一种可分离二氧化碳的煤燃烧装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种可分离二氧化碳的煤燃烧装置，主要由燃料反应器、一级旋风分离器、料腿和空气反应器串联组成，所述燃料反应器的下部是大截面的混合室，上部是小截面的提升管，所述提升管的高度是所述混合室的高度的３倍以上。本实用新型专利技术中燃料反应器采用长停留时间的反应器结构，颗粒能形成内循环和提高气固湍流度，而空气反应器则采用移动流化床使运行平稳，热量能均匀释放，同时在床内设置热交换器，避免由于氧化反应热量大量集中释放而造成局部过热引起的结焦。燃料反应器和空气反应器均在压力下运行，以使设备紧凑，系统能量利用效率高和减少后续二氧化碳压缩能耗。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃煤二氧化碳分离与减排领域，具体涉及一种可分离二氧化碳的煤燃烧装装置。
技术介绍
燃烧化石燃料(煤、石油及天然气)所排放的二氧化碳是造成全球变暖的主要原 因，然而随着人们认识的不断深入，全球气候变暖对人类生存和社会发展产生的严重影响 已引起了世界各国广泛关注，减少的控制二氧化碳的排放成为了当前全社会的共识。我国 以煤为主的能源结构决定了减排二氧化碳将成为今后可持续发展的主要内容之一。目前主流的二氧化碳减排技术主要有三种燃后捕获、富氧燃烧和燃前捕获。存在 的主要问题是减排成本太高，如后燃捕获的吸收剂再生，纯氧燃烧的制氧过程均需要消耗 大量的能源。相关数据显示后燃捕获和纯氧燃烧将消耗电站25-28%所产生的电力，发电 成本增加30-40% ；前燃捕获的整体煤气化联合循环技术也会使发电成本增加25%左右。 造成以上减排成本高的主要原因如下上述技术大都采用常规的煤燃烧技术，即以空气为 氧化剂，一步氧化反应工艺路线，空气中存在的大量氮气进入烟气中，因此生成烟气中的二 氧化碳浓度很低，仅占10-15%，导致二氧化碳的后续处理，包括浓缩提纯和压缩填埋的成 本太高。现有利用化学链燃烧可置换燃烧方式分离二氧化碳的方法，如中国专利 03152977. 1,200510040519. 3和200710118134. 3，上述三个专利中，采用的装置和方法具 有如下不足其一、上述专利采用细长的循环流化床作为空气反应器，采用高度较低的鼓泡 流化床或喷动流化床作为燃料反应器；这种结构实际上是将处理气体燃料的思路照搬到处 理煤中来，这在实际运行中是不合理的，因为煤要先进行煤气化反应变成气体燃料，然后再 与氧载体发生还原反应，而在燃料反应器中发生的煤气化反应速度要比氧载体在空气反应 器中的氧化反应低几个数量级，因此现有的燃料反应器结构不能满足整个系统反应的时间 要求；其次，以上装置均在常压下运行，分离后的二氧化碳需进行后续压缩，能耗高；最后、 氧载体是采用贵金属氧化物如氧化镍、氧化铜或氧化钴，或采用廉价的硫酸钙，贵金属氧化 物虽然反应活性较好，但价格高，在实际运行中由于不可避免的跑损，要补充氧载体，会造 成运行成本急剧上升；廉价的硫酸钙氧载体在反应过程中有二氧化硫析出的问题，造成环 境问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可高效、低成本分离二氧化碳的煤燃烧装置，能够在 无能量耗损的条件下实现二氧化碳的高效分离。本专利技术的目的是这样实现的一种可分离二氧化碳的煤燃烧装置，主要由燃料反 应器、一级旋风分离器、料腿和空气反应器串联组成，所述燃料反应器的下部是大截面的混 合室，上部是小截面的提升管，所述提升管的高度是所述混合室的高度的3倍以上。为了提高煤的处理能力，使得设备紧凑，降低后续二氧化碳压缩能耗，由所述燃料 反应器、所述一级旋风分离器、所述料腿和所述空气反应器串联组成的整个系统都设置在 一个压力壳内，系统中与外界相通的进口、出口穿过所述压力壳；所述压力壳上设置有充压 阀和放压阀，来调节压力壳内的压力。所述一级旋风分离器的烟气出口处设置有二级旋风分离器，二级旋风分离器上部 是烟气出口，烟气(主要是二氧化碳和水蒸汽)通过压力壳排出，下部是颗粒出口，分离的 颗粒再从一级旋风分离器侧面返回；所述一级旋风分离器的下端设置有一级气体密封阀， 密封阀中部设防止气体反窜的密封隔板；所述一级气体密封阀的侧面设颗粒出口，与起密 封作用的料腿连接，所述料腿下端出口设置在所述空气反应器的下部密相区内；所述空气 反应器的中下部布置横向排列的热交换器，侧面设斜管与二级气体密封阀侧面连接，所述 二级气体密封阀的另一侧面通过斜管与所述燃料反应器的混合室相连，阀内中部设置密封 隔板；所述空气反应器上部是贫氧空气(气体中氧气量少于空气)，所述空气反应器的气体 出口与气固分离装置相连，分离装置上部是清洁贫氧空气出口通过压力壳排出，下部是分 离后颗粒从空气反应器下部侧面返回。本技术采用气体密封阀和旋风分离器料腿进行 颗粒双密封，以防止燃料反应器和空气反应器的气体互窜。煤进口设置在所述混合室的下部；氧载体进口设置在所 述空气反应器的下部；所 述提升管的下部设置氧载体补充口 ；所述混合室和所述空气反应器的底部设置有排渣口， 排放灰渣和失活氧载体。所述混合室采用低速湍流流化床方式运行；所述提升管采用快速床方式运行；所 述空气反应器采用移动床流化床方式运行；所述氧载体为铁矿石。本技术的有益效果为1、由于在燃料反应器中发生的煤气化反应和氧载体的还原反应的反应速度远低 于氧载体在空气反应器中的氧化反应，为保证燃料反应器内的反应效率，本技术中燃 料反应器分成二个部分，下部是矮胖的混合室，采用湍流床流型，以强化煤粒与氧载体的混 合与加热过程，上部是细长的提升管，采用快速床流型，以形成气固的“环核”流动和颗粒 内循环，强化煤气化反应和反应时间；空气反应器采用移动床流化床方式，增加反应的稳定 性，防止空气向上进入燃料反应器的旋风分离系统，保证氧载体的分离与平稳进入空气反 应器；2、本技术中燃料反应器采用长停留时间的反应器结构，即反应空间变大，颗 粒能形成内循环和提高气固湍流度，而空气反应器则采用移动流化床使运行平稳，热量能 均勻释放，同时在床内设置热交换器，避免由于氧化反应热量大量集中释放而造成局部过 热引起的结焦；3、本技术整个系统加压后，可采取燃气蒸汽联合循环发电方式运行，其系统 效率要比常压系统的蒸汽发电模式要高；加压装置在煤处理相同条件下，设备更为紧凑，降 低设备的初投资；加压系统采用的前端压缩气量要比后端烟气压缩气量要小得多，能显著 降低二氧化碳压缩填埋的能耗。附图说明图1为利用本技术可分离二氧化碳的煤燃烧装置反应的流程示意图。图2为采用本技术可分离二氧化碳的煤燃烧装置实施二氧化碳分离的工艺流程图。图中1、燃料反应器，1-1、混合室，1-2、提升管，2、一级旋风分离器，3、二级旋风分 离器，4、一级气体密封阀，5、料腿，6、二级气体密封阀，7、空气反应器，8、气固分离装置，9、 压力壳，10、充压阀，11、放压阀，12、载氧体料罐，13、给料控制阀，14、输送喷射器，15、煤罐， 16、二级燃料反应器气固分离装置，17、燃料侧飞灰罐，18、二级空气反应器气固分离装置， 19、空气侧飞灰罐，20、烟气轮机，21、余热锅炉，22、冷却器，23、储水罐，24、蒸汽轮机，25、二 氧化碳压缩机，26、空气压缩机。具体实施方式下面通过实施例的方式，对本技术技术方案进行详细说明，但是本技术 的保护范围不局限于所述实施例。实施例1如图1所示，一种可分离二氧化碳的煤燃烧装置，主要由燃料反应器1、一级旋风 分离器2、料腿5和空气反应器7串联组成，它采用两个独立的反应器燃料反应器1和空 气反应器7，燃料反应器下部是大截面的混合室1-1，上部是小截面的提升管1-2，提升管高 度是混合室的3倍以上；整个系统设置在一个压力壳9内，所述压力壳9上设置有充压阀10和放压阀11， 用来调节压力壳9内的压力。燃料反应器1侧面出口与一级旋风分离器2侧面入口连接，一级旋风分离器2上 部为烟气出口与二级旋风分离器3的侧面连接，二级旋风分离器3上部是烟气出口，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可分离二氧化碳的煤燃烧装置，主要由燃料反应器（１）、一级旋风分离器（２）、料腿（５）和空气反应器（７）串联组成，其特征在于：所述燃料反应器（１）的下部是大截面的混合室（１－１），上部是小截面的提升管（１－２），所述提升管（１－２）的高度是所述混合室（１－１）的高度的３倍以上。

【技术特征摘要】
一种可分离二氧化碳的煤燃烧装置，主要由燃料反应器(1)、一级旋风分离器(2)、料腿(5)和空气反应器(7)串联组成，其特征在于所述燃料反应器(1)的下部是大截面的混合室(1-1)，上部是小截面的提升管(1-2)，所述提升管(1-2)的高度是所述混合室(1-1)的高度的3倍以上。2.根据权利要求1所述的可分离二氧化碳的煤燃烧装置，其特征在于由所述燃料反 应器(1)、所述一级旋风分离器(2)、所述料腿(5)和所述空气反应器(7)串联组成的整个 系统都设置在一个压力壳(9)内，系统中与外界相通的进口、出口穿过所述压力壳(9)；所 述压力壳(9)上设置有充压阀(10)和放压阀(11)。3.根据权利要求2所述的可分离二氧化碳的煤燃烧装置，其特征在于所述一级旋风 分离器(2)的烟气出口处设置有二级旋风分离器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖睿，张帅，金保升，钟文琪，宋启磊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]