一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置製造方法
2023-05-27 07:54:31
一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型屬於化學鏈燃燒【技術領域】，特別涉及一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置。本實用新型裝置由空氣反應器和多級燃料反應器組成；空氣反應器和燃料反應器之間通過氣固分離裝置和返料裝置連接；燃料反應器由多級反應器組成，固體燃料和水蒸氣先在氣化反應器裡氣化，然後和載氧體顆粒通過提升管進入主反應器；主反應器內設置多個角度可調節的擋板，一方面增加燃料和載氧體在反應器中的停留時間，另一方面加強主反應器內氣流擾動，加劇反應進行，提高燃料轉化率；被還原的載氧體通過返料裝置送回空氣反應器繼續氧化再生，參與下一個循環。採用該裝置，可以大大提高固體燃料的轉化率，適合大規模的工業應用。
【專利說明】一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於化學鏈燃燒【技術領域】，特別涉及一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置。
【背景技術】
[0002]化學鏈燃燒(Chemical-Looping Combustion, CLC)技術是一種高效、經濟、綠色的新型無焰燃燒技術，可以在不消耗額外的能量的情況下實現CO2分離和捕集。它藉助於載氧體將空氣反應器中的氧傳遞到燃料反應器，從而避免了燃料與空氣的直接接觸。在燃料反應器中生成高濃度的二氧化碳和水蒸氣，僅需將水蒸氣凝結便可以得到高濃度co2。
[0003]反應器是化學鏈燃燒取得成功的關鍵。金屬氧化物作為載氧體在兩個反應器中循環，實現氧和能量的轉移。一個性能優異的CLC反應器，需滿足下述主要條件:(I)能夠在燃料反應器與空氣反應器間運載足夠量的載氧體；(2)能避免兩個反應器之間氣體發生交換；(3)可為反應提供足夠的反應時間。
[0004]目前，國內外大多採用的是基於串行流化床反應器的化學鏈燃燒系統。這種反應系統在氣體燃料的化學鏈燃燒中具有較高的反應速率和較高的CO2捕捉效率，但對於固體燃料化學鏈燃燒，由於受結構設計和工作原理的限制，導致能量的傳遞和載氧體的利用效率較低，因此需要進一步改進和優化反應器結構。
實用新型內容
[0005]針對現有技術不足，本實用新型提供了一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，實現固體燃料直接化學鏈燃燒的高效、清潔應用。
[0006]一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，該裝置中空氣反應器、一級氣固分離裝置、一級返料裝置、氣化反應器、提升管、主燃料反應器、快速輸送床、二級氣固分離裝置和二級返料裝置通過管路順次相連；所述氣化反應器上分別設置進料裝置和蒸汽噴入裝置；所述提升管、主燃料反應器、快速輸送床、進料裝置、蒸汽噴入裝置和氣化反應器組成燃料反應器系統；所述空氣反應器和二級返料裝置之間通過返料管相連。
[0007]所述空氣反應器為圓柱型流化床，在出口加裝一個氣固分離裝置，煙氣進入後面的熱能利用裝置，分離出來的載氧體進入燃料反應器系統。
[0008]所述空氣反應器的底部分別設置布風板和風室。
[0009]所述一級返料裝置為U型閥或L閥。
[0010]所述二級返料裝置為U型閥或L閥。
[0011 ] 所述燃料反應器系統橫截面為方形。
[0012]所述氣化反應器、主燃料反應器和快速輸送床的底部分別設置布風板和風室。
[0013]所述氣化反應器、主燃料反應器和快速輸送床的布風板上分別設置排渣管，灰渣從排渣管排出。
[0014]所述主燃料反應器底部設置傾斜的布風板，所述布風板與水平方向的夾角為30°?60°，偏向快速輸送床。
[0015]所述主燃料反應器內壁上設置多個相對交錯的角度可調的擋板，所述擋板與水平方向的夾角為20°?60°。
[0016]所述氣化反應器底部通入預熱的CO2，從蒸汽噴入口噴入預熱的水蒸汽，其路徑類似於「W」型，同時從進料口輸送入固體燃料，水蒸汽、固體燃料以及載氧體劇烈混合，發生反應。
[0017]所述氣化反應器加入的固體燃料為煤或生物質。
[0018]所述主燃料反應器的反應產物經快速輸送床送入二級氣固分離裝置，分離後得到的載氧體重新進入空氣反應器，開始下一個循環。
[0019]本實用新型的有益效果為:
[0020](I)採用燃料反應器三床設計方式，集燃料氣化、燃燒、載氧體與煤灰分離於一體；
[0021](2)主燃料反應器內布置可調節角度式擋板，可根據燃料的性質調節角度，以增加燃料與載氧體在反應器內的停留時間，並加強氣流擾動，這些都將促使燃料進一步反應，提高固體燃料的轉化效率；
[0022](3)快速輸送床使氣流加速進入氣固分離裝置，飛灰和小顆粒物質隨煙氣進入受熱面，分離下來的載氧體進入返料裝置，然後送回空氣反應器。大的灰渣從排渣孔排出。這種設計較好的解決了煤灰和載氧體分離問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置結構示意圖；
[0024]圖中標號:1_空氣反應器；2_ —級氣固分離裝置；3_ —級返料裝置；4_提升管；5-主燃料反應器；6_快速輸送床；7_ 二級氣固分離裝置；8_ 二級返料裝置；9_返料管；10-進料裝置；11_蒸汽噴入裝置；12_氣化反應器。
【具體實施方式】
[0025]本實用新型提供了一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步說明。
[0026]本實用新型的裝置結構示意圖如圖1所示，該裝置中空氣反應器1、一級氣固分離裝置2、一級返料裝置3、氣化反應器12、提升管4、主燃料反應器5、快速輸送床6、二級氣固分離裝置7和二級返料裝置8通過管路順次相連；所述氣化反應器12上分別設置進料裝置10和蒸汽噴入裝置11 ;所述提升管4、主燃料反應器5、快速輸送床6、進料裝置10、蒸汽噴入裝置11和氣化反應器12組成燃料反應器系統；所述空氣反應器I和二級返料裝置8之間通過返料管9相連。
[0027]所述空氣反應器I為圓柱型流化床。
[0028]所述空氣反應器I的底部分別設置布風板和風室。
[0029]所述一級返料裝置3為U型閥或L閥。
[0030]所述二級返料裝置8為U型閥或L閥。
[0031]所述燃料反應器系統橫截面為方形。[0032]所述氣化反應器12、主燃料反應器5和快速輸送床6的底部分別設置布風板和風室。
[0033]所述氣化反應器12、主燃料反應器5和快速輸送床6的布風板上分別設置排渣管。
[0034]所述主燃料反應器5底部設置傾斜的布風板，所述布風板與水平方向的夾角為30°?60°，偏向快速輸送床6。
[0035]所述主燃料反應器5內壁上設置多個相對交錯的角度可調的擋板，所述擋板與水平方向的夾角為20°?60°。
[0036]所述空氣反應器I的截面為圓形，下面設有布風板和排渣孔。燃料反應器系統的
三個床均為方形，包括氣化反應器12、主燃料反應器5和快速輸送床6。從氣化反應器12下部的布風板通入CO2,使載氧體和燃料保持流化狀態，並從進料裝置10輸送固體燃料，從蒸氣噴入裝置11噴入水蒸氣，固體燃料和水蒸氣在氣化反應器12內發生水煤氣化反應，產生化學性質活潑的CO和H2混合氣體，同時與進入氣化反應器12的處於流化狀態的載氧體發生初步的反應，大的灰渣掉到排渣管排出，反應後的混合物隨氣流經提升管4進入主燃料反應器5內，進行進一步反應。在提升管4和主燃料反應器5之間通過傾斜煙道連接，可減少流動阻力。當反應混合物進入主燃料反應器5後，載氧體、煤以及煤氣化產物發生劇烈反應。由於主燃料反應器5內部設有可調角度的擋板，煤粉以及煤氣化產物和載氧體顆粒的混合物會在主燃料反應器5內發生劇烈碰撞，有利於反應的完全進行。另外擋板會加劇主燃料反應器5內的氣流擾動，進一步促進反應，提高燃料轉化率。在主燃料反應器5底部布風板處設有排渣管，大的煤渣通過其排出。主燃料反應器5布風板傾斜布置，偏向快速輸送床6,角度在30°?60°之間，以便混合物可以迅速進入快速輸送床6。快速輸送床6內氣流速度較快，煙氣以較快速度進入二級氣固分離裝置7，取得較好的氣固分離效果。煙氣以及粒徑較小的飛灰從二級氣固分離裝置7的上部排出，進入下級受熱面，固體進入二級返料裝置8。分離出的固體經二級返料裝置8和返料管9進入空氣反應器1，被還原的載氧體在空氣反應器重新被氧化，開始下一個循環。
[0037]實施例1
[0038]固體燃料選用褐煤，載氧體選用水熱合成法製備的NiFe2CV煤粉和水蒸氣在氣化反應器12內發生水煤氣反應，生成CO和H2的混合氣體，然後和進入的NiFe2O4發生反應。隨後反應混合物隨氣流進入主燃料反應器5，發生劇烈的反應，NiFe2O4失去氧被還原，煤及煤氣化產物得到氧被氧化。最後被還原的NiFe2O4進入空氣反應器1，氧化再生，繼續下一個循環。連續運行72h，褐煤的轉化率為94.3%以上，載氧體的損耗約為3.8%,CO2的捕捉效率達到93.5%以上。
[0039]實施例2
[0040]選取粉碎的棉花杆作為固體燃料，CuO為載氧體，按照案例I的工藝進行化學鏈燃燒試驗。連續運行72h，燃料轉化率為94.6%以上，載氧體的損耗率為2.8%, CO2的捕捉效率為93.8%以上。
[0041]實施例3
[0042]選取褐煤為燃料，NiO為載氧體，按照案例I的工藝進行化學鏈燃燒試驗。連續運行72h，褐煤的轉化率為96.8%以上，載氧體的損耗率為3.1%，CO2的捕捉效率為95.7%以上。[0043]實施例4
[0044]選取褐煤和稻殼的混合物為燃料，NiO為載氧體，按照案例I的工藝進行化學鏈燃燒試驗。連續運行72h，褐煤的轉化率為95.8%以上，載氧體的損耗率為2.1%，C02的捕捉效率為95.3%以上。
【權利要求】
1.一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:該裝置中空氣反應器(I)、一級氣固分離裝置(2)、一級返料裝置(3)、氣化反應器(12)、提升管(4)、主燃料反應器(5 )、快速輸送床(6 )、二級氣固分離裝置(7 )和二級返料裝置(8 )通過管路順次相連；所述氣化反應器(12)上分別設置進料裝置(10)和蒸汽噴入裝置(11);所述提升管(4)、主燃料反應器(5)、快速輸送床(6)、進料裝置(10)、蒸汽噴入裝置(11)和氣化反應器(12)組成燃料反應器系統；所述空氣反應器(I)和二級返料裝置(8)之間通過返料管(9)相連。
2.根據權利要求1所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述空氣反應器(I)為圓柱型流化床。
3.根據權利要求1所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述空氣反應器(I)的底部分別設置布風板和風室。
4.根據權利要求1所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述一級返料裝置(3)為U型閥或L閥。
5.根據權利要求1所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述二級返料裝置(8)為U型閥或L閥。
6.根據權利要求1所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述燃料反應器系統橫截面為方形。
7.根據權利要求1所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述氣化反應器(12)、主燃料反應器(5 )和快速輸送床(6 )的底部分別設置布風板和風室。
8.根據權利要求7所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述氣化反應器(12)、主燃料反應器(5)和快速輸送床(6)的布風板上分別設置排渣管。
9.根據權利要求7所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述主燃料反應器(5)底部設置傾斜的布風板，所述布風板與水平方向的夾角為30°?60°，偏向快速輸送床(6)。
10.根據權利要求1所述的一種耦合氣化多床結構固體燃料化學鏈反應裝置，其特徵在於:所述主燃料反應器(5)內壁上設置多個相對交錯的角度可調的擋板，所述擋板與水平方向的夾角為20°?60°。
【文檔編號】F23C10/18GK203442802SQ201320561595
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】董長青, 王磊, 覃吳, 胡笑穎, 楊勇平 申請人:華北電力大學