一種耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括干蒸汽制取裝置、化學(xué)鏈空分裝置以及富氧燃燒裝置，其中，干蒸汽制取裝置包括依次順序連接的太陽能集熱器、蒸汽發(fā)生器和分流器，干蒸汽制取裝置生成的干蒸汽經(jīng)分流器分為兩股：一股干蒸汽進(jìn)入化學(xué)鏈空分裝置用于吸氧反應(yīng)器的流化氣，另一股干蒸汽進(jìn)入富氧燃燒裝置，化學(xué)鏈空分裝置生成的高純度氧氣進(jìn)入富氧燃燒裝置與干蒸汽和燃料進(jìn)行混合燃燒，產(chǎn)物經(jīng)簡(jiǎn)單冷凝分離后獲得高純度的二氧化碳。本實(shí)用新型利用太陽能制取的干蒸汽既能用做化學(xué)鏈空分裝置的流化氣，又能通入富氧燃燒裝置參與燃燒反應(yīng)，減少了煙氣再循環(huán)回路，降低了富氧燃燒系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)的效率。
【專利說明】一種耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于富氧燃燒【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種基于耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)革命以來，由于工業(yè)發(fā)展的需要，使用了大量的化石燃料，使得大氣中二氧化碳濃度持續(xù)、快速上升，嚴(yán)重影響全球環(huán)境，針對(duì)二氧化碳減排這項(xiàng)全球性的重大課題，很多國(guó)家都提出了自己的研究計(jì)劃。其中，富氧燃燒技術(shù)作為二氧化碳捕集技術(shù)之一，可以依托現(xiàn)有的傳統(tǒng)燃煤電站，具有很好的發(fā)展前景。
[0003]富氧燃燒技術(shù)是采用高濃度氧氣(95%及以上)代替空氣與燃料進(jìn)行燃燒，同時(shí)將大部分煙氣(約70%)循環(huán)來調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)絕熱火焰溫度的一種高效清潔技術(shù)。富氧燃燒技術(shù)將傳統(tǒng)電廠與空氣分離單元和煙氣處理單元相結(jié)合，是生產(chǎn)高純度二氧化碳并最終控制二氧化碳排放的有效方法。在富氧燃燒技術(shù)中，空氣分離單元產(chǎn)生的富氧氣流(氧氣體積分?jǐn)?shù)高于或等于95% )與循環(huán)煙氣混合并通入燃燒室中，通過合理地調(diào)整兩股給氣的溫度和流量來控制鍋爐內(nèi)部的燃燒溫度與傳統(tǒng)燃燒一致。由于燃料在一個(gè)低N2高二氧化碳和水的氣氛中燃燒，所以生成煙氣主要由二氧化碳和水蒸氣組成，經(jīng)過較為簡(jiǎn)單的后處理即可得到高純度的二氧化碳產(chǎn)品。
[0004]目前常用的制氧方法分為兩類，一類是分離法，即將空氣中的氧氣與氮?dú)馔ㄟ^物理方式(深冷空分、或變溫或變壓吸附)進(jìn)行分離，獲得不同純度的氧氣；另一種為制取法，即采用化學(xué)試劑，通過氧化還原反應(yīng)制取氧氣。其中深冷空分技術(shù)是最常用的制氧方法，其利用空氣中各組分沸點(diǎn)的不同，先將空氣液化，然后通過連續(xù)多次的部分蒸發(fā)和部分冷凝，分離出空氣中的各組分。該技術(shù)的主要特點(diǎn)為生產(chǎn)量大，氧氣純度高，在大型、特大型需氧場(chǎng)合具有優(yōu)勢(shì)，但是常規(guī)深冷空分制氧(ASU)系統(tǒng)能耗較高，大約占整個(gè)電站凈輸出的10%到40%，且其設(shè)備費(fèi)用也較高，占系統(tǒng)總設(shè)備成本的40%左右。
[0005]化學(xué)鏈空分技術(shù)(Chemical Looping Air Separat1n, CLAS),是以金屬氧化物作為氧載體，通過金屬氧化物在合適溫度和欠氧環(huán)境下(如水蒸氣或二氧化碳?xì)夥障?發(fā)生分解反應(yīng)釋放氧氣，而釋氧后的氧載體在空氣氣氛中發(fā)生氧化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)再生，從而從空氣中分離出氧氣，其主要原理是利用吸氧反應(yīng)器和釋氧反應(yīng)器中的氧分壓不同，來控制氧載體吸氧反應(yīng)和釋氧反應(yīng)的循環(huán)發(fā)生。由于化學(xué)鏈空分技術(shù)需要控制吸氧反應(yīng)器和釋氧反應(yīng)器內(nèi)的溫度和氣氛，并且所需床料量和循環(huán)倍率較大，因此需要大量的流化氣使得床料流化，實(shí)際過程中仍然會(huì)產(chǎn)生較大的能耗。
[0006]目前采用化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)通常是將再循環(huán)煙氣通入釋氧反應(yīng)器制取富含氧氣和二氧化碳的混合氣體，但是該系統(tǒng)往往需要較多的外部熱量來維持釋氧反應(yīng)器和吸氧反應(yīng)器內(nèi)所需的溫度條件，使得系統(tǒng)能耗高，此外由于通入釋氧反應(yīng)器的煙氣中已經(jīng)含有一定量的氧氣而較容易達(dá)到吸氧和釋氧平衡，實(shí)際制氧量較少，難以滿足富氧燃燒的需要；也有一些采用化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒方案是從富氧燃燒機(jī)組汽輪機(jī)抽取部分蒸汽作為釋氧反應(yīng)器的流化氣，但是這種方式會(huì)顯著降低富氧燃燒系統(tǒng)效率。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的以上缺陷，本實(shí)用新型提供一種耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，其具有效率高、能耗低、成本低且系統(tǒng)污染物排放少的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本實(shí)用新型提供的一種耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，包括太陽能干蒸汽制取裝置、化學(xué)鏈空分裝置和富氧燃燒裝置，其中:
[0009]所述太陽能干蒸汽制取裝置包括通過管道依次順序連接的太陽能集熱器、蒸汽發(fā)生器和分流器，其中分流器具有第一分流出口和第二分流出口 ；
[0010]所述化學(xué)鏈空分裝置包括:
[0011]空氣預(yù)熱器，其具有第一預(yù)熱入口、第二預(yù)熱入口和出口，其中該第一預(yù)熱入口與所述分流器的第一分流出口連通；
[0012]吸氧反應(yīng)器，其具有氧氣入口、吸氧載體入口和出口，其中該氧氣入口與所述空氣預(yù)熱器的出口連通；
[0013]第一旋風(fēng)分離器，其具有第一入口、第一氣體分離出口和第一氧載體分離出口，其中該第一入口與所述吸氧反應(yīng)器的出口連通，該第一氣體分離出口與所述空氣預(yù)熱器的第二預(yù)熱入口連通；
[0014]釋氧反應(yīng)器，其具有釋氧載體入口、氣體入口和出口，其中該釋氧載體入口與所述第一旋風(fēng)分離器的第一氧載體分離出口連通；
[0015]第二旋風(fēng)分離器，其具有第二入口、第二氣體分離出口和第二氧載體分離出口，其中該第二入口與所述釋氧反應(yīng)器的出口連通，該第二氧載體分離出口與所述吸氧反應(yīng)器的吸氧載體入口連通；
[0016]第一換熱器，其具有第一換熱入口、第一出口和第二出口，其中該第一換熱入口與所述第二旋風(fēng)分離器的第二氣體分離出口連通，該第一出口與釋氧反應(yīng)器的氣體入口連通；
[0017]第二換熱器，其具有第二換熱入口和出口，并通過該第二換熱入口與所述第一換熱器的第二出口連通；以及
[0018]冷凝器，其具有冷凝入口和氧氣出口，并通過該冷凝入口與所述第二換熱器的出口連通；
[0019]所述富氧燃燒裝置包括鍋爐和尾氣處理單元，其中鍋爐的入口與所述冷凝器的氧氣出口連通，尾氣處理單元的入口與所述鍋爐的出口連通。
[0020]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述太陽能集熱器采用槽式太陽能集熱器。
[0021]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述釋氧反應(yīng)器反應(yīng)溫度為800-1000°C。
[0022]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氧載體為銅金屬氧化物、錳金屬氧化物或鈷金屬氧化物中的任意一種或混合。
[0023]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氧載體為鈣鈦礦、銅礦石、錳礦石或銅礦石中的任意一種或混合。
[0024]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氧載體為銅金屬氧化物時(shí)，釋氧反應(yīng)器中的氧分壓為
0.0005-0.0430atm。
[0025]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述富氧燃燒裝置的燃燒方式為水蒸氣-富氧燃燒。
[0026]總體而言，通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得以下有益效果:
[0027](I)通過太陽能集熱裝置將太陽能這種低品位能量用于制取干蒸汽，得到的干蒸汽既能用做化學(xué)鏈空分裝置的流化氣，又能通入富氧燃燒裝置參與燃燒反應(yīng)，避免了煙氣再循環(huán)回路，降低了富氧燃燒系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)的效率，降低了系統(tǒng)對(duì)化石燃料的需求量;
[0028](2)將干蒸氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的循環(huán)煙氣通入富氧燃燒鍋爐單元中，在避免煙氣再循環(huán)回路、簡(jiǎn)化富氧燃燒系統(tǒng)、降低成本的同時(shí)，還避免了氮元素在鍋爐內(nèi)的富集，減少了污染物NOx的排放，環(huán)境友好；
[0029](3)太陽能裝置制取的干蒸汽應(yīng)用于富氧燃燒裝置中，無需從富氧燃裝置中抽取部分蒸汽，保證了富氧燃燒系統(tǒng)的發(fā)電功率；
[0030](4)更容易實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集:鍋爐產(chǎn)物氣體組分主要為二氧化碳和水，經(jīng)過相對(duì)簡(jiǎn)單的處理即可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的分離和捕集。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本實(shí)用新型的耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的低能耗富氧燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本實(shí)用新型的干蒸汽制取裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3是本實(shí)用新型的化學(xué)鏈空分裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4是本實(shí)用新型的富氧燃燒裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5是實(shí)施例二的低能耗富氧燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖6是實(shí)施例三的低能耗富氧燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0038]1-干蒸汽制取裝置；2_分流器；3_化學(xué)鏈空分裝置；4_富氧燃燒裝置；5_太陽能集熱器；6_蒸汽發(fā)生器；7_空氣預(yù)熱器；8_吸氧反應(yīng)器；9_第一旋風(fēng)分離器；10_釋氧反應(yīng)器；11_第二旋風(fēng)分離器；12_第一換熱器、13-第二換熱器；14_冷凝器；15_鍋爐單元；16-尾氣處理單元；17-常規(guī)深冷空氣分離裝置；18-混合器。

【具體實(shí)施方式】
[0039]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0041]如圖1所示，一種耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的低能耗富氧燃燒系統(tǒng)，其包括干蒸汽制取裝置1、化學(xué)鏈空分裝置3以及富氧燃燒裝置4，干蒸汽制取裝置I用于制取反應(yīng)所需的干蒸汽，化學(xué)鏈空分裝置3用于分離出高純度氧氣，富氧燃燒裝置4用于富氧燃燒實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集。
[0042]如圖2所示，干蒸汽制取裝置I包括太陽能集熱器5、蒸汽發(fā)生器6和分流器2，通入蒸汽發(fā)生器6的水在太陽能集熱器5熱量作用下反應(yīng)生成干蒸汽，干蒸汽經(jīng)分流器2分為兩股:一股干蒸汽F進(jìn)入化學(xué)鏈空分裝置3，另一股干蒸汽I進(jìn)入富氧燃燒裝置4。
[0043]如圖3所示，化學(xué)鏈空分裝置3包括釋氧反應(yīng)器、吸氧反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、換熱器，其中，空氣B經(jīng)過空氣預(yù)熱器7預(yù)熱后進(jìn)入吸氧反應(yīng)器8中，經(jīng)第一旋風(fēng)分離器11分離出的低勢(shì)氧載體發(fā)生氧化反應(yīng)生成高勢(shì)氧載體；吸氧反應(yīng)器8中的氣體組分和低勢(shì)氧載體經(jīng)旋風(fēng)分離器9分離，其中，欠氧空氣(主要成分為氮?dú)?進(jìn)入空氣預(yù)熱器7加熱空氣B，所述高勢(shì)氧載體進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10進(jìn)行釋氧反應(yīng)，經(jīng)干蒸汽制取裝置制取的干蒸汽F經(jīng)過換熱器12加熱后進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10中以控制釋氧反應(yīng)器10中的氧分壓，所述高勢(shì)氧載體在合適的溫度和氧分壓下發(fā)生分解反應(yīng)生成低勢(shì)氧載體，釋氧反應(yīng)器10中的成分主要為氧氣和水的氣體組分以及低勢(shì)氧載體進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器11進(jìn)行分離，其中，所述氣體組分進(jìn)入換熱器12對(duì)干蒸汽加熱，經(jīng)換熱器13進(jìn)行冷卻后，再到冷凝器14中進(jìn)行冷凝，分離出冷凝水H，獲得高純度的氧氣G ;所述低勢(shì)氧載體再進(jìn)入吸氧反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)，按此種方式完成氧載體在吸氧反應(yīng)器8和釋氧反應(yīng)器10之間的循環(huán)；
[0044]如圖4所示，富氧燃燒裝置包括鍋爐單元15和尾氣處理單元16，所述高濃度氧氣進(jìn)入鍋爐單元15后與干蒸汽I以及燃料J進(jìn)行混合，發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)生成包含二氧化碳和水蒸氣的氣態(tài)產(chǎn)物，所述氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入尾氣處理單元16經(jīng)過凈化、干燥、壓縮冷凝以及分離后，可獲得高純度的二氧化碳。
[0045]太陽能干蒸汽制取裝置包括通過管道依次順序連接的太陽能集熱器5、蒸汽發(fā)生器6和分流器2，其中分流器2具有第一分流出口和第二分流出口 ；
[0046]化學(xué)鏈空分裝置包括:空氣預(yù)熱器7，其具有第一預(yù)熱入口、第二預(yù)熱入口和出口，其中該第一預(yù)熱入口與所述分流器2的第一分流出口連通；吸氧反應(yīng)器8，其具有氧氣入口、吸氧載體入口和出口，其中該氧氣入口與所述空氣預(yù)熱器7的出口連通；第一旋風(fēng)分離器9，其具有第一入口、第一氣體分離出口和第一氧載體分離出口，其中該第一入口與所述吸氧反應(yīng)器8的出口連通，該第一氣體分離出口與所述空氣預(yù)熱器7的第二預(yù)熱入口連通；釋氧反應(yīng)器10，其具有釋氧載體入口、氣體入口和出口，其中該釋氧載體入口與所述第一旋風(fēng)分離器9的第一氧載體分離出口連通；第二旋風(fēng)分離器11，其具有第二入口、第二氣體分離出口和第二氧載體分離出口，其中該第二入口與所述釋氧反應(yīng)器10的出口連通，該第二氧載體分離出口與所述吸氧反應(yīng)器8的吸氧載體入口連通；第一換熱器12，其具有第一換熱入口、第一出口和第二出口，其中該第一換熱入口與所述第二旋風(fēng)分離器11的第二氣體分離出口連通，該第一出口與釋氧反應(yīng)器10的氣體入口連通；第二換熱器13，其具有第二換熱入口和出口，并通過該第二換熱入口與所述第一換熱器12的第二出口連通；以及冷凝器14，其具有冷凝入口和氧氣出口，并通過該冷凝入口與所述第二換熱器13的出口連通；
[0047]氧燃燒裝置包括鍋爐15和尾氣處理單元16，其中鍋爐15的入口與所述冷凝器14的氧氣出口連通，尾氣處理單元16的入口與所述鍋爐15的出口連通。
[0048]本實(shí)用新型利用太陽能這一可再生能源的低品位能量制取干蒸汽，以供化學(xué)鏈空分裝置和富氧燃燒裝置的使用，并通過對(duì)太陽能集熱裝置、化學(xué)鏈空分裝置以及富氧燃燒裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)并分別對(duì)各個(gè)裝置及相互之間的氣流管道連接方式進(jìn)行優(yōu)化來保證整個(gè)富氧燃燒系統(tǒng)的低能耗運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了低能耗，低成本進(jìn)行富氧燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕集的目的，達(dá)到了系統(tǒng)清潔、高效的目的，也降低了系統(tǒng)對(duì)化石燃料的需求量。
[0049]利用上述系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)清潔低能耗的富氧燃燒方式主要包括以下步驟:
[0050]a)利用槽式太陽能集熱裝置5收集太陽能，蒸汽發(fā)生裝置6利用收集到的太陽能制取干蒸汽，干蒸汽通過分流器2分為兩股，一股干蒸汽F進(jìn)入化學(xué)鏈空分裝置3用作其釋氧反應(yīng)器10中的流化氣，另一股干蒸汽I進(jìn)入富氧燃燒裝置；
[0051]b)空氣B經(jīng)過空氣預(yù)熱器7預(yù)熱后進(jìn)入吸氧反應(yīng)器8中，并與低勢(shì)氧載體在吸氧反應(yīng)器8中發(fā)生氧化反應(yīng)生成高勢(shì)氧載體；根據(jù)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度選擇不同的氧載體，溫度一般為800?1000°C,可選擇的氧載體可以是銅金屬氧化物、錳金屬氧化物或鈷金屬氧化物中的任意一種或混合，也可以是鈣鈦礦、銅礦石、錳礦石或銅礦石中的任意一種或混合，本實(shí)施例中優(yōu)選銅金屬氧化物作為氧載體，將氧載體通過氧載體進(jìn)料口通入吸氧反應(yīng)器8中；
[0052]c)在吸氧反應(yīng)器8內(nèi)，低勢(shì)氧載體被空氣流化，并與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成高勢(shì)氧載體和欠氧空氣，欠氧空氣協(xié)同高勢(shì)氧載體進(jìn)入第一旋風(fēng)分離器9，經(jīng)第一旋風(fēng)分離器9分離欠氧空氣和高勢(shì)氧載體，分離出的欠氧空氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器7加熱空氣B，高勢(shì)氧載體則進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10進(jìn)行釋氧反應(yīng)；
[0053]d)經(jīng)干蒸汽制取裝置制取的干蒸汽F經(jīng)過第一換熱器12加熱后進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10中用于調(diào)節(jié)釋氧反應(yīng)器10中的氧分壓，高勢(shì)氧載體在釋氧反應(yīng)器10中發(fā)生分解反應(yīng)生成低勢(shì)氧載體；
[0054]e)釋氧反應(yīng)器10中的氣體組分和低勢(shì)氧載體進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器11分離，經(jīng)第二旋風(fēng)分離器11分離得到的氣體組分進(jìn)入第一換熱器12，利用該氣體組分的余溫可對(duì)干蒸汽加熱，降低了能量的浪費(fèi)，氣體組分再經(jīng)第二換熱器13進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入冷凝器14中冷凝，由此分離出冷凝水H，從而獲得高純度的氧氣；經(jīng)第二旋風(fēng)分離器11分離得到的低勢(shì)氧載體可再進(jìn)入吸氧反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)，按此種方式完成氧載體在吸氧反應(yīng)器8和釋氧反應(yīng)器10之間的循環(huán)，減少資源的浪費(fèi)；
[0055]f)經(jīng)化學(xué)鏈空分裝置獲得的高濃度氧氣進(jìn)入鍋爐單元15后與干蒸汽制取裝置制取的干蒸汽I以及燃料J進(jìn)行混合，發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)生成包含二氧化碳和水蒸氣的氣態(tài)產(chǎn)物，所述氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入尾氣處理單元16經(jīng)過凈化、干燥、壓縮冷凝以及分離后，獲得高純度的二氧化碳。
[0056]所述方法利用槽式太陽能集熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，即太陽能收集裝置的占地面積?。恢圃旒療嵫b置所需的構(gòu)件形式不多，容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，適合批量生產(chǎn)；用于聚焦太陽光的表面加工簡(jiǎn)單，制造成本較低。
[0057]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0058]實(shí)施例一:
[0059]本實(shí)例的耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的低能耗富氧燃燒系統(tǒng)，其包括干蒸汽制取裝置1、化學(xué)鏈空分裝置3以及富氧燃燒裝置4，干蒸汽制取裝置I用于制取反應(yīng)所需的干蒸汽，化學(xué)鏈空分裝置3用于分離出高純度氧氣，富氧燃燒裝置4用于富氧燃燒并實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集，所使用的氧載體為銅基氧載體，
[0060]干蒸汽制取裝置I包括太陽能集熱器5、蒸汽發(fā)生器6和分流器2，通入蒸汽發(fā)生器6的水在太陽能集熱器5熱量作用下產(chǎn)生干蒸汽，干蒸汽經(jīng)分流器2分為兩股:一股干蒸汽F進(jìn)入化學(xué)鏈空分裝置3，另一股干蒸汽I進(jìn)入富氧燃燒裝置4，
[0061]化學(xué)鏈空分裝置3包括釋氧反應(yīng)器、吸氧反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、換熱器，其中，空氣B經(jīng)過空氣預(yù)熱器7預(yù)熱后進(jìn)入吸氧反應(yīng)器8中，經(jīng)第一旋風(fēng)分離器11分離出的低勢(shì)氧載體發(fā)生氧化反應(yīng)生成高勢(shì)氧載體；吸氧反應(yīng)器8中的氣體組分和低勢(shì)氧載體經(jīng)旋風(fēng)分離器9分離，其中，欠氧空氣(主要成分為氮?dú)?進(jìn)入空氣預(yù)熱器7加熱空氣B，高勢(shì)氧載體進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10進(jìn)行釋氧反應(yīng)，經(jīng)干蒸汽制取裝置制取的干蒸汽F經(jīng)過換熱器12加熱后進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10中以控制釋氧反應(yīng)器10中的氧分壓，具體而言，本實(shí)施例中通過控制干蒸汽的含量使得釋氧反應(yīng)器中的氧分壓為0.0005-0.0430atm，高勢(shì)氧載體在合適的溫度(800-10000C )和氧分壓(0.0005-0.0430atm)下發(fā)生分解反應(yīng)生成低勢(shì)氧載體，釋氧反應(yīng)器10中的成分主要為氧氣和水的氣體組分以及低勢(shì)氧載體進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器11進(jìn)行分離，氣體組分進(jìn)入換熱器12對(duì)干蒸汽加熱，經(jīng)換熱器13進(jìn)行冷卻后，再到冷凝器14中進(jìn)行冷凝，分離出冷凝水H，獲得高純度的氧氣G ;所述低勢(shì)氧載體再進(jìn)入吸氧反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)，按此種方式完成氧載體在吸氧反應(yīng)器8和釋氧反應(yīng)器10之間的循環(huán)；
[0062]富氧燃燒裝置包括鍋爐單元15和尾氣處理單元16，高濃度氧氣進(jìn)入鍋爐單元15后與干蒸汽I以及燃料J進(jìn)行混合，發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)生成包含二氧化碳和水蒸氣的氣態(tài)產(chǎn)物，氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入尾氣處理單元16經(jīng)過凈化、干燥、壓縮冷凝以及分離后，可獲得高純度的二氧化碳。
[0063]實(shí)施例二:
[0064]本實(shí)例包括干蒸汽制取裝置、化學(xué)鏈空分裝置、常規(guī)空分裝置以及富氧燃燒裝置，其與實(shí)施例一的不同之處在于該系統(tǒng)還包括常規(guī)空分裝置，常規(guī)空分裝置與化學(xué)鏈空分裝置共同提供富氧燃燒裝置所需的高純度氧氣。
[0065]利用本實(shí)施例所述的富氧燃燒系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)清潔低能耗的富氧燃燒方式主要包括以下步驟:
[0066]a)利用槽式太陽能集熱裝置5收集太陽能，蒸汽發(fā)生裝置6利用收集到的太陽能制取干蒸汽，干蒸汽通過分流器2分為兩股，一股干蒸汽F進(jìn)入化學(xué)鏈空分裝置3用作其釋氧反應(yīng)器10中的流化氣，另一股干蒸汽I進(jìn)入富氧燃燒裝置；
[0067]b)空氣B經(jīng)過空氣預(yù)熱器7預(yù)熱后進(jìn)入吸氧反應(yīng)器8中，并與低勢(shì)氧載體在吸氧反應(yīng)器8中發(fā)生氧化反應(yīng)生成高勢(shì)氧載體；根據(jù)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度選擇不同的氧載體，溫度一般為800-1000°C，可選擇的氧載體可以是銅金屬氧化物、錳金屬氧化物或鈷金屬氧化物中的任意一種或混合，也可以是鈣鈦礦、銅礦石、錳礦石或銅礦石中的任意一種或混合，本實(shí)施例中優(yōu)選銅金屬氧化物作為氧載體，將氧載體通過氧載體進(jìn)料口通入吸氧反應(yīng)器8中；
[0068]c)在吸氧反應(yīng)器8內(nèi)，低勢(shì)氧載體被空氣流化，并與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成高勢(shì)氧載體和欠氧空氣，欠氧空氣協(xié)同高勢(shì)氧載體進(jìn)入第一旋風(fēng)分離器9，經(jīng)第一旋風(fēng)分離器9分離欠氧空氣和高勢(shì)氧載體，分離出的欠氧空氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器7加熱空氣B，高勢(shì)氧載體則進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10進(jìn)行釋氧反應(yīng)；
[0069]d)經(jīng)干蒸汽制取裝置制取的干蒸汽F經(jīng)過第一換熱器12加熱后進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10中用于調(diào)節(jié)釋氧反應(yīng)器10中的氧分壓，高勢(shì)氧載體在釋氧反應(yīng)器10中發(fā)生分解反應(yīng)生成低勢(shì)氧載體；
[0070]e)釋氧反應(yīng)器10中的氣體組分和低勢(shì)氧載體進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器11分離，經(jīng)第二旋風(fēng)分離器11分離得到的氣體組分進(jìn)入第一換熱器12，利用該氣體組分的余溫可對(duì)干蒸汽加熱，降低了能量的浪費(fèi)，氣體組分再經(jīng)第二換熱器13進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入冷凝器14中冷凝，由此分離出冷凝水H，從而獲得高純度的氧氣；經(jīng)第二旋風(fēng)分離器11分離得到的低勢(shì)氧載體可再進(jìn)入吸氧反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)，按此種方式完成氧載體在吸氧反應(yīng)器8和釋氧反應(yīng)器10之間的循環(huán)；
[0071]f)經(jīng)化學(xué)鏈空分裝置獲得的高濃度氧氣與經(jīng)常規(guī)空分裝置制得的高濃度氧氣混合后進(jìn)入鍋爐單元15后與干蒸汽制取裝置制取的干蒸汽I以及燃料J進(jìn)行混合，發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)生成包含二氧化碳和水蒸氣的氣態(tài)產(chǎn)物，所述氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入尾氣處理單元16經(jīng)過凈化、干燥、壓縮冷凝以及分離后，獲得高純度的二氧化碳。
[0072]實(shí)施例三:
[0073]本實(shí)例采用太陽能干蒸汽制取裝置制取干蒸汽，并將循環(huán)煙氣與干蒸汽進(jìn)入化學(xué)鏈空分裝置釋氧反應(yīng)器中作為流化氣，控制氧分壓，制取富氧混合氣，然后進(jìn)入鍋爐單元中與燃料發(fā)生反應(yīng)。
[0074]a)利用槽式太陽能集熱裝置5收集太陽能，蒸汽發(fā)生裝置6利用收集到的太陽能制取干蒸汽，干蒸汽通過分流器2分為兩股，一股干蒸汽F通過混合器18與循環(huán)煙氣混合進(jìn)入化學(xué)鏈空分裝置3用作其釋氧反應(yīng)器10中的流化氣，另一股干蒸汽I進(jìn)入富氧燃燒裝置；
[0075]b)吸氧反應(yīng)器8的流化氣為空氣，空氣B經(jīng)過換熱器7后進(jìn)入吸氧反應(yīng)器，在吸氧反應(yīng)器8內(nèi)與低勢(shì)氧載體發(fā)生反應(yīng)；
[0076]c)根據(jù)化學(xué)鏈空分裝置反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度選擇不同的氧載體，將氧載體通過氧載體進(jìn)料口通入吸氧反應(yīng)器8中；
[0077]d)在吸氧反應(yīng)器8內(nèi)，低勢(shì)氧載體被流化風(fēng)空氣流化，并與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成高勢(shì)氧載體，流化氣協(xié)同高勢(shì)氧載體進(jìn)入旋風(fēng)分離器9，經(jīng)旋風(fēng)分離器9分離；
[0078]e)旋風(fēng)分離器9分離出的氣體產(chǎn)物，進(jìn)入換熱器7中，對(duì)吸氧反應(yīng)器的流化氣空氣B進(jìn)行加熱，旋風(fēng)分離器9分離出的固體產(chǎn)物，被送入釋氧反應(yīng)器10中；
[0079]f)高勢(shì)氧載體進(jìn)入釋氧反應(yīng)器10后，被流化氣流化，并發(fā)生反應(yīng)釋放出氧氣，高勢(shì)氧載體被轉(zhuǎn)化為低勢(shì)氧載體，流化氣協(xié)同生成的氧氣與低勢(shì)氧載體，進(jìn)入旋風(fēng)分流器11，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，低勢(shì)氧載體被送入吸氧反應(yīng)器10，完成氧載體的循環(huán)；
[0080]g)經(jīng)旋風(fēng)分離器11分離出的富氧混合器，經(jīng)過流化氣過熱器12加熱流化氣后，再經(jīng)過冷凝分離，進(jìn)入富氧燃燒裝置4，為燃料J的燃燒提供所需的氧量，產(chǎn)生大量的熱，用于發(fā)電利用；
[0081]h)鍋爐單元15的部分氣體產(chǎn)物，生成的氣態(tài)產(chǎn)物主要為C02和水蒸氣，進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)16中，經(jīng)過凈化、干燥、壓縮冷凝以及分離后，可獲得高純度的二氧化碳C ;鍋爐單元15的另一部分氣體產(chǎn)物，可以作為釋氧反應(yīng)器的流化氣F。
[0082]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于，該富氧燃燒系統(tǒng)包括太陽能干蒸汽制取裝置、化學(xué)鏈空分裝置和富氧燃燒裝置，其中: 所述太陽能干蒸汽制取裝置包括通過管道依次順序連接的太陽能集熱器(5)、蒸汽發(fā)生器(6)和分流器(2)，其中分流器(2)具有第一分流出口和第二分流出口 ； 所述化學(xué)鏈空分裝置包括: 空氣預(yù)熱器(7)，其具有第一預(yù)熱入口、第二預(yù)熱入口和出口，其中該第一預(yù)熱入口與所述分流器(2)的第一分流出口連通； 吸氧反應(yīng)器(8)，其具有氧氣入口、吸氧載體入口和出口，其中該氧氣入口與所述空氣預(yù)熱器⑵的出口連通； 第一旋風(fēng)分離器(9)，其具有第一入口、第一氣體分離出口和第一氧載體分離出口，其中該第一入口與所述吸氧反應(yīng)器(8)的出口連通，該第一氣體分離出口與所述空氣預(yù)熱器(7)的第二預(yù)熱入口連通； 釋氧反應(yīng)器(10)，其具有釋氧載體入口、氣體入口和出口，其中該釋氧載體入口與所述第一旋風(fēng)分離器(9)的第一氧載體分離出口連通； 第二旋風(fēng)分離器(11)，其具有第二入口、第二氣體分離出口和第二氧載體分離出口，其中該第二入口與所述釋氧反應(yīng)器(10)的出口連通，該第二氧載體分離出口與所述吸氧反應(yīng)器(8)的吸氧載體入口連通； 第一換熱器(12)，其具有第一換熱入口、第一出口和第二出口，其中該第一換熱入口與所述第二旋風(fēng)分離器(11)的第二氣體分離出口連通，該第一出口與釋氧反應(yīng)器(10)的氣體入口連通； 第二換熱器(13)，其具有第二換熱入口和出口，并通過該第二換熱入口與所述第一換熱器(12)的第二出口連通；以及 冷凝器(14)，其具有冷凝入口和氧氣出口，并通過該冷凝入口與所述第二換熱器(13)的出口連通； 所述富氧燃燒裝置包括鍋爐(15)和尾氣處理單元(16)，其中鍋爐(15)的入口與所述冷凝器(14)的氧氣出口連通，尾氣處理單元(16)的入口與所述鍋爐(15)的出口連通。
2.如權(quán)利要求1所述的耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于，還包括深冷空分裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述富氧燃燒裝置的燃燒方式為水蒸氣-富氧燃燒。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能集熱器采用槽式太陽能集熱器。
5.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述釋氧反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度為800-1000°C。
6.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的耦合太陽能與化學(xué)鏈空分技術(shù)的富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述氧載體為銅金屬氧化物時(shí)，釋氧反應(yīng)器中的氧分壓為0.0005-0.0430atm。
【文檔編號(hào)】F22B1/00GK204026725SQ201420387069
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】趙海波, 鄒希賢, 金波, 鄭楚光 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)