專利名稱：一種用于化學鏈燃燒的雙循環(huán)流化床系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料的清潔燃燒和高效利用領域，特別涉及一種用于化學 鏈燃燒的雙循環(huán)流化床系統(tǒng)。
背景技術：
化學鏈燃燒技術(Chemical-Looping Combustion,簡稱CLC)，它的基 本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應的燃燒，借助于載氧劑(Oxygen Carrier,簡稱OC)的作用分解為兩個氣固反應， 一方面利用載氧劑分離空 氣中的氧，另一方面由載氧劑將空氣中的氧傳遞到燃料中，進行燃料的燃 燒。由于燃燒過程中，燃料與空氣沒有直接接觸，因此，燃燒產(chǎn)物只有二 氧化碳和水蒸汽，利用簡單的冷卻方法就可以分離出二氧化碳，除此優(yōu)點 之外，化學鏈燃燒技術還可以提高能源利用率。
對于化學鏈燃燒技術的利用系統(tǒng)，國外的相關報道中使用了雙流化床 系統(tǒng)，該系統(tǒng)由快速流化床、提升管、旋風分離器、鼓泡床和兩個流動密 封閥組成。在快速流化床中，載氧劑與空氣中的氧氣進行反應，從空氣中 獲得氧，然后通過提升管進入旋風分離器。經(jīng)過旋風分離器分離后，載氧 劑進入第一流動密封閥，通過第一流動密封閥循環(huán)進入鼓泡床。在鼓泡床 中，載氧劑與燃料進行反應，將空氣中獲得的氧傳遞給燃料，進行燃料的 燃燒，生成二氧化碳和水蒸汽。二氧化碳和水蒸汽從鼓泡床中的排氣口排 出，進行冷卻分離，而失氧后的載氧劑再通過第二流動密封閥循環(huán)至快速
流化床，進行載氧劑的重新氧化。系統(tǒng)中的兩個流動密封閥處需要不斷通 入流化氣體，用以實現(xiàn)載氧劑的循環(huán)，并防止兩個反應床之間的氣體的發(fā) 生相互泄漏。此雙流化床系統(tǒng)，具有良好的氣固接觸性能，有利于載氧劑 與氣體的反應的進行，并可以為載氧劑在兩個反應床之間的循環(huán)提供足夠 的動力，防止兩個反應床之間的氣體泄漏。但是，此雙流化床系統(tǒng)也存在 著操作復雜的缺點，尤其是系統(tǒng)中具有兩個流動密封閥，要使它們能夠穩(wěn) 定傳輸物料以及防止氣體反竄泄漏，就要考慮它們各自的立管高度、通風 量和風壓，必須進行多次的調(diào)試，來確定合適的風量和風壓，才能保證其 正常工作，而且還要滿足兩個流動密封閥輸送的固體量要近似相等，而且 這種密封閥對固體顆粒流量的調(diào)節(jié)作用很小，如果流量較大，它的可控性 和穩(wěn)定性就會較差，這些因素都增加了系統(tǒng)的復雜性和不穩(wěn)定性。另外， 兩個流動密封閥在運行過程中都需要通入流化氣體對載氧劑進行流化，增 加了系統(tǒng)能耗，降低了系統(tǒng)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單、控制方便、運行穩(wěn)定的用于化 學鏈燃燒的雙循環(huán)流化床系統(tǒng)。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn) 一種用于化 學鏈燃燒的雙循環(huán)流化床系統(tǒng)，包括熱能利用裝置，依次連接的鼓泡床、 流動密封閥、快速流化床、提升管、旋風分離器，所^旋風分離器通過第 一排氣管與所述熱能利用裝置連通，所述鼓泡床通過第二排氣管與所述熱 能利用裝置連通，其特征在于，所述旋風分離器的出口和鼓泡床進口之間 依次縱向設置有載氧劑儲存器和固體流量控制閥。
本發(fā)明的迸一步改進在于所述第一排氣管上設置有第一背壓閥，所 述第二排氣管上設置有第二背壓閥。
由于本發(fā)明在旋風分離器的出口和鼓泡床進口之間依次縱向設置有載 氧劑儲存器和固體流量控制閥，替換了旋風分離器和鼓泡床之間的流動密 封閥。系統(tǒng)運行前，將載氧劑儲存器中儲存一定高度的載氧劑，這樣就可 以防止快速流化床側的氣體和鼓泡床側的氣體發(fā)生泄漏，而固體流量控制 閥又可以精確控制循環(huán)的固體載氧劑的量。系統(tǒng)在運行過程中，只需要對 一個流動密封閥進行調(diào)節(jié)，不需要同時調(diào)節(jié)兩個流動密封閥，降低了系統(tǒng) 的控制難度，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。同時，本發(fā)明只使用一個流動密 封閥，還減少了系統(tǒng)中流化氣體的使用，降低了系統(tǒng)能耗，提高了系統(tǒng)的 運行效率。
此外，本發(fā)明在簡化的常壓雙流化床系統(tǒng)的基礎上，分別在第一、第 二排氣管上分別設置有第一、第二背壓閥，通過調(diào)節(jié)背壓閥的開度，可以 設定系統(tǒng)壓力，可以使該系統(tǒng)在不同壓力狀態(tài)下增壓運行，優(yōu)化系統(tǒng)運行
效率。 -


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。 圖1為本發(fā)明的用于化學鏈燃燒的雙循環(huán)流化床系統(tǒng)圖；圖中1、快 速流化床；2、提升管；3、旋風分離器；4、載氧劑儲存器；5、固體流量 控制閥；6、鼓泡床；7、流動密封閥；8、第一背壓閥；9第二背壓閥；10、 熱能利用裝置；11、第一加熱器；12、第二加熱器；13、壓縮機；14、空 氣儲罐；15、氮氣儲罐；16、燃氣儲罐。
具體實施例方式
參照圖l，本發(fā)明中，快速流化床l、提升管2、旋風分離器3、載氧 劑儲存器4、固體流量控制閥5、鼓泡床6、流動密封閥7依次連接，構成 載氧劑的循環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)中旋風分離器3、載氧劑儲存器4、固體流量控制 閥5、鼓泡床6、流動密封閥7、快速流化床1的位置高度依次遞減。
旋風分離器3通過第一排氣管17與熱能利用裝置10連接，第一排氣 管17上設置有第一背壓閥8;鼓泡床通過第二排氣管18與熱能利用裝置 10連接，所述第二排氣管18上設置有第二背壓閥9。
快速流化床1外周設置有第一加熱器11，鼓泡床6外周設置有第二加 熱器12，第一、第二加熱器ll、 12用于系統(tǒng)啟動時的預熱。
本發(fā)明正常工作時，流動密封閥7—般通入水蒸氣；鼓泡床6需要通 入燃氣，如甲烷等；快速流化床l需要通入壓縮空氣，由壓縮機13將空氣 壓縮到空氣儲罐14來提供。本實施例中，燃氣儲罐16提供甲垸氣體；為 了方便系統(tǒng)啟動，還有氮氣儲罐15;以及相關的管路和氣閥。
本發(fā)明的工作過程如下
系統(tǒng)開始運行前，需要對系統(tǒng)進行預熱。首先，關閉固體流量控制閥5、 第一背壓閥8和第二背壓閥9，并將預先制備好的氧化態(tài)載氧劑放入快速流 化床1、載氧劑儲存器4、鼓泡床6和流動密封閥7中。打開快速流化床1、 鼓泡床6和流動密封閥7處的壓縮空氣開關，此時，系統(tǒng)處于充氣狀態(tài)， 隨著充入氣體的增加，系統(tǒng)內(nèi)壓力越來越高，調(diào)節(jié)第一背壓閥8和第二背 壓閥9的開度，使第一、第二背壓閥處的壓力為0.3MP。然后，打開固體流
量控制閥5，則系統(tǒng)內(nèi)載氧劑處于循環(huán)狀態(tài)，并啟動威一、第二加熱器ll、 12進行預熱。待系統(tǒng)內(nèi)溫度達到設定的80(TC后，將流動密封閥7處的壓 縮空氣切換為水蒸汽，將鼓泡床6處的壓縮空氣切換為惰性流化氣體(例 如氮氣或惰性氣體，本實施例采用氮氣)，以排出流動密封閥7和鼓泡床 6中存留的空氣，避免通入甲烷后，發(fā)生危險。待鼓泡床6中空氣排凈后， 關閉第一、第二加熱器ll、 12，完成系統(tǒng)的預熱。
鼓泡床6中空氣排凈后，開始在鼓泡床6中通入甲烷氣體進行燃燒。 此時，鼓泡床6中氧化態(tài)載氧劑的固體顆粒，在80(TC下遇到甲垸，則迅速 進行還原反應，載氧劑失氧變?yōu)檫€原態(tài)，然后通過流動密封閥7循環(huán)至快 速流化床1中，在快速流化床1中，還原態(tài)的載氧劑與壓縮空氣中的氧氣 進行氧化反應，重新變?yōu)檠趸瘧B(tài)，再通過提升管2、旋風分離器3、載氧劑 儲存器4和固體流量控制閥5重新循環(huán)至鼓泡床6中進行還原反應，完成 一次循環(huán)。在此循環(huán)中，甲烷則被氧化生成二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳 和水蒸汽通過鼓泡床6排出到熱能利用裝置10，進行能量交換。熱能利用 裝置10可以是燃氣輪機的透平、余熱鍋爐或換熱器等裝置。
綜上所述，本發(fā)明采用載氧劑儲存器4和一個相連的固體流量控制閥5 來代替流動密封閥，在運行過程中，只需要根據(jù)系統(tǒng)循環(huán)所需的載氧劑的 流量而將固體流量控制閥5旋至相應的開度，即可滿足系統(tǒng)運行的要求， 不但簡化了系統(tǒng)結構，而且易于操作和控制；另外，調(diào)節(jié)第一、第二背壓 閥8、 9可以使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在設定數(shù)值上，從而可以使得燃料在本系統(tǒng)中 進行高效反應，提高熱能利用效率。
由于通風瓦斯、焦爐煤氣、高爐煤氣等工業(yè)廢氣屬于低品位能源，可
燃成份含量較少，使用傳統(tǒng)的燃燒方式和設備存在燃燒不穩(wěn)定，甚至不能 進行燃燒，從而造成了大量工業(yè)廢氣的排空，不僅浪費了能源，而且嚴重 污染了環(huán)境。本發(fā)明除了可以對常規(guī)燃料氣體進行燃燒利用外，還可以對 目前大量存在的上述工業(yè)廢氣進行利用。 '
權利要求
1、一種用于化學鏈燃燒的雙循環(huán)流化床系統(tǒng)，包括熱能利用裝置，依次連接的鼓泡床、流動密封閥、快速流化床、提升管、旋風分離器，所述旋風分離器通過第一排氣管與所述熱能利用裝置連通，所述鼓泡床通過第二排氣管與所述熱能利用裝置連通，其特征在于，所述旋風分離器的出口和鼓泡床進口之間依次縱向設置有載氧劑儲存器和固體流量控制閥。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于化學鏈燃燒的雙循環(huán)流化床系統(tǒng), 其特征在于，所述第一排氣管上設置有第一背壓閥，所述第二排氣管上設 置有第二背壓閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃料的清潔燃燒和高效利用領域，特別公開了一種用于化學鏈燃燒的雙循環(huán)流化床系統(tǒng)。它包括熱能利用裝置，依次連接的鼓泡床、流動密封閥、快速流化床、提升管、旋風分離器，所述旋風分離器通過第一排氣管與所述熱能利用裝置連通，所述鼓泡床通過第二排氣管與所述熱能利用裝置連通，其特征在于，所述旋風分離器的出口和鼓泡床進口之間依次縱向設置有載氧劑儲存器和固體流量控制閥。
文檔編號F23C10/02GK101349423SQ200810150818
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權日2008年9月5日
發(fā)明者盧玲玲, 峰 姜, 王樹眾, 昕 胡, 煒 裴 申請人:西安交通大學