[实用新型]新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种气体燃料间接燃烧装置，具体地说涉及一种CO₂零排放的新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置。

背景技术

随着人们对全球变暖认识的深入，减少温室气体CO₂的排放量是国际社会所关注的焦点。尽管可以通过增加可再生能源从源头上减少CO₂的排放，但化石燃料占据世界能源主体的状况在近期内难以改变。因此，在提高化石能源转化效率的前提下，将产生的CO₂进行回收利用或捕获封存对于应对全球变暖具有重要的意义。在常规燃烧过程中，可以采用纯氧或富氧为氧化剂，也可以以空气为氧化剂将烟气中的CO₂进行分离并浓缩。然而，由于空气中氧气或烟气中CO₂的浓度较低，要实现分离必然导致高额的设备投资和运行费用。

1983年Richter等首次提出化学链燃烧，其原理是使用金属氧化物作载氧剂，金属氧化物与燃料接触进行还原反应，并将产生的CO₂进行分离。目前，所采用的载氧剂颗粒直径在100μm以上，显然难以发挥其潜在的优势。从化学机理来说，金属颗粒尺寸越小越适合作载氧剂；但从工程角度考虑，颗粒尺寸越小，不仅其制备过程消耗更多的能量，而且颗粒与颗粒直接相互作用力的增大将导致流化质量恶化。对于气体燃料的化学链燃烧，如何保障载氧剂的流化质量，将是问题的关键，还有待深入研究。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、易操作的新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置。

本实用新型的目的是这样实现的，它是由流化床、旋风分离器、气液分离器、锁气料腿、空气入口、气体燃料入口、贫氧空气出口、CO₂储气罐组成。其特征在于流化床分为快速床和鼓泡(或湍流)流化床，快速床底部是空气入口，快速床下部通过锁气料腿与鼓泡(或湍流)流化床下部相通，快速床上部与鼓泡(或湍流)流化床内的旋风分离器相通，旋风分离器顶部是贫氧空气出口，鼓泡(或湍流)流化床下部有一个锥形段，锥形段底部是气体燃料入口，鼓泡(或湍流)流化床顶部与气液分离器下部相通，气液分离器底部是卸液口，气液分离器上部与CO₂储气罐相通。

快速床内装有与助流剂相混合的金属颗粒，空气经过快速床底部的空气入口进入快速床内，与快速床内的金属颗粒进行氧化反应生成金属氧化物，反应后的贫氧空气和金属氧化物经鼓泡(或湍流)流化床内的旋风分离器分离后，贫氧空气经旋风分离器顶部的贫氧空气出口排出，金属氧化物经旋风分离器底部料腿进入鼓泡(或湍流)流化床内与经鼓泡(或湍流)流化床底部的气体燃料入口进入鼓泡(或湍流)流化床内的气体燃料发生还原反应，生成的金属颗粒在重力作用下经鼓泡(或湍流)流化床下部与快速床相通的锁气料腿返回到快速床内，进行金属氧化物的再生，即载氧过程；还原反应生成的气体产物经鼓泡(或湍流)流化床顶部与气液分离器相通的管线进入气液分离器内，经过气液分离后，液体经气液分离器底部的卸液口排出，CO₂经气液分离器上部与CO₂储气罐相通的管线进入CO₂储气罐进行收集。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

①本实用新型可以实现气体燃料的间接燃烧，通过使用金属氧化物作为载氧剂，可以完全避免纯氧或富氧作为氧化剂时产生的温室气体CO₂分离难的问题，实现CO₂零排放；

②本实用新型利用快速床与鼓泡(或湍流)流化床之间的颗粒流动，能够有效地实现热量在二者之间的传递，显著提高了能量的利用效率；

③在快速床与鼓泡(或湍流)流化床之间循环的颗粒为两种直径差异较大的金属和惰性非金属混合颗粒，二者相互混合的协同效应可以有效地改善混合颗粒的流化质量；

④混合颗粒中载氧剂金属颗粒的粒径范围是10～30μm，远远小于目前所使用的金属颗粒直径，能够将其潜在的化学机理优势充分发挥来；

⑤混合颗粒中助流剂惰性非金属颗粒的粒径范围是100～300μm，具有非常好的流化性能，与载氧剂金属颗粒良好的混合效应，保障了金属颗粒在快速床与鼓泡(或湍流)流化床中的流化质量；

⑥本实用新型中快速床内实现的是金属氧化物的再生过程，并将新再生的金属氧化物输送到鼓泡(或湍流)流化床内；

⑦本实用新型中鼓泡(或湍流)流化床内实现的是金属氧化物与气体燃料的还原反应，被还原的金属在重力的作用下返回到快速床内；