shè)有滑動(dòng)軌道，圓心設(shè)置有驅(qū)動(dòng)軸；所述上端蓋的下端面的直徑與所述固定床的直徑相等，其內(nèi)部由上端蓋隔板分為體積相等的兩個(gè)腔體，每個(gè)腔體上均開有管孔，每個(gè)所述管孔上均連接所述排氣管；所述上端蓋隔板的下端對稱設(shè)置與所述扇形區(qū)域端面大小相等的扇形密封板，所述下端蓋的上端面的直徑與所述固定床的直徑相等，其內(nèi)部由下端蓋隔板分為體積相等的兩個(gè)腔體，每個(gè)腔體上均開有管孔，每個(gè)所述管孔上均連接所述氣體管；所述下端蓋隔板的上端對稱設(shè)置與所述扇形區(qū)域端面大小相等的扇形密封板；所述下端蓋的上端面外沿上設(shè)置支撐軌道，所述支撐軌道內(nèi)設(shè)有滾珠；所述上端蓋和下端蓋同心安裝于所述固定床的上端和下端，所述固定床與所述上端蓋和下端蓋連接處內(nèi)外均設(shè)有所述密封結(jié)構(gòu)，所述上端蓋和下端蓋分別固定安裝在所述機(jī)架上，所述驅(qū)動(dòng)軸通過所述聯(lián)軸器和減速器與所述變頻調(diào)速電機(jī)聯(lián)接，所述支撐軌道和滾珠與所述滑動(dòng)軌道配合可以保證所述變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述固定床轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作軸線，避免轉(zhuǎn)動(dòng)跑偏，并減小摩擦阻力和動(dòng)力消耗。進(jìn)一步，所述固定床與所述上端、下端蓋間外部的密封機(jī)構(gòu)為水封，所述水封采用上部圓形密封刀浸入下部圓形密封水槽，浸入深度根據(jù)燃料氣和空氣間的壓差而定。所述固定床與所述上端蓋和下端蓋的接觸面的邊沿設(shè)置的密封機(jī)構(gòu)為動(dòng)密 封，所述動(dòng)密封為氣封或迷宮密封實(shí)現(xiàn)扇形密封板底面與所述固定床的扇形區(qū)域上端和下端平面之間的密封，防止燃料反應(yīng)區(qū)和空氣反應(yīng)區(qū)之間的串氣。所述氣體管路和出氣管路上均設(shè)有設(shè)置閥門和流量控制器以調(diào)節(jié)氣體流量。所述固定床、上端蓋、下端蓋、隔板、上端蓋扇形密封板和下端蓋扇形密封板內(nèi)襯耐火材料；所述氣體管、排氣管外覆有保溫材料。所述載氧體根據(jù)氣體燃料的種類填充金屬氧化物載氧體或硫酸鹽非金屬載氧體。本裝置的氣體燃料的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)過程如下氣體燃料經(jīng)管路進(jìn)入燃料反應(yīng)區(qū)，與其中的載氧體顆粒發(fā)生氣固反應(yīng)，氣體燃料被氧化后轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和水蒸氣，經(jīng)熱氣管路進(jìn)入透平機(jī)做功或換熱器釋熱，然后經(jīng)冷凝器將水分去除后成為CO2純度較高的氣體，最后將其壓縮變成干冰或封存處理；空氣進(jìn)入空氣反應(yīng)區(qū)與失氧后的載氧體顆粒發(fā)生氣固反應(yīng)，載氧體顆粒被氧化重新獲得氧，而失氧后的空氣經(jīng)管路進(jìn)入透平機(jī)做功或換熱器釋熱。本實(shí)用新型的有益效果由于采用上技術(shù)方案，本實(shí)用新型與串行流化床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置相比，載氧體不需要進(jìn)行傳遞，省卻了流化輸送所消耗的能量及其流化和分離裝置；與現(xiàn)有固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置相比，不需要復(fù)雜的管路布置和換向機(jī)構(gòu)；系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，并能根據(jù)氣體燃料流量進(jìn)行規(guī)模的放大或增加裝置臺數(shù)。

圖I是化學(xué)鏈燃燒工作原理示意圖。圖2是回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是回轉(zhuǎn)式固定床上端蓋截面A_A不意圖。圖4是回轉(zhuǎn)式固定床下端蓋截面B-B不意圖。圖5是回轉(zhuǎn)式固定床橫截面C-C示意圖。圖中I.固定床，2.篦板，3.上端蓋，4.下端蓋，5.氣體管，6.排氣管，7.隔板，8.驅(qū)動(dòng)軸，9.閥門，10.流量控制器，11.上端蓋隔板，12.下端蓋隔板，13.扇形密封板，14.變頻調(diào)速電機(jī)，15.減速器，16.聯(lián)軸器，17.密封機(jī)構(gòu)，18.支撐軌道，19.滾珠,20.機(jī)架,21.載氧體，22.燃料反應(yīng)區(qū)，23.空氣反應(yīng)區(qū)，24.密封區(qū)。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。如圖2飛所示為本實(shí)用新型一種回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置由固 定床1，篦板2，上端蓋3，下端蓋4，氣體管5，排氣管6，隔板7，驅(qū)動(dòng)軸8，閥門9，流量控制器10，上端蓋隔板11，下端蓋隔板12，扇形密封板13，變頻調(diào)速電機(jī)14，減速器15，聯(lián)軸器16，密封機(jī)構(gòu)17，支撐軌道18，滾珠19，機(jī)架20，載氧體21，燃料反應(yīng)區(qū)22，空氣反應(yīng)區(qū)23，密封區(qū)24組成。呈圓柱形的固定床1，其內(nèi)部由燃料反應(yīng)區(qū)22、空氣反應(yīng)區(qū)23和密封區(qū)24三部分組成，密封區(qū)24設(shè)置在燃料反應(yīng)區(qū)22與空氣反應(yīng)23區(qū)之間，燃料反應(yīng)區(qū)22和空氣反應(yīng)區(qū)23內(nèi)均設(shè)置有若干隔板7，用于阻止燃料氣和空氣之間串風(fēng)，燃料反應(yīng)區(qū)22和空氣反應(yīng)區(qū)23的大小可根據(jù)氣體燃料種類和流量等具體設(shè)定或調(diào)整，隔板7同時(shí)可以起到輪轂的支撐作用以增加固定床I的機(jī)械強(qiáng)度及抗變形能力，每個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)部均填充載氧體21，床底部設(shè)篦板2對載氧體21起支撐作用，外沿接觸面設(shè)有滑動(dòng)軌道，圓心位置設(shè)置有驅(qū)動(dòng)軸8伸出通過聯(lián)軸器16與減速器15和調(diào)速電機(jī)14連接，固定床I兩端分別設(shè)有同心安裝的上端蓋3和下端蓋4，端蓋與固定的機(jī)架20緊固連接，上端蓋3的下端面的直徑與固定床I的直徑相等，其內(nèi)部由上端蓋隔板11分為體積相等的兩個(gè)腔體，每個(gè)腔體上均開有管孔，每個(gè)所述管孔上均連接有排氣管6 ;上端蓋隔板11的下端對稱設(shè)置與扇形區(qū)域端面大小相等的扇形密封板13，下端蓋4的上端面的直徑與固定床I的直徑相等，其內(nèi)部由下端蓋隔板12分為體積相等的兩個(gè)腔體，每個(gè)腔體上均開有下端蓋管孔，每個(gè)所述管孔上均連接氣體管5 ;所述下端蓋隔板的上端對稱設(shè)置與所述扇形區(qū)域端面大小相等的扇形密封板；下端蓋4外沿接觸面上設(shè)置支撐軌道18和滾珠19，固定床下端部外沿設(shè)滑動(dòng)軌道，三者配合既可以保持固定床轉(zhuǎn)子的工作軸線，避免轉(zhuǎn)動(dòng)跑偏，又可以減小摩擦阻力和動(dòng)力消耗。氣體管5和出氣管6上均設(shè)有設(shè)置閥門9和流量控制器10以調(diào)節(jié)氣體流量。固定床I的外殼、上端蓋、下端蓋及其隔板內(nèi)襯耐火材料,氣體管5和出氣管6的管外覆有保溫材料。設(shè)置在固定床I與上端蓋3、下端蓋4間的外部的密封機(jī)構(gòu)17為水封，水封采用上部圓形密封刀浸入下部圓形密封水槽，浸入深度根據(jù)燃料氣和空氣間的壓差而定；設(shè)置在所述固定床I與所述上端蓋3和下端蓋4的接觸面的邊沿上的密封機(jī)構(gòu)17為動(dòng)密封，所述動(dòng)密封為氣封或迷宮密封實(shí)現(xiàn)扇形密封板底面和所述固定床的扇形區(qū)域上端和下端平面之間的密封，防止燃料反應(yīng)區(qū)和空氣反應(yīng)區(qū)之間的串氣。所述固定床內(nèi)部可以根據(jù)氣體燃料的種類填充不同材料的載氧體，如金屬氧化物(如CuO、Mn2O3、Co3O4、NiO和Mn2O3等)載氧體和硫酸鹽(如CaS04、BaS04等)非金屬載氧體。燃料反應(yīng)區(qū)與空氣反應(yīng)區(qū)的載氧體分別經(jīng)歷失氧和得氧，反應(yīng)完全后反應(yīng)能力喪失，需要將其交替更新，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)此功能。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用軸驅(qū)動(dòng)方式，亦可采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)或齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等其他方式，本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括變頻調(diào)速電機(jī)14、減速器15和聯(lián)軸器16等。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將變頻調(diào)速電機(jī)14的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為固定床回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)固定床I在上端蓋3、下端蓋4之間勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。變頻調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速可根據(jù)工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足反應(yīng)裝置的不同工況需求。該裝置氣體燃料的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)過程如下氣體燃料經(jīng)氣體管5進(jìn)入燃料反應(yīng)區(qū)22，與其中的載氧體21顆粒發(fā)生氣固反應(yīng)，氣體燃料被氧化后轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和水蒸氣，經(jīng)排氣管6進(jìn)入透平機(jī)做功或換熱器釋熱，然后經(jīng)冷凝器將水分去除后成為CO2純度較高的氣體，最后將其壓縮變成干冰或封存處理；空氣經(jīng)氣體管5進(jìn)入空氣反應(yīng)區(qū)23與失氧后的載氧體顆粒發(fā)生氣固反應(yīng)，載氧體21顆粒被氧化重新獲得氧，而失氧后的空氣經(jīng)排氣管6進(jìn)入透平機(jī)做功或換熱器釋熱。這樣，氣體燃料和空氣的燃燒化學(xué)反應(yīng)被分解成燃料反應(yīng)器22和空氣反應(yīng)器23中的兩個(gè)氣固反應(yīng)，而化學(xué)反應(yīng)熱被反應(yīng)后氣體帶走，進(jìn)入透平機(jī)做功或換熱器 釋熱。
權(quán)利要求1.一種回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于，該裝置包括機(jī)架(20)、固定床(1)，篦板(2)、上端蓋(3)、下端蓋(4)、氣體管(5)、排氣管(6)、隔板(7)、驅(qū)動(dòng)軸(8)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和密封機(jī)構(gòu)(17)； 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由變頻調(diào)速電機(jī)(14)、減速器(15)和聯(lián)軸器(16)組成； 其中，所述固定床呈圓柱形，其內(nèi)部由燃料反應(yīng)區(qū)(22)、空氣反應(yīng)區(qū)(23)和密封區(qū)(24)三部分組成，所述密封區(qū)(24)設(shè)置在所述燃料反應(yīng)區(qū)(22)與空氣反應(yīng)區(qū)(23)之間，所述燃料反應(yīng)區(qū)(22)和空氣反應(yīng)區(qū)(23)內(nèi)均設(shè)置有若干隔板(7)，所述隔板(7)將所述燃料反應(yīng)區(qū)(22)和空氣反應(yīng)區(qū)(23)分為多個(gè)體積相等扇形區(qū)域，每個(gè)所述扇形區(qū)域內(nèi)部均填充有載氧體(21)，所述固定床(I)的底部設(shè)有篦板(2)，外沿接觸面設(shè)有滑動(dòng)軌道，圓心設(shè)置有所述驅(qū)動(dòng)軸(8)； 所述上端蓋(3)的下端面的直徑與所述固定床(I)的直徑相等，其內(nèi)部由上端蓋隔板(11)分為體積相等的兩個(gè)腔體，每個(gè)腔體的頂端均開有管孔，每個(gè)所述管孔上均設(shè)有所述排氣管(6);所述上端蓋隔板的下端對稱設(shè)置與所述扇形區(qū)域端面大小相等的扇形密封板(13)， 所述下端蓋(4)的上端面的直徑與所述固定床(I)的直徑相等，其內(nèi)部由下端蓋隔板(12)分為體積相等的兩個(gè)腔體，每個(gè)腔體的頂端均開有下端蓋管孔，每個(gè)所述管孔上均設(shè)有所述氣體管(5);所述下端蓋隔板(12)的上端對稱設(shè)置與所述扇形區(qū)域端面大小相等的扇形密封板(13);所述下端蓋(4)的上端面外沿上設(shè)置支撐軌道(18)，所述支撐軌道(18)內(nèi)設(shè)有滾珠(19)； 所述上端蓋(3)和下端蓋(4)同心安裝于所述固定床(I)的上端和下端，所述固定床Cl)與所述上端蓋(3)和下端蓋(4)的連接處外側(cè)和接觸面的邊沿上均設(shè)有所述密封機(jī)構(gòu)(17)，所述上端蓋(3)和下端蓋(4)均固定安裝在所述機(jī)架(20)上，所述驅(qū)動(dòng)軸(8)通過所述聯(lián)軸器(16)與減速器(15)和所述變頻調(diào)速電機(jī)(14)聯(lián)接，所述支撐軌道(18)和滾珠(19)與滑動(dòng)軌道配合可以保持所述變頻調(diào)速電機(jī)(14)驅(qū)動(dòng)所述固定床(I)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作軸線，避免轉(zhuǎn)動(dòng)跑偏，并減小摩擦阻力和動(dòng)力消耗。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于，設(shè)置在固定床(I)與上端蓋(3)、下端蓋(4)間的外部的密封機(jī)構(gòu)(17)為水封,水封采用上部圓形密封刀浸入下部圓形密封水槽，浸入深度根據(jù)燃料氣和空氣間的壓差而定； 設(shè)置在所述固定床(I)與所述上端蓋(3)和下端蓋(4)的接觸面的邊沿上的密封機(jī)構(gòu)(17)為動(dòng)密封，所述動(dòng)密封為氣封或迷宮密封實(shí)現(xiàn)扇形密封板底面和所述固定床的扇形區(qū)域上端和下端平面之間的密封，防止燃料反應(yīng)區(qū)和空氣反應(yīng)區(qū)之間的串氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于，所述氣體管(5)和出氣管(6)上分別設(shè)置閥門(9)和流量控制器(10)以調(diào)節(jié)氣體流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置，其特征在于，所述固定床(I)、上端蓋(3)、下端蓋(4)、隔板(7)、上端蓋隔板(11)、下端蓋隔板(12)和扇形密封板(13)的內(nèi)襯為耐火材料；所述氣體管(5)和排氣管(6)的管外覆有保溫材料。
專利摘要一種回轉(zhuǎn)式固定床化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)裝置，包括回轉(zhuǎn)式固定床、端部連接管、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和密封機(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)式固定床可以在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下旋轉(zhuǎn)，床體被密封隔版分為燃料反應(yīng)區(qū)和空氣反應(yīng)區(qū)，內(nèi)部填充載氧體；燃料氣進(jìn)入燃料反應(yīng)區(qū)與其中的載氧體發(fā)生氣固反應(yīng)，燃料被氧化后轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和水蒸氣，經(jīng)熱氣管路進(jìn)入透平機(jī)做功或換熱器釋熱，然后經(jīng)冷凝器將水分去除后成為CO2純度較高的氣體，最后將其壓縮變成干冰或封存處理；在空氣反應(yīng)區(qū)載氧體顆粒被氧化重新獲得氧，而失氧后的空氣經(jīng)管路進(jìn)入透平機(jī)做功或換熱器釋熱。該裝置載氧體不需要進(jìn)行傳遞，省卻了流化輸送所消耗的能量及其流化和分離裝置；不需要復(fù)雜的管路布置和換向機(jī)構(gòu)；可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。
文檔編號F24J1/00GK202719764SQ201220375279
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者劉訓(xùn)良, 秦冬麗, 豆瑞鋒, 蘇福永, 樓國鋒, 溫治 申請人:北京科技大學(xué)