專利名稱：一種固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料的清潔燃燒和高效利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒的裝置與方法。
背景技術(shù)：
溫室氣體排放帶來的全球變暖已是一個世界性的難題，CO2作為最主要的溫室氣體，其減排或捕獲技術(shù)的研究開發(fā)迫在眉睫；化學(xué)鏈燃燒是一種新型的燃燒技術(shù)，可有效捕獲CO2,受到了國內(nèi)外眾多科研單位的廣泛關(guān)注?；瘜W(xué)鏈燃燒的基本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應(yīng)的燃燒借助于載氧體的作用分解為2個氣固反應(yīng):燃料與載氧體的反應(yīng)(燃料被氧化，載氧體被還原)、載氧體與空氣的反應(yīng)(載氧體被氧化);燃料與空氣無需接觸，由載氧體將空氣中的氧傳遞到燃料中。針對化學(xué)鏈燃燒所需的條件，國內(nèi)外各科研單位研發(fā)了多種不同類型的化學(xué)鏈燃燒裝置，其中絕大多數(shù)都是基于流化床式的反應(yīng)器。流化床式的化學(xué)鏈燃燒裝置針對氣體燃料的化學(xué)鏈燃燒具有較好的適應(yīng)性，但對于固體燃料的化學(xué)鏈燃燒卻難以適用，其中一個重要的問題是固體燃料與載氧體的反應(yīng)為固固反應(yīng)，反應(yīng)速度較為緩慢，在流化床反應(yīng)器中難以充分反應(yīng)，而且還難以與載氧體的氧化反應(yīng)速度進行匹配；因此如何實現(xiàn)固體燃料與載氧體的高效充分反應(yīng)，是固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒技術(shù)面臨的一個重要難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒的裝
置與方法。本發(fā)明所述的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒裝置采用的技術(shù)方案為:該裝置由料斗、進料系統(tǒng)、固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)、氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)、流化床空氣反應(yīng)器以及氣固分離系統(tǒng)組成:所述料斗的出口與進料系統(tǒng)的入口相連；流化床空氣反應(yīng)器的底部與鼓風(fēng)機相連，直接供入空氣，側(cè)壁下端還有一個入口用于補充新載氧體；氣固分離系統(tǒng)包括兩級旋風(fēng)分離器，其中第一級旋風(fēng)分離器的進口與流化床反應(yīng)器的出口相連，排氣口與第二級旋風(fēng)分離器的進口相連，第二級旋風(fēng)分離器的出氣口獲得高溫?zé)煔?，排料口與集灰箱相連，直接收集飛灰；所述固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)包括多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器；所述的多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器自上而下串聯(lián)，定義最上面的旋風(fēng)反應(yīng)分離器為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元，向下依次
為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元，......，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元，其中，
N為不小于2的整數(shù)；所述氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)包括多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器；所述的多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器自下而上串聯(lián)，定義最下面的旋風(fēng)反應(yīng)分離器為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元，向上依次為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元，......，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元，其中，η為不小于2的整數(shù)；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元的進料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元的進氣口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)/分離器第一組第三單元的進料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第三單元的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元的進氣口相連，依次類推至旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元；其中，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元的側(cè)部還有兩個進料口，其中一個進料口與進料系統(tǒng)的出口相連，另一個進料口與氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元的排料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元的排氣口與氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元的進氣口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元的排料口和進氣口分別與流化床空氣反應(yīng)器的側(cè)壁下端開口、氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單位出氣口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元的進氣口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元的進料口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第三單元的進氣口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第三單元的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元的進料口相連，依次類推至旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元；其中，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元的進氣口和排料口分別與固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元的排氣口和進料口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元的進料口與氣固分離系統(tǒng)中第一級旋風(fēng)分離器的排料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元的排氣口分為兩路，一路與固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元的進氣口相連，另一路直接收集高溫水蒸氣和CO2。所述進料系統(tǒng)為螺旋進料器。所述流化床空氣反應(yīng)器內(nèi)布置水冷壁換熱裝置。一種基于上述裝置的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒方法，具有以下步驟:將固體燃料經(jīng)料斗和進料系統(tǒng)送入固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元；同時，來自氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元的載氧體、旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元的高溫氣體一起進入旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元中；固體燃料在受熱以及載氣作用下發(fā)生分解生成固體焦炭和可燃?xì)猱a(chǎn)物，其中固體焦炭和載氧體在固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)的多級旋風(fēng)反應(yīng)分離器中，自上而下運動并發(fā)生反應(yīng)，最后獲得還原態(tài)載氧體和灰分的混合物并進入流化床空氣反應(yīng)器中；固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元排氣口排出的氣體為C02、水蒸氣和可燃?xì)獾幕旌蠚?，該混合氣進入氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元，同時，來自旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元的高溫載氧體也一起進入旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元；可燃?xì)庠跉怏w氧化反應(yīng)系統(tǒng)的多級旋風(fēng)反應(yīng)分離器中自下而上運行，并和自上而下的載氧體發(fā)生反應(yīng)，最后獲得水蒸氣和CO2的混合氣，其中部分作為載氣送入固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元循環(huán)使用，另外部分則經(jīng)冷凝后獲得聞純度CO2 ；固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元獲得的還原態(tài)載氧體和灰分的混合物送入流化床空氣反應(yīng)器中，其中的還原態(tài)載氧體與空氣發(fā)生反應(yīng)獲得氧化態(tài)載氧體；流化床空氣反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物進入氣固分離系統(tǒng)中，其中第一級旋風(fēng)分離器主要分離獲得氧化態(tài)載氧體，并送入氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)的旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元中，用于固體燃料及其受熱生成的可燃?xì)獾难趸磻?yīng)；第二級旋風(fēng)分離器主要分離獲得灰分，同時獲得高溫的煙氣用于后續(xù)的熱電利用。所述載氧體為鐵基、鎮(zhèn)基或銅基氧化物。所述流化床空氣反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度為800-1000°C。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明所述的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒裝置，解決了固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒過程一個重要技術(shù)難題:固體燃料受熱產(chǎn)生固體焦炭和可燃?xì)鈨煞N產(chǎn)物，可燃?xì)庖话愫洼d氧體接觸時間較短而難以反應(yīng)完全，固體焦炭一般和載氧體反應(yīng)緩慢而難以反應(yīng)完全。針對固體燃料受熱分解產(chǎn)生固體焦炭和可燃?xì)?，本發(fā)明提出了基于多級旋風(fēng)反應(yīng)分離器的固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)和氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)，分別對固體焦炭和可燃?xì)膺M行充分的反應(yīng)，不僅實現(xiàn)了固體燃料的高效燃燒，而且可獲得高純度的co2。


圖1為本發(fā)明所述的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號:1-料斗；2_進料系統(tǒng)；3-固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)；4_氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)；5_流化床空氣反應(yīng)器；6_氣固分離系統(tǒng)。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒的裝置與方法，下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。各實施例中的裝置結(jié)構(gòu)相同，如圖1所示。料斗I的出口與進料系統(tǒng)2的入口相連；流化床空氣反應(yīng)器5的底部與鼓風(fēng)機相連，直接供入空氣，側(cè)壁下端還有一個入口用于補充新載氧體；氣固分離系統(tǒng)6包括兩級旋風(fēng)分離器，其中第一級旋風(fēng)分離器a的進口與流化床反應(yīng)器5的出口相連，排氣口與第二級旋風(fēng)分離器b的進口相連，第二級旋風(fēng)分離器b的出氣口獲得高溫?zé)煔?，排料口與集灰箱相連，直接收集飛灰。固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)3包括多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器；所述的多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器自上而下串聯(lián)，定義最上面的旋風(fēng)反應(yīng)分離器為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元I，向下依次為
旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元II，......，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元N，其
中，N為不小于2的整數(shù)；氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)4包括多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器；所述的多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器自下而上串聯(lián)，定義最下面的旋風(fēng)反應(yīng)分離器為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單
元i，向上依次為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元ii，......，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二
組最末單元n，其中，η為不小于2的整數(shù)。旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元I的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元II的進料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元II的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元I的進氣口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元II的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)/分離器第一組第三單元III的進料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第三單元III的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元II的進氣口相連，依次類推至旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元N ;其中，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元I的側(cè)部還有兩個進料口，其中一個進料口與進料系統(tǒng)2的出口相連，另一個進料口與氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)4中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元i的排料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元I的排氣口與氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)4中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元i的進氣口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元N的排料口和進氣口分別與流化床空氣反應(yīng)器5的側(cè)壁下端開口、氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)4中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單位η出氣口相連。旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元i的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元ii的進氣口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元ii的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元i的進料口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元ii的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第三單元iii的進氣口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第三單元iii的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元ii的進料口相連，依次類推至旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元η ;其中，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元i的進氣口和排料口分別與固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)3中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元I的排氣口和進料口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元η的進料口與氣固分離系統(tǒng)6中第一級旋風(fēng)分離器a的排料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元η的排氣口分為兩路，一路與固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)3中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元N的進氣口相連，另一路直接收集高溫水蒸氣和C02。流化床空氣反應(yīng)器5為循環(huán)流化床反應(yīng)器，流化床空氣反應(yīng)器5內(nèi)可布置水冷壁換熱裝置。進料系統(tǒng)2為螺旋進料器。下述實施例中的百分含量，如無特殊說明均為質(zhì)量百分含量，s表示秒。實施例1采用上述裝置以Fe2O3為載氧體、煤為原料進行化學(xué)鏈燃燒實驗。將煤送入含有4個旋風(fēng)反應(yīng)分離器的固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)，進料量為100kg/h，固體物質(zhì)在固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)后得到880°C的還原態(tài)載氧體(Fe304/Fe0/Fe)和灰分的混合物，并送入一內(nèi)徑為300_、高度為6m的流化床空氣反應(yīng)器中；固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)生成的混合氣(CO2、水蒸氣和可燃?xì)獾幕旌蠚?進入含有3個旋風(fēng)反應(yīng)分離器的氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)，可燃?xì)庠跉怏w氧化反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)后得到920°C的CO2和水蒸氣的混合氣，經(jīng)冷凝后獲得的CO2純度為99.9%。流化床空氣反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度為980°C，反應(yīng)后獲得的Fe2O3送入氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中用于煤的化學(xué)鏈燃燒，同時獲得980°C的煙氣用于后續(xù)熱/電利用。實施例2采用與實施例1結(jié)構(gòu)相同的裝置，以NiO為載氧體、煤為原料進行化學(xué)鏈燃燒實驗。煤進料量為100kg/h，固體物質(zhì)在固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)后得到760°C的還原態(tài)載氧體(NiO/Ni)和灰分的混合物；可燃?xì)庠跉怏w氧化反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)后得到800°C的CO2和水蒸氣的混合氣，經(jīng)冷凝后獲得的CO2純度為99.9%。流化床空氣反應(yīng)器內(nèi)的溫度為830°C，反應(yīng)獲得的NiO送入氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中用于煤的化學(xué)鏈燃燒，同時獲得溫度為830°C的煙氣用于后續(xù)熱/電利用。實施例3
與實施例1采用的裝置相比，氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)的旋風(fēng)反應(yīng)分離器的個數(shù)改為4個，其余結(jié)構(gòu)相同；WFe2O3為載氧體、玉米桿為原料進行化學(xué)鏈燃燒實驗。玉米桿進料量為100kg/h，固體物質(zhì)在固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)后得到870°C的還原態(tài)載氧體(Fe304/Fe0/Fe)和灰分的混合物；可燃?xì)庠跉怏w氧化反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)后得到920°C的CO2和水蒸氣的混合氣，經(jīng)冷凝后獲得的CO2純度為99.9%。流化床空氣反應(yīng)器內(nèi)的溫度為960°C，反應(yīng)獲得的NiO送入氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中用于玉米桿的化學(xué)鏈燃燒，同時獲得溫度為960°C的煙氣用于后續(xù)熱/電利用。實施例4采用與實施例3結(jié)構(gòu)相同的裝置，以NiO為載氧體、棉花桿為原料進行化學(xué)鏈燃燒實驗。棉花桿進料量為100kg/h，固體物質(zhì)在固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)后得到770°C的還原態(tài)載氧體(NiO/Ni)和灰分的混合物；可燃?xì)庠跉怏w氧化反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)后得到820°C的CO2和水蒸氣的混合氣，經(jīng)冷凝后獲得的CO2純度為99.9%。流化床空氣反應(yīng)器內(nèi)的溫度為860°C，反應(yīng)獲得的NiO送入氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)中用于棉花桿的化學(xué)鏈燃燒，同時獲得溫度為860°C的煙氣用于后續(xù)熱/電利用。
權(quán)利要求
1.一種固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒裝置，由料斗(I)、進料系統(tǒng)(2)、固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)、氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)、流化床空氣反應(yīng)器(5)以及氣固分離系統(tǒng)(6)組成，其特征在于: 所述料斗(I)的出口與進料系統(tǒng)(2 )的入口相連；流化床空氣反應(yīng)器(5 )的底部與鼓風(fēng)機相連，直接供入空氣，側(cè)壁下端還有一個入口用于補充新載氧體；氣固分離系統(tǒng)(6)包括兩級旋風(fēng)分離器，其中第一級旋風(fēng)分離器(a)的進口與流化床反應(yīng)器(5)的出口相連，排氣口與第二級旋風(fēng)分離器(b)的進口相連，第二級旋風(fēng)分離器(b)的出氣口獲得高溫?zé)煔猓帕峡谂c集灰箱相連，直接收集飛灰； 所述固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)包括多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器；所述的多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器自上而下串聯(lián)，定義最上面的旋風(fēng)反應(yīng)分離器為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(I )，向下依次為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元(II)，......，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元(N)，其中，N為不小于2的整數(shù)； 所述氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)包括多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器；所述的多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器自下而上串聯(lián)，定義最下面的旋風(fēng)反應(yīng)分離器為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i)，向上依次為旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元(ii)，......，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元(n)，其中，η為不小于2的整數(shù)； 旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(I)的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元(II)的進料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元(II)的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(I)的進 氣口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元(II)的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)/分離器第一組第三單元(III)的進料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第三單元(III)的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元(II)的進氣口相連，依次類推至旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元(N);其中，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(I)的側(cè)部還有兩個進料口，其中一個進料口與進料系統(tǒng)(2)的出口相連，另一個進料口與氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i)的排料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(I)的排氣口與氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i)的進氣口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元(N)的排料口和進氣口分別與流化床空氣反應(yīng)器(5)的側(cè)壁下端開口、氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單位(η)出氣口相連； 旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i)的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元( )的進氣口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元(i i )的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i)的進料口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元(ii)的排氣口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第三單元(iii)的進氣口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第三單元(iii)的排料口與旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元(ii )的進料口相連，依次類推至旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元(η);其中，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i)的進氣口和排料口分別與固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(I)的排氣口和進料口相連；旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元(η)的進料口與氣固分離系統(tǒng)(6)中第一級旋風(fēng)分離器(a)的排料口相連，旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元(η)的排氣口分為兩路，一路與固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元(N)的進氣口相連，另一路直接收集高溫水蒸氣和CO2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒裝置，其特征在于:所述進料系統(tǒng)(2)為螺旋進料器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒裝置，其特征在于:所述流化床空氣反應(yīng)器(5)內(nèi)布置水冷壁換熱裝置。
4.一種基于權(quán)利要求1-3任一項裝置的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒方法，其特征在于，具有以下步驟: 將固體燃料經(jīng)料斗(1)和進料系統(tǒng)(2)送入固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(1);同時，來自氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i)的載氧體、旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第二單元(II)的高溫氣體一起進入旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(1)中；固體燃料在受熱以及載氣作用下發(fā)生分解生成固體焦炭和可燃?xì)猱a(chǎn)物，其中固體焦炭和載氧體在固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)的多級旋風(fēng)反應(yīng)分離器中，自上而下運動并發(fā)生反應(yīng)，最后獲得還原態(tài)載氧體和灰分的混合物并進入流化床空氣反應(yīng)器(5)中； 固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組第一單元(I)排氣口排出的氣體為CO2、水蒸氣和可燃?xì)?的混合氣，該混合氣進入氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i)，同時，來自旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第二單元(ii)的高溫載氧體也一起進入旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組第一單元(i);可燃?xì)庠跉怏w氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)的多級旋風(fēng)反應(yīng)分離器中自下而上運行，并和自上而下的載氧體發(fā)生反應(yīng)，最后獲得水蒸氣和CO2的混合氣，其中部分作為載氣送入固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元(N)循環(huán)使用，另外部分則經(jīng)冷凝后獲得高純度CO2 ； 固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(3)中旋風(fēng)反應(yīng)分離器第一組最末單元(N)獲得的還原態(tài)載氧體和灰分的混合物送入流化床空氣反應(yīng)器(5)中，其中的還原態(tài)載氧體與空氣發(fā)生反應(yīng)獲得氧化態(tài)載氧體； 流化床空氣反應(yīng)器(5)的反應(yīng)產(chǎn)物進入氣固分離系統(tǒng)(6)中，其中第一級旋風(fēng)分離器(a)主要分離獲得氧化態(tài)載氧體，并送入氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)(4)的旋風(fēng)反應(yīng)分離器第二組最末單元(η)中，用于固體燃料及其受熱生成的可燃?xì)獾难趸磻?yīng)；第二級旋風(fēng)分離器(b)主要分離獲得灰分，同時獲得高溫的煙氣用于后續(xù)的熱電利用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒方法，其特征在于:所述載氧體為鐵基、鎳基或銅基氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒方法，其特征在于:所述流化床空氣反應(yīng)器(5)中的反應(yīng)溫度為800-1000°C。
全文摘要
本發(fā)明屬于燃料的清潔燃燒和高效利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒的裝置與方法。該裝置包括料斗、進料系統(tǒng)、固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)、氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)、流化床空氣反應(yīng)器、氣固分離系統(tǒng)；其中固體氧化反應(yīng)系統(tǒng)包含多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器，用于固體燃料與載氧體的氧化反應(yīng)，并使固體燃料反應(yīng)完全；氣體氧化反應(yīng)系統(tǒng)包含多個旋風(fēng)反應(yīng)分離器，用于可燃?xì)馀c載氧體的氧化反應(yīng)，并使可燃?xì)馔耆磻?yīng)而獲得高純度的CO2。該固體燃料直接化學(xué)鏈燃燒裝置，通過引入多級旋風(fēng)反應(yīng)分離器，可針對固體燃料受熱分解后形成的固體和氣體產(chǎn)物，分別進行高效的氧化反應(yīng)，從而實現(xiàn)固體燃料的完全燃燒并獲得高純度的CO2。
文檔編號F23C10/10GK103148480SQ20131008631
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者張俊姣, 董長青, 陸強, 廖航濤 申請人:華北電力大學(xué)