一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置及方法，包括填充及供氧系统、气化系统和燃烧系统。填充及供氧系统采用氧气充填泵将多瓶低压氧气压缩至高压气瓶中得到高压氧气；用氧时，将高压氧气通入到燃烧器中。气化系统中，去离子水经过回热器，被燃烧器出口的热气初步加热，并经过预热器进一步加热得到超临界水，在气化反应器中将有机物气化，生产以CO2、CO、H2为主的合成气。合成气中的可燃组分与氧气在燃烧器中发生燃烧反应，烟气经过回热器、冷却器、汽水分离后，气体接到气相色谱仪，测量气体组分，从而实现氢和其他可燃气体在超临界混合工质条件下的完全燃烧，有利于后续能源的高效利用。
【技术实现步骤摘要】
一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置及方法
本专利技术涉及新能源
，尤其涉及一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置及方法。
技术介绍
随着传统能源消耗量的加剧以及环境污染问题的日益加重，可再生能源及清洁能源的高效利用越来越受到人们的关注。我国的一次能源以煤炭为主，燃煤发电是是电力生产的主要形式。氢能是一种高效清洁无污染的新型燃料，是未来最具发展前景的新型能源之一。以水相环境煤气化为核心的新型煤制氢以及发电理论与技术，利用超临界水独特的物理化学性质，采用“一锅水煮煤”的形式将煤转化为高纯度的H2和CO2，从源头实现氮氧化物、硫氧化物、固体颗粒物的零排放并实现CO2的资源化利用。产生的H2既可以分离出来用于制备高附加值的化学品，也可以燃烧后产生超临界H2O/CO2推动新型混合工质汽轮机发电做功。超临界水煤气化耦合制氢发电技术有望在传统燃煤发电产业形成革命性的技术突破，为我国经济社会的可持续发展做出重大贡献。但目前超临界水气化反应器仍采用电加热的方式，整体经济性不高。因此实现超临界水热环境高湿、高浓度CO2的特殊条件下氢气和其他可燃气体的完全燃烧来为超临界水气化反应器进行自供热具有十分重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实现超临界水热环境高湿、高浓度CO2的特殊条件下超临界混合工质完全燃烧的装置及方法，为后续超临界水煤气化耦合制氢发电技术打下坚实的基础。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置，包括填充及供氧系统、气化系统以及燃烧系统；其中，填充及供氧系统包括依次相连的低氧氧气瓶、氧气充填泵以及高压氧气瓶；燃烧系统包括燃烧器；气化系统包括用于产生超临界混合工质的气化反应器；高压氧气瓶与燃烧器入口相连，气化反应器与燃烧器入口相连，其中，燃烧器上设置有多个高压氧气入口。本专利技术进一步的改进在于，数据采集系统包括热电偶与气相色谱仪，热电偶设置在燃烧器上；燃烧器出口经回热器与气相色谱仪相连。本专利技术进一步的改进在于，回热器的液体入口与用于向回热器内泵入去离子水的第二柱塞泵相连，回热器的液体出口与气化反应器相连，回热器的液体出口经预热器与气化反应器相连。本专利技术进一步的改进在于，热电偶为6个，并且6个热电偶等间距设置在燃烧器上。本专利技术进一步的改进在于，高压氧气瓶出口经减压阀后分为多路，每路经恒流阀、流量计以及单向阀与燃烧器上相应的一个高压氧气入口相连。本专利技术进一步的改进在于，气化反应器还连接有用于向气化反应器内通入丙三醇溶液的第一柱塞泵。本专利技术进一步的改进在于，燃烧器和气化反应器的材质为316不锈钢，Inconel625不锈钢或哈氏合金C276不锈钢。一种用于超临界混合工质完全燃烧的方法，采用氧气充填泵将多瓶低压氧气瓶内的低压氧气压缩至高压气瓶中得到高压氧气；然后将高压氧气通入燃烧器中，同时将气化反应器利用丙三醇溶液产生的超临界混合工质通入燃烧器中，高压氧气与超临界混合工质在超临界燃烧器中燃烧后的烟气经过冷却、汽水分离之后，进入气相色谱仪中，通过测量不同气体组分含量，从而实现超临界混合工质中氢和其他可燃气体的完全燃烧。本专利技术进一步的改进在于，低压氧气的压力为12～15MPa，高压氧气的压力为30～35MPa。本专利技术进一步的改进在于，气化反应器的工作温度为600～700℃，燃烧器的工作温度为410～615℃。与现有技术相比，本专利技术的具有以下有益效果：本专利技术通过设置利用丙三醇溶液在超临界水中气化产生超临界混合工质，丙三醇气率极高，基本可以完全气化为二氧化碳、氢气等气体。本专利技术通过将多瓶低压氧气压缩至高压气瓶中，得到高压氧气并在控制氧气流量下高压氧气通入燃烧器中，，提高了混合工质中氧气浓度，解决了以往只能利用氧气饱和溶液获取高压氧气导致的氧气浓度过低的问题。本专利技术与利用氢气氧气饱和溶液加压获取高压氢气氧气的方法相比，该方法大大提高了氢气氧气浓度测量的准确度，提高了整体的准确性。本专利技术中利用燃烧器出口的热气初步加热去离子水，大大提高了系统整体的经济性，降低了系统的能耗。进一步的，本装置的燃烧器中氧气从下游多个高压氧气入口喷入，大大提高了氢气的利用效率。进一步的，设置止回阀，能够起到防止燃烧器的气体倒流的作用。本专利技术在将超临界混合工质完全燃烧进行时，利用丙三醇溶液在超临界水中气化产生的超临界混合工质与由氧气充填泵压缩得到的高压氧气同时输送到燃烧器中，通过改变流速来改变停留时间，通过调整氧化温度和压力来改变不同的操作条件，测量反应前后气体的产量以及不同气体组分含量的变化，从而实现并验证了不同条件下超临界混合工质中氢和其他可燃气体的完全燃烧，有利于后续能源的高效利用。附图说明图1为本专利技术的超临界混合工质完全燃烧的装置结构示意图。图2为燃烧器的结构示意图。图3为470℃时进入燃烧器前后超临界混合工质中各组分的摩尔占比随时间的变化曲线。图4为510℃时进入燃烧器前后超临界混合工质中各组分的摩尔占比随时间的变化曲线。图中，1-低压氧气瓶；2-高压氧气瓶；3-氧气充填泵；4-减压阀；5-恒流阀；6-流量计；7-单向阀；8-燃烧器；9-气化反应器；10-预热器；11-回热器；12-第一柱塞泵；13-丙三醇溶液；14-去离子水；15-汽水分离器；16-气相色谱仪；17-冷却器，18-第二柱塞泵，19-高压氧气入口。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向术语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术中，利用丙三醇溶液在超临界水中气化产生的超临界混合工质与由氧气充填泵压缩得到的高压氧气同时输送到燃烧器中，通过改变流速来改变停留时间，通过调整氧化温度和压力来改变不同的操作条件，测量反应前后气体的产量以及不同气体组分含量的变化，从而实现并验证了不同条件下超临界混合工质中氢和其他可燃气体的完全燃烧。参见图1，本专利技术的超临界混合工质完全燃烧装置包括：填充及供氧系统、气化系统、燃烧系统以及数据采集系统。其中，填充及供氧系统包括低氧氧气瓶1、高压氧气瓶2、氧气充填泵3、减压阀4、恒流阀5、流量计6以及单向阀7；气化系统包括气化反应器9、预热器10、回热器11、柱塞泵12、丙三醇溶液13、去离子水14、汽水分离器15；燃烧系统包括燃烧器8；数据采集系统包括气体流量计、热电偶、压力表和气相色谱仪16，热电偶为6个，并且6个热电偶依次等间距设置在燃烧器8上。数据采集系统用于获得温度、压力等具体操作参数，并测量反应前后产气量以及不同气体组分含量的变化。参见图2，燃烧器8上设置有4个高压氧气入口19，燃烧器8上设置有超临界混合工质入口。低氧氧气瓶1经氧气充填泵3与高压氧气瓶2入口相连，高压氧气瓶2出口经减压阀4后分为4路，每路经恒流阀5、流量计6以及单向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置，其特征在于，包括填充及供氧系统、气化系统以及燃烧系统；其中，填充及供氧系统包括依次相连的低氧氧气瓶(1)、氧气充填泵(3)以及高压氧气瓶(2)；燃烧系统包括燃烧器(8)；气化系统包括用于产生超临界混合工质的气化反应器(9)；高压氧气瓶(2)与燃烧器(8)入口相连，气化反应器(9)与燃烧器(8)入口相连，其中，燃烧器(8)上设置有多个高压氧气入口(19)。
【技术特征摘要】
1.一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置，其特征在于，包括填充及供氧系统、气化系统以及燃烧系统；其中，填充及供氧系统包括依次相连的低氧氧气瓶(1)、氧气充填泵(3)以及高压氧气瓶(2)；燃烧系统包括燃烧器(8)；气化系统包括用于产生超临界混合工质的气化反应器(9)；高压氧气瓶(2)与燃烧器(8)入口相连，气化反应器(9)与燃烧器(8)入口相连，其中，燃烧器(8)上设置有多个高压氧气入口(19)。2.根据权利要求1所述的一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置，其特征在于，数据采集系统包括热电偶与气相色谱仪(16)，热电偶设置在燃烧器(8)上；燃烧器(8)出口经回热器(11)与气相色谱仪(16)相连。3.根据权利要求2所述的一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置，其特征在于，回热器(11)的液体入口与用于向回热器(11)内泵入去离子水(14)的第二柱塞泵(18)相连，回热器(11)的液体出口经预热器(10)与气化反应器(9)相连。4.根据权利要求3所述的一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置，其特征在于，热电偶为6个，并且6个热电偶等间距设置在燃烧器(8)上。5.根据权利要求1所述的一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置，其特征在于，高压氧气瓶(2)出口经减压阀(4)后分为多路，每路经恒流阀(5)、流...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕友军，霍朋举，郭烈锦，金辉，李国兴，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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